Propiedades de las Cargas Eléctricas

Las cargas eléctricas cuentan con propiedades particulares que permiten comprender algunos fenómenos físicos relacionados con la electricidad, como al pasar un peine por el cabello. Cuando se comportan así, se dice que están electrificados.

Microscópicamente, las cargas a considerar son los protones, electrones y neutrones.

La carga se conserva, ya que no puede ser ni creada ni destruida, solo se transfiere de un cuerpo a otro. Un cuerpo eléctricamente neutro se electriza cuando gana o pierde electrones.

Formas de Electrización

Existen 3 formas básicas de electrización:

• Frotamiento
• Contacto
• Inducción

Tipos de Cargas

Existen dos tipos de cargas: la carga positiva y la carga negativa:

• Cargas iguales: se repelen
• Cargas diferentes: se atraen

Carga Cuantizada

Carga cuantizada: No existe un valor menor que el de la carga del electrón o la del protón, y todos los cuerpos tendrán una carga que es igual a un número entero de una de esas unidades.

Carga Eléctrica

Carga eléctrica: Exceso o déficit de electrones que posee un objeto, respecto al estado neutro. (Electrón e-, Protón p+, Neutrón n)

• Objeto con déficit de e-: CARGA POSITIVA
• Objeto con exceso de e-: CARGA NEGATIVA

La carga eléctrica permite cuantificar el estado de electrización de los cuerpos.

• Ion POSITIVO: Pierde uno o más de sus electrones exteriores.
• Ion NEGATIVO: Ha ganado una o más cargas adicionales.
• Contacto Estrecho: Algunos de los electrones más débilmente retenidos se pueden transferir de un material al otro.

Electrones de Valencia

ELECTRONES DE VALENCIA: Son los electrones que están en la última capa electrónica.

• Orbitales de valencia
• Alta posibilidad de participar en reacciones químicas.
• Mayor número cuántico principal n.
• Formación de moléculas y compuestos = Capacidad del átomo para formar enlaces.
• Un elemento se une a otro.

Verificación del Conocimiento 1

• Un ion negativo es un átomo que ha ganado electrones: VERDADERO
• La unidad mínima para cuantificar el estado de electrización de un cuerpo es la del neutrón: FALSO
• Cargas del mismo signo se atraen: FALSO

Estructura Atómica de los Materiales

La estructura atómica de los materiales contiene redes o mallas de átomos de ciertos elementos químicos.

• CONDUCTORES: Sus electrones permiten facilidad de movimiento por su estructura molecular.
  • Los metales son buenos conductores.
  • Las cargas eléctricas se mueven con facilidad.
  • Cobre, Aluminio, Plata, Oro, Platino, Zinc, Estaño, Hierro, Plomo, Carbón.
• AISLANTES: Sus electrones están muy fuertemente ligados al núcleo.
  • Se debe aplicar mucha energía para arrancarlos y ponerlos en circulación.
  • Las cargas eléctricas se mueven con dificultad.
  • Vidrio, Caucho, Madera, Porcelana, Plástico, Aire, Algodón, Seda, Papel.
• SEMICONDUCTORES: Materiales que se encuentran entre los aislantes y los conductores.
  • Silicio, Germanio, Arseniuro de Galio.

Verificación del Conocimiento 2

• Los electrones de valencia se encuentran en todas las capas electrónicas de un átomo: FALSO
• Al, Cu, Hg y Sn son materiales conductores: VERDADERO
• Para liberar un electrón de un material aislante es necesario aplicar mucha energía: VERDADERO

Ley de Coulomb (1784)

Ley de Coulomb (1784) (Charles Augustin de Coulomb): Nos otorga una forma para poder determinar la fuerza eléctrica cuando las cargas interactúan entre sí. «La fuerza de atracción/repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las dos cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa».

• • Fuerza entre cargas eléctricas, suponemos que se encuentran en reposo.
  • La fuerza eléctrica es una cantidad vectorial, posee magnitud, dirección y sentido.
  • Las fuerzas cumplen la Tercera Ley de Newton: dos cargas eléctricas puntuales ejercen entre sí fuerzas iguales en módulo y dirección, pero de sentido contrario.
  • Cargas OPUESTAS = F negativa (atracción)
  • Cargas IGUALES = F positiva (repulsión)

Electrostática: Ciencia que se encarga de estudiar las cargas eléctricas en reposo (ciencia cuantitativa).

Benjamín Franklin (1706-1790):

• Carga eléctrica positiva (+)
• Carga eléctrica negativa (-)

Coulomb: Carga transferida en un segundo a través de cualquier sección transversal de un conductor, mediante una corriente constante de un ampere.

Verificación del Conocimiento 3

• La fuerza electrostática es una cantidad vectorial: VERDADERO
• Charles Augustin de Coulomb dedujo que existen dos tipos de cargas eléctricas de manera experimental y les asignó nombres: FALSO
• La fuerza electrostática es mayor cuando las cargas tienen una distancia menor: VERDADERO

Campo Eléctrico

Campo eléctrico: Región del espacio donde una carga eléctrica experimenta una fuerza eléctrica.

Intensidad de Campo Eléctrico: La intensidad de un campo eléctrico puede representarse mediante el concepto de fuerza por unidad de carga.

Verificación del Conocimiento 4

• Si q es positiva, E y F tendrán direcciones opuestas: FALSO
• La intensidad del campo eléctrico E en un punto se define en términos de la fuerza F que experimenta una carga positiva: VERDADERO
• Las líneas de campo eléctrico pueden cruzarse: FALSO

Reglas para Trazar Líneas de Campo Eléctrico

1. Las líneas deben partir de cargas positivas y terminar en cargas negativas.
2. El número de líneas debe ser proporcional a la carga.
3. Dos líneas de campo no pueden cruzarse.

Verificación del Conocimiento 5

• El campo eléctrico de cargas puntuales se determina a partir de un punto P de análisis: FALSO
• El campo eléctrico, al igual que la fuerza eléctrica, es una cantidad escalar: FALSO
• Si se tienen dos cargas puntuales de la misma carga, existe un punto P en medio de ellas en donde el campo eléctrico es cero: VERDADERO

Dipolo Eléctrico

Dipolo Eléctrico: Un comportamiento típico es cuando el objeto no tiene una carga neta, sino que consta de cargas positivas y negativas iguales separadas por una distancia fija, tal es el caso de los dipolos.

Verificación del Conocimiento 6

• Un dipolo eléctrico obedece a la configuración de dos cargas iguales y opuestas que se encuentran separadas entre sí: VERDADERO
• Los dipolos eléctricos aparecen en la mayoría de los aislantes: VERDADERO
• El campo eléctrico de un dipolo eléctrico se obtiene realizando la suma vectorial de los campos eléctricos de las dos cargas: VERDADERO

Distribución de Cargas

Distribución de Cargas: Es toda configuración en donde las cargas se encuentran muy cerca una de la otra.

• Pueden estar distribuidas en arreglos lineales, superficiales o volumétricos y no pueden representarse como un número finito de cargas.
  • Distribución Lineal de Carga
    • Su carga está distribuida a lo largo de una línea o sobre una superficie.
  • Distribución de Carga de Superficie
    • La carga Q tiene una distribución sobre una superficie de área S.
  • Distribución de Carga Volumétrica
    • La carga Q está distribuida sobre todo el volumen V.

Densidad de Carga: Cociente que puede variar según el tipo de distribución de carga.

Verificación del Conocimiento 7

• Una distribución de carga es donde se encuentran las cargas muy cerca una de la otra: VERDADERO
• La densidad de carga es un cociente el cual permanece constante para cualquier tipo de distribución de carga: FALSO