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Inducción eléctrica:
Supongamos que se tiene una barra conductora en estado neutro y
se le acerca otra barra que se encuentra cargada, por ejemplo,
negativamente como indica la figura.
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Metal
++++
------
Plástico
Experimentalmente se observa que la barra conductora se
“polariza”, esto significa que en el extremo que se encuentra más
cercano a la barra cargada se concentra carga positiva y en el
más lejano se concentra carga negativa.
Este hecho puede explicarse si recordamos que los conductores
tienen electrones libres. Éstos son repelidos por la carga negativa
de la barra que acercamos, alejándose lo más posible de ella. De
esta manera, los átomos del metal más próximo a la barra
cargada quedan con menos electrones y por lo tanto, cargados
positivamente. En el otro extremo de la barra de metal, se
acumulan electrones de modo que queda cargada negativamente.
Electroscopio de hojas:
El electroscopio es un instrumento empleado para evidenciar la presencia
de cargas eléctricas. En la figura se muestra el instrumento tal como lo
utilizó por primera vez el físico Michael Faraday. El electroscopio está
compuesto por dos hojitas de metal muy finas (a) colgadas de un soporte
metálico (b) en el interior de un recipiente de vidrio u otro material no
conductor (c). Una esfera conductora (d) completa el dispositivo.
Al acercar la varilla cargada negativamente (sin tocar el electroscopio); se
produce inducción. Los electrones libres del metal que compone al
electroscopio son repelidos y se alejan lo más posible de la barra cargada,
llegando a las hojitas. Al tener carga de igual signo las hojitas se repelen y
se separan. La abertura entre éstas dependerá de la cantidad de carga.
La esferita del electroscopio queda cargada positivamente.
Recordemos que este fenómeno en que se separan las cargas negativas y
positivas en un cuerpo inicialmente neutro, se llama polarización
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Plástico
Electroscopio de hojas:
El electroscopio es un instrumento empleado para evidenciar la presencia
de cargas eléctricas. En la figura se muestra el instrumento tal como lo
utilizó por primera vez el físico Michael Faraday. El electroscopio está
compuesto por dos hojitas de metal muy finas (a) colgadas de un soporte
metálico (b) en el interior de un recipiente de vidrio u otro material no
conductor (c). Una esfera conductora (d) completa el dispositivo.
Al acercar la varilla cargada negativamente (sin tocar el electroscopio); se
produce inducción. Los electrones libres del metal que compone al
electroscopio son repelidos y se alejan lo más posible de la barra cargada,
llegando a las hojitas. Al tener carga de igual signo las hojitas se repelen y
se separan. La abertura entre éstas dependerá de la cantidad de carga.
La esferita del electroscopio queda cargada positivamente.
Recordemos que este fenómeno en que se separan las cargas negativas y
positivas en un cuerpo inicialmente neutro, se llama polarización
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Plástico
Observen que el electroscopio se polariza
cuando la barra se acerca pero cuando se
aleja las cargas vuelven a mezclarse y las
hojuelas vuelven a su posición original.
Repetir experimento
Segundo principio de la electrostática
“En un sistema aislado la carga eléctrica total permanece
constante”
Esto podemos entenderlo fácilmente a partir del hecho que
la carga está en los protones y electrones que componen
los átomos.
Si un cuerpo está aislado , es decir, no se pone en contacto
con otro, las cargas eléctricas que posee (protones y
electrones) no aumentarán ni disminuirán.
Esto se puede observar claramente en el fenómeno de
inducción, Las cargas se separan al polarizarse pero la
cantidad total de carga en el cuerpo sigue siendo la misma.
Por eso cuando se aleja del electroscopio el cuerpo
cargado, las cargas se equilibran y el cuerpo queda en
estado neutro.
Notación científica
Cuando en ciencias se deben escribir números muy grandes o
muy pequeños se utiliza la notación científica, esto es, las cifras
significativas seguidas de una potencia de diez. Por ejemplo:
MAGNITUD
NOTACIÓN COMÚN
NOTACIÓN CIENTÍFICA
Distancia de la tierra al sol
150.000.000 km
1,5 . 108 km = 1,5 . 1011 m
Radio de la tierra
6.370.000 m
6,37 . 106 m
Carga del electrón (e)
- 0,00000000000000000016C -1,6 . 10-19C
Diámetro de un glóbulo rojo
0,000007 m
7 . 10-6 m
Obsérvese que la potencia de diez indica la cantidad de
ceros que anteceden o suceden a la unidad.
Ley de Coulomb
Realizando una serie de experimentos con una balanza de torsión
por él diseñada, Charles de Coulomb (francés, 1736-1806)
descubre la ley que permite calcular las fuerzas que se ejercen
entre cargas eléctricas.
Ley de Coulomb:
La fuerza de atracción o repulsión que ejerce una carga
eléctrica sobre otra tiene una dirección que coincide con la de la
recta que las une y su módulo es directamente proporcional al
producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado
de la distancia que las separa.
(F representa la fuerza, d la distancia que separa los cuerpos y
q la cantidad de carga que tiene cada cuerpo. k0 es una
constante de proporcionalidad que se denomina constante
electrostática)
q1  q2
F  k0
d2
F
+
q1
d
+
q2
F
Ley de Coulomb
d se mide en metros (m).
q1 y q2 se miden en una unidad que se llama “Coulomb” y se indica con
la letra “C” mayúscula.
La constante electrostática, justamente por ser una constante tiene
siempre el mismo valor:
2
k0 = 9 109
N m
C2
Ejemplo 1:
Dos cargas eléctricas q1= 6 .10-4 C y q2= 4 .10-3 C se encuentran a 2
m una de la otra. Calcular con qué fuerza se repelen.
Planteo:
Solución
No se asusten, cuando volvamos a clase trabajaremos especialmente en el
aspecto matemático de la ley.
Carga del electrón y del protón
Pero si la carga se encuentra en los electrones y los
protones significa que existe una mínima cantidad de carga,
que corresponderá a la carga de estas partículas. ¿cuál será
su valor?.
A principios del siglo XX, un científico llamado Robert
Millikan desarrolló un fabuloso experimento donde logró
medirlas:
Carga del electrón:
e= -1,6 . 10-19 C
Carga del Protón:
p=+1,6 . 10-19 C