Download Carga electrica - 1 Medio C

Electroscopio
El electroscopio es un instrumento cualitativo empleado para demostrar la presencia de
cargas eléctricas. El instrumento como tal lo utilizó por primera vez el físico y químico
británico Michael Faraday.
Carga electrica
Es una magnitud física característica de los fenómenos eléctricos. La carga eléctrica es
una propiedad de los cuerpos. Cualquier trozo de materia puede adquirir carga eléctrica.
Una carga eléctrica se manifiesta por las fuerzas de atracción o de repulsión
independientemente de la masa que se ejercen entre cuerpos cargados. De acuerdo con el
principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro.
Pueden definirse dos tipos de cargas eléctricas:
1.- una es la llamada positiva
2.- la segunda es la negativa
En la práctica se pueden comprobar que las cargas del mismo signo se repelen. Las de
signo contrario se atraen.
En todos los fenómenos eléctricos que se originan en el interior de un sistema aislado,
vale la ley de conservación, según la cual la suma de las cargas eléctricas positivas menos
la de las cargas negativas se mantiene constante.
Las cargas eléctricas en movimiento en un conductor constituyen una corriente eléctrica.
La unidad práctica de la carga eléctrica es el columbio (C). La carga del electrón es de
1.6x10-19 C.
Ley de gravitación universal (Isaac Newton)
Se cuenta que Newton al ver caer una manzana desde un árbol, dedujo que la
fuerza de gravedad
que la atraía hacia la Tierra era la misma que mantenía a la Luna
en órbita. Esta observación lo llevó
a formular la Ley de gravitación universal en 1684.
El físico británico, afirma que la atracción gravitatoria entre dos cuerpos es directamente proporcional al
producto de las masas de ambos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre
ellos. En forma algebraica, la ley se expresa como:
Donde F es la fuerza gravitatoria, m1 y m2 son las masas de los dos cuerpos, d es la distancia entre los
mismos y G es la constante gravitatoria.
Las investigaciones que convirtieron a Faraday en el primer científico experimental de su época las realizó
en los campos de la electricidad y el magnetismo.
La electricidad es la rama de la física que describe e interpreta tanto los fenómenos relacionados con la
distribución estática de las cargas eléctricas sobre los cuerpos, como en los fenómenos determinados por
los movimientos de las propias cargas.
En lo que respecta a los efectos eléctricos, estas partículas pueden ser neutras, positivas o negativas.
La electricidad se ocupa de las partículas cargadas positivamente, como los protones, que se repelen
mutuamente, y de las partículas cargadas negativamente, como los electrones, que también se repelen
mutuamente. En cambio, las partículas negativas y positivas se atraen entre sí. Este comportamiento puede
resumirse diciendo que las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de distinto signo se atraen (Ley de
Coulomb)
Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas
eléctricas puntuales es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
La ley de Coulomb es la ley fundamental de la electrostática y de la magnetostática que determina la fuerza
con la que se atraen o se repelen dos cargas eléctricas ó 2 polos magnéticos. Esta fuerza es proporcional al
producto de las dos cargas (ó de las 2 masas magnéticas) e inversamente proporcional al cuadrado de su
distancia.
La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas. La ley se llama así en honor
al físico francés Charles de Coulomb.
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Si las dos cargas son del mismo signo (ambas son positivas o negativas) la fuerza tiende a separarlas
(fuerza de repulsión).
Si son de signo contrario (una positiva y otra negativa), la fuerza tiende a unirlas
(atracción).
Datos:
1.- El protón es 2000 veces más grande que el electrón.
2.- El neutrón tiene la misma masa que el protón.
3.- El neutrón no tiene carga.
4.- El núcleo de un átomo está formado por protones y neutrones.
5.- Electrón significa ámbar (palabra griega).
6.- Benjamín Franklin puso nombre a las cargas.
Procesos de carga:
a) Frotación: Proceso mediante el cual se produce un traspaso de electrones de un objeto a
otro, al ser frotados uno con otro (si frotamos un pañuelo de lana con una barra de plástico,
se transfieren electrones desde el pañuelo de lana hacia la barra de plástico).
b) Contacto: Proceso mediante el cual se produce un traspaso de electrones de un objeto a
otro, al ponerse en contacto ambos objetos (si ponemos en contacto un objeto cargado
negativamente con uno cargado positivamente, electrones del objeto cargado negativamente
van a traspasar al objeto cargado positivamente).
c) Inducción: Proceso de carga de un objeto sin tener contacto directo con otro. Esto hace
que el objeto que se está cargando quede parcialmente polarizado, es decir, los electrones
quedan en un lado y los protones en otro (si acercamos un objeto cargado positivamente a
un objeto que está neutro, los electrones del segundo objeto (el que está neutro) van a tratar
de acercarse lo más posible al objeto que está cargado, generando una polarización del
objeto neutro).
Sistema internacional de unidades:
Distancia
Masa
Tiempo
Fuerza =
Cargas =
=
Metros (m)
=
Kilogramos (kg)
=
Segundos (s)
Newtons (N)
Coulombs (C)
Ejemplo: Si tenemos 3 cargas de: -3uC, 5uC y –4uC en una línea recta separadas 2 metros
una de cada una. Calcule la fuerza “sentida” por cada una de las cargas.
1.- Fuerzas sobre q2:
Sobre q2 actúan q1 y q3.
F12 = K x q1 x q2
r al cuadrado
F32 = K x q3 x q2
r al cuadrado
F12 = 9 x 10 elevado a 9 x –3uC x 5uC
4 (m cuadrados)
-15 x 9 x 10 elevado a 9 x 10 elevado a –6 x 10 elevado a –6
4
-135 x 10 elevado a 9-6-6
4
F12 =
-33,75 x 10 elevado a –3 (N)
Ya calculamos la fuerza de q1 sobre q2.
Ahora debemos calcular la fuerza de q3 sobre q2.
F32 =
9 x 10 elevado a 9 x –4uC x 5uC
4 (m cuadrados)
-9 x 10 elevado a 9 x 4 x 10 elevado a –6 x 5 x 10 elevado a –6
4 (m cuadrados)
-9 x 10 elevado a 9 x 20 x 10 elevado a –12
4 (m cuadrados)
-180 x 10 elevado a 9 -12
4 (m cuadrados)
F32 = -45 x 10 elevado a –3 (N)
Ftotal = F12 + F32 = -33,75 x 10 elevado a –3 + 45 x 10 elevado a –3 (N)
Ftotal = 11,25 x 10 elevado a –3 (N)
Calcular fuerzas sobre q1 y sobre q3, si es que se quiere.
Datos:
1.- K = 9 x 10 elevado a 9 (N x m cuadrado : C cuadrado).
2.- 1uC = 1 x 10 elevado a –6 C.
3.- 1nC = 1 x 10 elevado a –9 C.
4.- Carga de un protón = 1,6 x 10 elevado a –19 C.
5.- Carga de un electrón = -1,6 x 10 elevado a –19 C.
Simbología:
uC = microcoulomb
nC = nanocoulomb
C = Coulombs
N = Newtons
m = metro