Download ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Un átomo está formado por partículas

ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
Un átomo está formado por partículas diminutas. Dos de estas partículas, el electrón y el protón,
son importantes para nuestros estudios.
Los electrones se mueven en trayectorias alrededor del centro o núcleo de un átomo. Estas
trayectorias comúnmente se denominan niveles. Un átomo puede tener varios niveles alrededor
de su núcleo. Cada uno de ellos puede tener únicamente determinado número de electrones. Este
número se llama cuota de un nivel. Cuando todos los niveles de un átomo contienen su cuota de
electrones, se dice que el átomo está en una condición estable. El núcleo del átomo está formado
por partículas llamadas protones y neutrones. Estos se mantienen unidos estrechamente por una
energía de amarre.
Fig. 1 Esta es la representación de un átomo de gas oxígeno. Contiene ocho electrones que se
mueven alrededor del núcleo en dos niveles.
Todos los electrones son semejantes, y todos los protones también. De este modo, los átomos
difieren unos de otros sólo por el número de electrones y protones que contienen. El número de
protones en el núcleo es el número atómico del átomo. El Peso de los neutrones es
aproximadamente el mismo que el de los protones. El término peso atómico se refiere al número
total de partículas (tanto protones como neutrones) en el núcleo de un átomo.
Fig.2 Átomos de hidrógeno, helio y Carbono
ELEMENTOS, COMPUESTOS Y MOLÉCULAS
Cuando todos los elementos en una sustancia son semejantes, la sustancia se llama elemento. El
Cobre, el Hierro y el carbono están entre los más de 100 elementos diferentes conocidos.
Diferentes elementos pueden combinarse para formar una sustancia llamada compuesto. El agua,
el azúcar y los materiales plásticos son ejemplos de compuestos.
La partícula más pequeña de un compuesto que conserva las mismas propiedades se denomina
molécula. Una molécula contiene átomos de cada uno de los elementos que forman el compuesto.
CARGAS
Los electrones y los protones tienen diminutas cantidades de energía conocidas como cargas
eléctricas. Los electrones tienen carga negativa (-). Los Protones positiva (+). Los neutrones no
tienen carga eléctrica; por esta razón son neutros. La magnitud de la carga negativa de cada
electrón es igual a la magnitud de la carga positiva de cada protón. Estas cargas opuestas se atraen
las unas a las otras. Esta atracción es la responsable de que el átomo se mantenga unido.
En condiciones normales, las cargas positivas y negativas en el átomo tienen el mismo valor. Esto
se debe a que el átomo tiene el mismo número de electrones y de protones. Cuando un átomo
tiene esta condición, se dice que es eléctricamente neutro.
ELECTRONES DE VALENCIA
A los electrones del nivel superior de un átomo se les llama electrones de valencia. En el estudio
de la electricidad y electrónica, interesa principalmente el comportamiento de los electrones de
valencia. Ellos, en ciertas condiciones pueden abandonar sus átomos “padres” . El número de los
electrones de valencia en los átomos determina importantes características eléctricas y químicas
de la sustancia.
NIVELES DE ENERGÍA Y ELECTRONES LIBRES
Se dice que los electrones de cualquier nivel de un átomo están localizados en determinados
niveles de energía. Estos niveles están relacionados con la distancia existente entre los electrones
y el núcleo del átomo. Cuando se aplica energía externa como calor, luz o electricidad a ciertos
materiales, los electrones de los átomos de estos materiales ganan energía. Esto puede causar que
los electrones salten a niveles de energía más altos. De esta manera, se alejan de los núcleos de
sus átomos.
Fig. Algunos electrones del átomo pueden moverse a niveles de energía
más altos dentro del mismo o abandonarlo como resultado de absorción de
energía
Cuando un electrón pasa al nivel de energía más alto posible ( o al nivel superior de su átomo),
disminuye la atracción ue ejercen sobre él las cargas positivas de los protones dentro del núcleo
del átomo. Si en estas condiciones suficiente energía al átomo, algunos de los electrones del nivel
superior, o de valencia. Lo abandonarán. A estos electrones se les llama electrones libres.
IONES
Un ión es un átomo cargado. Si un átomo neutro gana electrones, entonces habrá en el más
electrones que protones. Así, el átomo se convierte en un ión cargado negativamente. Si un átomo
neutro pierde electrones, los protones sobrepasarán en número a los electrones restantes; asi el
átomo será un ión cargado positivamente. Iones con carga opuestas se atraen entre sí. Iones con
cargas iguales se repelen unos a otros. El Proceso por medio del cual los átomos gana o pierden
electrones se conoce como ionización.
Fig. A. Iones cargados negativamente; B
Iones Cargados Positivamente
CARGAS ELÉCTRICAS EN ACCIÓN
Una manera sencilla de generar una carga eléctrica es por medio del rozamiento. Por ejemplo, si
se frota vigorosamente un globo de hule con un paño de lana. Los electrones pasarán al globo, y el
globo quedará cargado negativamente. Si luego el globo se coloca contra una pared, la carga
negativa del globo repelerá los electrones de la superficie de la pared quede carga positivamente.
La atracción entre las cargas opuestas del globo y de la pequeña área de la superficie de la pared
es lo suficiente intensa para mantener al globo en ese lugar.
Fig. Las Cargas eléctricas opuestas se atraen unas a otras ,
por eso causan ue el globo se quede pegado a la pared.
ELECTRICIDAD ESTÁTICA
La Atracción entre el globo cargado y la pared representa el trabajo realizado por la energía
electrostática. Llamada electricidad estática con frecuencia. Un campo electrostático es la energía
ue rodea a todo objeto cargado. En esta clase de electricidad, no hay movimiento de electrones
entre el globo y la pared. Por esto, se dice ue la electricidad es estática o en reposo.
La electricidad estática a veces se considera como algo que no tiene aplicación práctica. Sin
embargo existen dispositivos como capacitores o purificadores de aire en procesos industriales,
como la manufactura de papel abrasivo, que hace uso de ella.
APLICACIONES DE LA ELECTRICIDAD ESTÁTICA
En la figura se muestra como se usan las cargas estáticas para producir papel abrasivo. Papel de
lija es el término común para el papel abrasivo. Este papel se emplea para pulir superficie de
madera o metal. Una banda transportadora conduce las partículas abrasivas sobre una placa
cargada negativamente por contacto. Al mismo tiempo, el papel, el cual contiene un
recubrimiento adhesivo, se mueve debajo de una placa cargada positivamente. Esto hace ue el
papel se cargue positivamente. Puesto ue las cargas opuestas se atraen, el papel atraerá a las
partículas abrasivas muy uniforme y densamente en el papel.
La Electricidad estática también puede aplicarse en los purificadores de aire. Este dispositivo
puede emplearse en sistemas de calefacción domésticos, y sirve para limpiar el aire cuando circula
a través del horno. Un dispositivo similar puede utilizarse industrialmente para reducir la
contaminación. Los filtros de aire electrostáticos son mucho más eficientes que los sencillos filtros
de tela o papel. Aquellos remueven del aire únicamente las partículas grandes. Un filtro
electrónico puede remover partículas diminutas.
MÉTODOS PARA PRODUCIR ELECTRICIDAD
1.0 Energía Por Fricción:
Uno de sus hitos iniciales puede situarse hacia el 600 AC cuando el filósofo griego Tales de Mileto
observó que frotando una varilla de ámbar con una lana o piel, se obtenían pequeñas cargas que
atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la aparición de una chispa. Cerca
de la antigua ciudad griega de Magnesia se encontraban las denominadas Piedras de Magnesia
que incluían magnetita. Los antiguos griegos observaron que los trozos de este material se atraían
entre sí, y también a pequeños objetos hierro. Las palabras magneto (equivalente en español a
imán ) y magnetismo derivan de ese topónimo
1.1 Energía por Frotamiento: Es el método de carga en el que se transfieren electrones de un
material a otro, por que se rozan o friccionan. La fricción tiene ciertos efectos eléctricos los
cuales ya conocemos; algunos ejemplos se presentan cuando acariciamos un gato, cuando nos
peinamos (si lo hiciéramos a oscuras podríamos ver y oír las chispas eléctricas), cuando nos
deslizamos sobre la cubierta de plástico del asiento de un automóvil estacionado, etc. En estos
casos y muchos otros que no mencionamos se transfieren electrones por fricción cuando un
material roza con otro, lo que se conoce como carga por fricción.
1.2 Energía Por Inducción: una electrización por inducción consiste en transmitir electrones sin
tocar el objeto a electriza, un ejemplo muy claro es la botella de Leyden.
Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo (neutro, sin cargas). Cuando el
cuerpo electrizado se acerca al cuerpo neutro, hay una interacción eléctrica entre las cargas
del objeto electrizado y las del cuerpo neutro.
Como resultado, la distribución de electrones se altera: el cuerpo electrizado cede sus
electrones libres al cuerpo neutro.
2.0 Electricidad Por Reacción Química
Las Reacciones químicas que se dan en la interfase de un conductor eléctrico (llamado electrodo
que puede ser un metal o un semiconductor ) y un conductor iónico (electrolito pudiendo ser una
disolución y en algunos casos especiales, un sólido.
Si una reacción química es conducida mediante una diferencia de potencial aplicada
externamente, se hace referencia a una electrólisis . En cambio, si la caída de potencial eléctrico es
creada como consecuencia de la reacción química , se conoce como un "acumulador de energía
eléctrica", también llamado batería o celda galvánica.
3.0 Electricidad por Piezoelectricidad
Es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones
mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de
potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto
es, se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico El efecto
piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o
campo eléctrico, recuperan su forma.
Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que no poseen centro de
simetría. El efecto de una compresión o de un cizallamiento consiste en disociar los centros de
gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas. Aparecen de este modo dipolos
elementales en la masa y, por influencia, cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadas.
Pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carácter piezoeléctrico de forma
natural (cuarzo y turmalina) y los llamados ferroeléctricos , que presentan propiedades
piezoeléctricas tras ser sometidos a una polarización (tantalio de litio, nitrato de litio y berlinita) en
forma de materiales monocristalinos y cerámicas o polímeros polares bajo forma de microcristales
orientados).
4.0 Electricidad por Temperatura o Termopar
Cuando dos metales distintos a temperaturas diferentes se ponen en contacto formando una
unión bimetálica, entre ambos lados de la unión se genera una fuerza electromotriz. Este
fenómeno se denomina efecto Seebeck y es la base del funcionamiento de los termopares un tipo
de termómetro usado en el control del flujo de gas en dispositivos domésticos como cocinas,
calefactores y calentadores de agua corriente.
5.0 Electricidad Por Celda Solar
Los paneles fotovoltaicos: están formados por numerosas celdas que convierten la luz en
electricidad . Las celdas a veces son llamadas células fotovoltáicas, del griego "fotos", luz. Estas
celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energía luminosa produce cargas positiva y
negativa en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico
capaz de generar una corriente.
Silicio Cristalino y arseniuro de galio son la elección típica de materiales para celdas solares. Los
cristales de arseniuro de galio son creados especialmente para uso fotovoltaico, mientras que los
cristales de silicio están disponibles en lingotes estándar más baratos producidos principalmente
para el consumo de la industria microelectrónica . El silicio policristalino tiene una menor eficacia
de conversión, pero también menor coste.
Cuando es expuesto a luz solar directa, una celda de silicio de 6 cm de diámetro puede producir
una corriente de alrededor 0,5 amperios a 0,5 Voltios (equivalente a un promedio de 90 W/m², en
un rango de usualmente 50-150 W/m², dependiendo del brillo solar y la eficacia de la celda). El
arseniuro de galio es más eficaz que el silicio, pero también más costoso.
Las células de silicio más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos se puede dividir en
tres subcategorías:


Las células de silicio monocristalino están constituidas por un único cristal de silicio. Este
tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.
Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) están constituidas por
un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de
las células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.

Las células de silicio amorfo Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero
también menos costosas. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en
aplicaciones solares como relojes o calculadoras.
Los lingotes cristalinos son cortados en discos finos como una oblea, pulidos para eliminar posibles
daños causados por el corte. Se introducen dopantes (impurezas añadidas para modificar las
propiedades conductoras) dentro de las obleas, y se depositan conductores metálicos en cada
superficie: una fina rejilla en el lado donde da la luz solar y usualmente una hoja plana en el otro.
Los paneles solares son construidos con estas celdas cortadas en forma apropiada. Para
protegerlos de daños en la superficie frontal causados por radiación o por el mismo manejo de
éstos se los enlaza en una cubierta de vidrio y se cimentan sobre un sustrato (el cual puede ser un
panel rígido o una manta blanda). Se realizan conexiones eléctricas en serie-paralelo para
determinar el voltaje de salida total. La cimentación y el sustrato deben ser conductores térmicos,
ya que las celdas se calientan al absorber la energía infrarroja que no es convertida en electricidad.
Debido a que el calentamiento de las celdas reduce la eficacia de operación es deseable
minimizarlo. Los ensamblajes resultantes son llamados paneles solares o grupos solares.
Energía por Medios Magnéticos:
Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros materiales
magnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un ‘campo
magnético’. Los campos magnéticos suelen representarse mediante ‘líneas de campo magnético’ o
‘líneas de fuerza’. En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de
las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las
líneas. En el caso de una barra imantada, las líneas de fuerza salen de un extremo y se curvan para
llegar al otro extremo; estas líneas pueden considerarse como bucles cerrados, con una parte del
bucle dentro del imán y otra fuera. En los extremos del imán, donde las líneas de fuerza están más
próximas, el campo magnético es más intenso; en los lados del imán, donde las líneas de fuerza
están más separadas, el campo magnético es más débil. Según su forma y su fuerza magnética, los
distintos tipos de imán producen diferentes esquemas de líneas de fuerza. La estructura de las
líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier objeto que genere un campo magnético
puede visualizarse utilizando una brújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse
siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula, que es un pequeño imán que
puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las líneas. Marcando la dirección que
señala la brújula al colocarla en diferentes puntos alrededor de la fuente del campo magnético,
puede deducirse el esquema de líneas de fuerza. Igualmente, si se agitan limaduras de hierro
sobre una hoja de papel o un plástico por encima de un objeto que crea un campo magnético, las
limaduras se orientan siguiendo las líneas de fuerza y permiten así visualizar su estructura.
Los campos magnéticos influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas cargadas
en movimiento. En términos generales, cuando una partícula cargada se desplaza a través de un
campo magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos rectos con la velocidad de la
partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad, las
partículas se mueven en trayectorias curvas. Los campos magnéticos se emplean para controlar las
trayectorias de partículas cargadas en dispositivos como los aceleradores de partículas o los
espectrógrafos de masas.
Leer más: http://www.monografias.com/trabajos15/fuentes-electricidad/fuenteselectricidad.shtml#MAGNET#ixzz2goL8J8n2
www.wikipedia.com
Electricidad y Electrónica Básica Buban Peter.