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4. Cargas Eléctricas
El texto y las imágenes aquí publicadas son tomados del libro: Electricity One-Seven. 2th. ed. / Harry
Mileaf. Indiana : Hayden Books, 1995.
Ley de las cargas eléctricas
La carga negativa de un electrón es igual, pero opuesta, a la carga positiva de un protón.
Las cargas de un electrón y un protón se llaman cargas electrostáticas. Las líneas de fuerza
asociadas con cada partícula producen campos electrostáticos. Debido a la forma en que
interactúan estos campos, las partículas cargadas pueden atraerse o repelerse entre sí. La ley
de las cargas eléctricas dice que las partículas que tienen cargas del mismo tipo se repelen y
las que tienen cargas diferentes, se atraen.
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Un protón (+) repele a otro protón (+).
Un electrón (-) repele a otro electrón (-).
Un protón (+) atrae a un electrón (-).
Debido a que los protones son relativamente pesados, tiene poco efecto la fuerza de repulsion
que ejercen entre sí dentro del núcleo de un átomo.
Cargas atómicas
Normalmente, un átomo contiene el mismo número de electrones y protones, de manera que
las cargas iguales y opuestas, es decir las negativas y positivas, equilibran entre sí y hacen
que el átomo sea eléctricamente neutro. Ahora bien, según ya se explicó, lo que le da al
átomo de un elemento sus propiedades características, es el número de los protones que
tiene en núcleo; pero el número de electrones puede variar.
Sin un átomo contiene menos electrones que protones, tendrá una carga positiva. Si tiene más
electrones que protones tendrá una carga negativa. Los átomos cargados reciben el nombre
de iones.
Materiales eléctricamente cargados
Cuando en un trozo de material eléctricamente neutro muchos átomos pierden o ganan
electrones, el material quedará cargado. Hay muchas maneras de producir estos cambios en
los átomos, según se explicará más adelante. El método que descubrieron los antiguos
griegos fue el de la fricción. Por ejemplo, si se frota una varilla de vidrio con un trozo de seda,
la varilla de vidrio le donará algunos electrones a la seda. La varilla de vidrio se cargará
positivamente y la seda quedará cargada negativamente.
Carga por contacto
Se puede cargar negativamente una varilla de caucho frotándola con piel. Mediante esta
varilla de caucho cargada, ahora se puden cargar otros materiales, por ejemplo cobre, con
sólo tocarlos. Este método recibe el nombre de carga por contacto, y se basa en el hecho de
que la carga negativa de la varilla tiende a repeler electrones de la superficie de la varilla.
Los electrones en la superficie de la varilla de caucho pasarán a la superficie de la varilla de
cobre suspendida para darle una carga negativa. Si en lugar de una varilla de caucho negativa
se usa una varilla de vidrio positiva, los electrones de la superficie de la varilla de cobre al ser
atraídos le darán una carga positiva.
Carga por inducción
Debido a que los electrones y los protones tienen fuerzas de atracción y repulsión, un objeto
se puede cargar sin que lo toque el cuerpo cargado, por ejemplo, si la varilla de caucho
cargada negativamente se acerca a una pieza de aluminio, la fuerza negativa de la varilla de
caucho repelerá a los electrones de la varilla del aluminio hacia el otro extremo. Un extremo
de la varilla será entonces negativo y el otro positivo. Cuando se aleja la varilla de caucho, los
electrones en la varilla de aluminio se redistribuirán para neutralizar la carga de la varilla. Si se
desea que el aluminio permanezca cargado, hay que acercar nuevamente la varilla de caucho
y luego tocar con el dedo el extremo negativo. Entonces, los electrones saldrán de la varilla a
través del cuerpo del operario. Las cargas son sumamente pequeñas, de manera que no se
siente nada.) Después, si se retira el dedo antes de alejar la varilla de caucho, la varilla de
aluminio permanecerá cargada. Este método se llama el de carga por inducción.
Neutralización de una carga
Después de frotar el vidrio con la seda, ambos se cargan con electricidad. Pero, si la varilla de
vidrio y la seda se juntan nuevamente entonces por la atracción de los iones positivos en la
varilla los electrones salen de la seda, hasta que ambos materiales queden de nuevo
eléctricamente neutros.
Los cuerpos cargados también pueden conectarse con un alambre para descargarlos. Pero, si
las cargas en ambos materiales son suficientemente grandes, pueden descargarse a través de
un arco, como sucede en el caso del rayo.
Atracción y repulsión
Suponga que se tienen dos varillas: una de vidrio que está cargada positivamente, después de
frotarla con seda, y una varilla de caucho que se frotó con piel para darle carga negativa. A
continuación, se experimenta con el vidrio, caucho, seda y piel, pero sin que se toquen, y se
observará que:
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Cargas similares se repelen.
Cargas diferentes se atraen.
Campos electrostáticos
Las fuerzas de atracción y repulsión entre los cuerpos cargados se deben a las líneas de
fuerza electrostática que existen alrededor de los mismos.
En un objeto cargado negativamente, las líneas de fuerza de los electrones que hay en
exceso, se suman para producir un campo electrostático, el cual consta de líneas de fuerza
que llegan al objeto desde todas direcciones.
En un objeto cargado positivamente faltan electrones y esto ocasiona que las líneas de fuerza
de los protones que quedaron en exceso, se sumen para producir un campo electrostático
cuyas líneas de fuerza salen del objeto, hacia todas direcciones.
Estos campos electrostáticos pueden ayudarse a o bien oponerse para atraer o repeler.
La intensidad de la fuerza de atracción o repulsión depende de dos factores:
1. La cantidad de carga que está en cada objeto.
2. La distancia entre los objetos.
cuanto mayores sean las cargas eléctricas en los objetos, mayor sera la fuerza electrostática.
Y cuanto más próximos estén entre sí los objetos cargados, mayor será la fuerza
electrostática. La fuerza de atracción o repulsión se debilita si disminuye alguna de las cargas
o bien los objetos se alejan uno del otro.
Durante el siglo XVIII, un hombre de ciencia llamado Coulomb experimento con cargas
electrostáticas, gracias a lo cual pudo formular la ley de atracción electrostática, que se
conoce comúnmente como Ley de las cargas electrostáticas de Coulomb. La ley postula que
la fuerza de atracción o repulsión electrostática es directamente proporcional al producto de
las dos cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Por
supuesto, mientras más electrones en exceso tenga un objeto cargado, mayor será su carga
negativa; y mientras más electrones le falten, mayor será su carga positiva.