Cargas en movimiento

Vamos a aprender por qué algunas cosas tienen carga positiva y cómo las cosas se cargan negativamente. Aprenderemos que las cargas se miden en culombios y aprenderemos dos métodos diferentes para transferir cargas de un lugar a otro. Tengo seis protones. Eso me convierte en carbono, seis protones.

Cuando hablamos de cargas en movimiento, es importante comprender que los protones no van a ninguna parte. Si voy a ganar o perder carga, tengo que hacerlo con electrones. Estas pelotas de golf representan electrones. Así que ahora mismo tengo seis protones, seis electrones.

Soy eléctricamente neutral. La única forma en que puedo ganar o perder carga es ganar o perder electrones. Protones, están atrapados aquí. Si gano un electrón, ahora tengo siete cargas negativas y seis cargas positivas.

Si tuviera que ganar otro electrón, eso me da 8 cargas negativas y seis cargas positivas, una carga neta de 2. La única forma de tener una carga positiva es deshacerme de algunas cargas negativas. Bueno, tengo seis positivos y seis negativos. Estoy de vuelta en neutral de nuevo.

Si me deshago de otro electrón, ahora tengo seis positivos y cinco negativos. Tengo una carga neta positiva. Deshazte de otro electrón, ahora tengo seis cargas positivas, cuatro cargas negativas. Tendría una carga neta de dos positivos.

Vimos en la última sección cómo solo se pueden transferir electrones para mover la carga, pero tuvimos que fingir que podíamos verlo. Este es un generador de Van de Graaff. Si lo activamos, se acumula un poco de carga estática y el papel se repele del domo. Así que nos ayuda a visualizar el campo eléctrico que se forma alrededor de esta cúpula.

Así que echemos un vistazo al interior para ver cómo funciona un Van de Graaff. Esto es solo una cúpula hueca. Escucha, solo una cúpula hueca. Muy bien, los electrones se acumulan por toda la superficie de la cúpula.

Muy bien, volvamos a encender las luces y hablemos de cómo se pueden transferir las cargas desde el Van de Graaff. Tengo una cúpula adicional aquí para almacenar los cargos. Si llevo esta cúpula cerca de Van de Graaff, y luego en contacto directo, puedes escuchar la chispa gigante mientras las cargas se transfieren a la cúpula. Esta parte aislante sostiene las cargas en la cúpula.

Toque con el Van de Graaff. El otro método se llama inducción. Lo acerco, pero sin tocar el Van de Graaff. Las cargas positivas permanecen en su lugar, pero Van de Graaff tiene una gran carga negativa y hace que todos los electrones sean repelidos hacia el lado opuesto de la cúpula.

Al mover cargas negativas del lado cercano al lado lejano, este lado queda con una carga neta positiva porque los protones no se mueven. Los electrones son repelidos hacia este lado de la cúpula. Pero lo que puedo hacer es que, después de que se polarice (lado positivo, signo negativo), puedo dar a estas cargas negativas un camino hacia el suelo. Y una vez que lo hago, elimino las cargas negativas que dejan esta cúpula con una carga neta negativa.

Y podemos ver que las cargas se han acumulado y pueden transferirse por dos métodos: el contacto directo llamado conducción y el contacto indirecto llamado inducción. Y así es como un Van de Graaff funciona y dos métodos para transferir carga. Si tienes un electrón, tiene carga negativa. Para cargar algo por inducción, primero hay que polarizarlo y luego conectarlo a tierra.

Muy bien, una forma de mirar y ver si tiene carga es un dispositivo llamado electroscopio. Ahora, el término que necesitamos saber es la ley de Coulomb.

Los protones tienen carga positiva. Los electrones tienen carga negativa. Los protones están atrapados en el núcleo. No vamos a mover protones.

Vamos a mover electrones. Si le das electrones a algo, ese algo tiene carga negativa. Si quitas algunos electrones, eso lo deja con más protones que electrones. Eso lo dejará con una carga neta positiva.

N siempre será un número entero positivo. La razón es que no puede mover una fracción de un electrón. O moverás un electrón completo o moverás dos electrones. Primero encuentre la carga que tendría si le diera 200 mil millones de electrones.

Bueno, parece que tendrías una gran carga, pero un electrón tiene una carga muy pequeña. Si tuvieras 200 mil millones de electrones, busca tu calculadora. 200 mil millones de veces la carga de un electrón: 1,6 veces 10 elevado al 19º negativo. Coulombs: si quieres ser elegante, puedes usar un prefijo métrico y decir, bueno, eso es nano Coulombs.

Así que serán 32 nano Culombios. Echemos un vistazo a lo que es un electroscopio. Tiene una esfera conductora en la parte superior y está conectada por un conductor aquí abajo a estas pequeñas hojas de metal. No permite que las cargas se muevan desde la esfera conductora, o las hojas, hacia el exterior.

Muy bien, entonces, si tuvieras un electroscopio sentado allí ocupándose de sus propios asuntos, tiene algunas cargas positivas y algunas cargas negativas. Y estas pequeñas hojas aquí abajo tienen cargas positivas y cargas negativas. Si traes algo con carga positiva cerca, si tuviéramos una varita mágica aquí que tuviera un montón de carga positiva, bueno, estas cargas positivas atraerán cargas negativas a la parte superior. Simultáneamente, van a repeler las cargas positivas hasta el fondo.

Las cargas técnicamente positivas no se mueven. Cuando digo que repelemos las cargas positivas, es porque las cargas negativas fueron atraídas hacia arriba. Eso va a dejar algunas cargas positivas aquí. Si trae un objeto con carga negativa cerca, si tenemos algo aquí que tiene una carga negativa, atraerá un montón de carga positiva a la parte superior y, técnicamente, no atraerá carga positiva.

Deja esa parte superior positiva al repeler las cargas negativas aquí abajo. Entonces, este pequeño electroscopio funciona con estas hojas que se mueven hacia afuera en presencia de una carga. Si esta esfera fuera tocada por algo que tuviera una carga negativa, la esfera y las hojas adquirirán esa carga negativa. Este objeto negativo tiene un exceso de cargas negativas y algunas de ellas se transfieren a esta esfera, lo que la deja con una carga neta negativa.

Así que todavía habrá una carga negativa en este electroscopio incluso después de que alejemos el objeto cargado. Muy bien, eso es lo que hace un electroscopio. Estas hojas se mueven hacia afuera para mostrar la presencia de una carga, y permanecerán así si el electroscopio se queda con una carga neta. Ahí es cuando lo hace el electroscopio.

Otro método para cargar algo se llama inducción. Ahora hay dos formas de cargar algo por inducción. He aquí un primer método. Acercas algo, pero sin tocar esta esfera.

Hay una esfera conductora y está sobre un soporte aislante. Lo que hace es evitar que las cargas de esta esfera viajen a cualquier superficie en la que se encuentre. Entonces, si traje algo cerca, digamos que tiene carga positiva. ¿Qué le hace eso a la cúpula? Y la cúpula comienza neutral.

Un lado de esta esfera tiene una carga neta negativa y un lado tiene una carga positiva. Bueno, aquí esas cargas positivas atraerán más cargas negativas al domo. Otro método para cargar algo por inducción: comienza con dos cúpulas. Sabes qué son los culombios ahora y cómo las cargas son solo una medida de cuántos electrones ganas o pierdes.

Uno requería contacto directo y otro requería un paso donde lo conectaba a tierra, llamado inducción.

Un rayo transfiere 27 C de carga al suelo durante su impacto. ¿Cuántos electrones se transfieren?

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Fuerza eléctrica y campo eléctrico

Vimos en la última sección cómo se puede usar un generador Van de Graaff para acumular cargas en un lugar y qué sucede cuando tienes un montón de cargas. En esta sección vamos a fingir que podemos ver líneas de campo eléctrico. Aprenderemos qué sucede cuando tiene varias líneas de campo eléctrico en el mismo lugar. Asegúrese de tener su calculadora configurada para grados, y aprenderemos sobre campos eléctricos y fuerzas eléctricas.

Si tiene un montón de cargos similares, se rechazarán entre sí.

Si se tratara de una gran carga positiva, y el Van de

Graaff era una gran carga negativa, y la encendí, estas cargas negativas en el Van de Graaff atraerían esta carga positiva de la pelota de tenis. Están tratando de repeler y alejarse lo más posible unos de otros. Esta es una piel de conejo. Veamos qué pasa si le ponemos una piel de conejo al Van de Graaff.

Se van a acumular cargas en la piel del conejo. Va a ser repelido por la cúpula. Si toco la cúpula, elimino la acumulación de cargas. Muevo mi mano y las cargas se acumulan en la cúpula nuevamente.

Acumule suficientes cargas y la piel del conejo saldrá volando. Otra cosa interesante que podemos hacer para ver qué pasa cuando las cargas son repelidas y atraídas es juntar nuestra piel de conejo con el globo. Puedo tirarlo el Van de Graaff, y no pasa nada muy interesante. Si tomo ese globo y lo froto contra el conejo, le doy al globo la misma carga que está en la cúpula de Van the Graaff.

Deben rechazarse entre sí. Si tiro el globo al Van de Graaff ahora, podemos ver esa fuerza de repulsión. Vuelve a cargarlo con la piel de conejo, tíralo y es repelido. Muy bien, hay una demostración de cómo cargas similares tienden a repelerse entre sí.

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