Electroscopio Electronico

ANALIZAR LOS FENOMENOS FÍSICOS QUE OCURREN EN LA ELECTRIZACIÓN DE UN CUERPO

INTRODUCCION

En los primeros tiempos las investigaciones con base en la electricidad eran más que una ciencia, un pasatiempo de aficionados, que aun así hicieron grandes avances y descubrieron las bases de la electricidad. Un fenómeno que hoy en día nos sorprende debido a su complejidad y a la facilidad con la que esta puede ser manipulada si se conocen sus principios básicos, los cuales no son difíciles de entender he aquí algunas de sus propiedades expuestas en diferentes situaciones.

La existencia del fenómeno electrostático es bien conocido desde la antigüedad, existen numerosos ejemplos ilustrativos que hoy forma parte de la enseñanza moderna; como el de comprobar cómo ciertos materiales se cargan de electricidad por simple frotadura y atraen, por ejemplo, pequeños trozos de papel o pelo a un globo que previamente se ha frotado con un paño seco.

Teniendo en cuenta las propiedades de la carga: cuantización, conservación e invariancia; y las características de esta donde la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas elementales, por lo mismo podemos decir que todos los cuerpos de la naturaleza pueden electrizarse y esta existencia de carga eléctrica se manifiesta cuando un cuerpo cargado interactuar con otro en la misma condición, lo que nos lleva a analizarlas y a darnos cuenta que existen dos tipos de carga llamadas convencionalmente positivas y negativas, donde las de mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen. Por ello podemos pensar en las diferentes formas como un cuerpo puede ser cargado, se conocen 6 tipos de métodos los cuales son: carga por contacto, carga por fricción, carga por inducción, carga por efecto termoiónico, carga por efecto fotoeléctrico, carga por efecto piezoeléctrico. A continuación una explicación simple de estos efectos. Ya que ahondaremos con un poco de mayor profundidad en las tres primeras formas de electrización

OBJETIVOS

Objetivo General:

Analizar los fenómenos físicos que ocurren en el proceso de cargar eléctricamente un cuerpo.

Objetivos Específicos:

1. Diseñar algunas experiencias demostrativas de carga electrostática

2. Os fenómenos de electrización y los tipos de electrización dada la naturaleza eléctrica de la materia

3. Determinar el signo de la carga adquirida por un cuerpo en un proceso de electrificación.

4. Cargar un cuerpo por fricción, contacto e inducción

5. Comparar la distribución de carga eléctrica en un cuerpo metálico sometido al proceso de carga por inducción

MARCO TEORICO

Naturaleza eléctrica de la materia

La teoría atómica moderna explica el por qué de los fenómenos de electrización y hace de la carga eléctrica una propiedad fundamental de la materia en todas sus formas. Un átomo de cualquier sustancia está constituido, en esencia, por una región central o núcleo y una envoltura externa formada por electrones.

El núcleo está formado por dos tipos de partículas, los protones, dotados de carga eléctrica positiva, y los neutrones, sin carga eléctrica aunque con una masa semejante a la del protón. Tanto unos como otros se hallan unidos entre sí por efecto de unas fuerzas mucho más intensas que las de la repulsión electrostática -las fuerzas nucleares- formando un todo compacto. Su carga total es positiva debido a la presencia de los protones.

Los electrones son partículas mucho más ligeras que los protones y tienen carga eléctrica negativa. La carga de un electrón es igual en magnitud, aunque de signo contrario, a la de un protón. Las fuerzas eléctricas atractivas que experimentan los electrones respecto del núcleo hacen que éstos se muevan en torno a él en una situación que podría ser comparada, en una primera aproximación, a la de los planetas girando en torno al Sol por efecto, en este caso de la atracción gravitatoria. El número de electrones en un átomo es igual al de protones de su núcleo correspondiente, de ahí que en conjunto y a pesar de estar formado por partículas con carga, el átomo completo resulte eléctricamente neutro.

Aunque los electrones se encuentran ligados al núcleo por fuerzas de naturaleza eléctrica, en algunos tipos de átomos les resulta sencillo liberarse de ellas. Cuando un electrón logra escapar de dicha influencia, el átomo correspondiente pierde la neutralidad eléctrica y se convierte en un ion positivo, al poseer un número de protones superior al de electrones. Lo contrario sucede cuando un electrón adicional es incorporado a un átomo neutro. Entonces el ion formado es negativo.

La carga del electrón (o del protón) constituye el valor mínimo e indivisible de cantidad de electricidad. Es, por tanto, la carga elemental y por ello constituye una unidad natural de cantidad de electricidad. Cualquier otra carga equivaldrá a un número entero de veces la carga del electrón.

Naturaleza química de los conductores y aisladores

Los conductores en general pueden clasificarse en: metálicos, electrolíticos y gaseosos.

En los conductores metálicos la conducción es electrónica, es decir, los portadores de cargas son electrones libres. Pertenecen a este grupo los metales y aleaciones. Se suele hablar en estos casos de conducción metálica.

Características químicas:

o Valencias positivas: Tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan.

o Tienden a formar óxidos básicos.

o Energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes

En los conductores electrolíticos la conducción es iónica; pertenecen a este grupo los llamados electrolitos, es decir, los ácidos (bases o sales, disueltos o fundidos). Las moléculas de estas sustancias, cuando se disuelven o funden, de disocian total o parcialmente formando iones positivos o negativos, y estos iones son portadores de cargas. En estos casos, el paso de la corriente eléctrica corresponde a un desplazamiento de material, y viene acompañada de una reacción química.

En los conductores metálicos la electricidad circula a través de la materia, mientras que en los conductores electrolitos circula con la materia.

Conductores líquidos:

• El agua, con sales como cloruros, sulfuros y carbonatos que actúan como agentes reductores (donantes de electrones), conduce la electricidad.

• Algunos otros líquidos pueden tener falta o exceso de electrones que se desplacen en el medio. Son iones, que pueden ser cationes, (+) o aniones (-).

Los gases pertenecen a un tercer grupo de conductores, los conductores gaseosos; en estado normal, los gases no son conductores, pero pueden convertirse relativamente en buenos conductores cuando están ionizados. Normalmente no se utilizan los gases para conducir corriente, salvo en casos muy especiales. La conducción a través de los gases no cumple con la Ley de Ohm.

Conductores gaseosos:

• Valencias negativas (se ioniza negativamente)

• En los gases la condición que implica el paso de una corriente se conoce como el fenómeno de descarga o "ruptura" eléctrica del gas: paso de un comportamiento no conductor (baja corriente) a conductor.

• Tienden a adquirir electrones

• Tienden a formar óxidos ácidos.

• Ejemplos: Nitrógeno, cloro, Neón (ionizados)

Conductores: Cualquier material que ofrece poca resistencia al flujo de la electricidad. Por ello, las cargas eléctricas se pueden mover fácilmente en su interior, por lo que, si en un conductor se generan cargas de distinto signo, éstas se desplazan por su interior hasta juntarse y anularse. Si las cargas son del mismo signo, se repelen separándose al máximo que puedan y por ello, se quedan en la superficie. Los metales, tales como el cobre, son buenos conductores porque sus átomos tienen muchos electrones (partículas cargadas negativamente) que pueden fluir fácilmente.

Los materiales se comportan de forma diferente en el momento de adquirir una carga eléctrica. Así, una varilla metálica sostenida con la mano y frotada con una piel no resulta cargada. Sin embargo, sí es posible cargarla cuando al frotarla se usa para sostenerla un mango de vidrio o de plástico y el metal no se toca con las manos al frotarlo. La explicación es que las cargas pueden moverse libremente entre el metal y el cuerpo humano, lo que las iría descargando en cuanto se produjeran, mientras que el vidrio y el plástico no permiten la circulación de cargas porque aíslan eléctricamente la varilla metálica del cuerpo humano.

Esto se debe a que en ciertos materiales, típicamente en los metales, los electrones más alejados de los núcleos respectivos adquieren fácilmente libertad de movimiento en el interior del sólido. Estos electrones libres son las partículas que transportarán la carga eléctrica. Al depositar electrones en ellos, se distribuyen por todo el cuerpo, y viceversa, al perder electrones, los electrones libres se redistribuyen por todo el cuerpo para compensar la pérdida de carga.

Aislantes o dieléctricos: Cualquier material que conduce mal el calor o la electricidad y que se emplea para suprimir su flujo. No es posible el movimiento de las cargas en su interior. Las cargas pueden estar situadas en cualquier punto y no se pueden mover. Los plásticos y cerámicas son buenos aislantes.

Estos materiales en los que los electrones están firmemente unidos a sus respectivos átomos. En consecuencia, estas

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