Electrostatica. Naturaleza de la electricidad

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR  GUAYAQUIL

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UNIDAD I              ELECTROSTATICA

NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD

ANTECEDENTES HISTÓRICOS

ELECTROSTATICA: Es la parte de la física que se encarga del estudio de las cargas eléctricas en reposo.

EFECTO AMBAR

En la antigüedad filósofos griegos observaron que al frotar una piedra de ámbar (resina fósil), esta tenía la propiedad de atraer diferentes objetos. A dicho fenómeno se le llamo efecto ámbar.

La palabra electricidad se deriva de eleKtron, palabra griega para el ámbar.

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DESCUBRIMIENTO ELECTRICO DE WILLIAM GILBERT

Gilbert descubrió que muchas sustancias tenían la capacidad de atraer objetos ligeros cuando se frotaban y aplicó el término eléctrica para la fuerza que ejercen estas sustancias después de ser frotadas. Fue el primero en utilizar términos como 'energía eléctrica', 'atracción eléctrica' y 'polo magnético'.  A la clase de cuerpos que tenían la propiedad de atraer después de ser frotados los llamo ELECTRICA (del griego ELECTRON, nombre del ámbar) y las que no atraían cuando se frotaban  el nombre de NO ELECTRICAS.

CHARLES DU FAY Y LAS DOS CLASES DE ELECTRICIDAD

   Cuando dos barras de ámbar son frotadas con un paño de seda o lana, cada una adquiere carga eléctrica; ahora si éstas se suspenden de hilos de seda o nylon y si acercamos una a la otra se observara que estas se repelen.

   Si se repite el experimento pero ahora con barras de vidrio, se observara que estas también se repelen.[pic 3]

Pero si se acerca una barra de ámbar cargada eléctricamente a una barra de vidrio también con carga eléctrica, se observara que en este caso ambas se atraen.

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                                                            - F                         + F

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                                                            - - - - - - - -  + + + + + +[pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]

                                                           - - - - - - - -   + + + + + +

                                             Barra de plástico               Barra de vidrio

                                        (Electricidad resinosa)       (Electricidad vítrea)

Experimento de este tipo fueron realizados por Charles Du Fay, llamando a la electricidad que adquieren las barras de ámbar, Electricidad Resinosa y a las de la barra de vidrio, Electricidad Vítrea.

El concluyo que, cuando se frotaba el ámbar contra una piel, adquiría el fluido resinoso, y la piel el fluido vítreo. Además, consideraba que todo cuerpo antes de ser frotado, poseía igual cantidad de los dos fluidos.

TEORÍA DE FRAKLIN DE UN SOLO FLUIDO

La hipótesis de Franklin era que los cuerpos no electrizados contenían una cantidad definida “Normal”, de un único fluido eléctrico. Este fluido lo imaginaba constituido de partículas eléctricas que se repelían mutuamente, pero eran atraídos por partículas de la materia ordinaria. La electrización consistía en que el cuerpo adquiría una cantidad extra del fluido, quedando electrizado POSITIVAMENTE o perdía parte de su cantidad normal quedando electrizado NEGATIVAMENTE.

STEPHEN GRAY Y EL DESCUBRIMIENTO DE LA CONDUCCIÓN ELECTRICA

Descubrió que si tomaba un tubo de cristal abierto por los extremos y se frotaba, los extremos atraerían objetos ligeros, después coloco un corcho en uno de los extremos, observando que el corcho atraía también.  Se preguntó que ocurriría si iba más lejos y colocaba un clavo en el corcho, y se encontró que en la punta del clavo también atraía. Puso un pequeño pomo de metal en el extremo de una barra de metal pegada al corcho y descubrió que esto también atraía. Hizo más y más larga la barra de metal y todavía atraía. Gray se dio cuenta entonces, que había hecho un descubrimiento de que la electricidad era algo que podía viajar.

TEORÍA ELECTRONICA

EL ÁTOMO: Es la partícula más pequeña a la que se puede reducir un elemento y que conserva las propiedades de ese elemento. Está formado por 3 tipos de partícula subatómica que son de interés para el estudio de la electricidad:

• El electrón: Es el que contiene carga eléctrica negativa. Los electrones están presentes en todos los átomos y cuando son arrancados del átomo se llaman electrones libres.

• El protón: partícula nuclear con carga positiva igual en magnitud a la carga negativa del electrón; junto con el neutrón, está presente en todos los núcleos atómicos.

• El neutrón: partícula sin carga que constituye una de las partículas fundamentales que componen la materia.

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La teoría electrónica nos dice que la electricidad se produce cuando los electrones se liberan de los átomos.

Para liberar a los electrones se utiliza una fuerza externa para sacar a los electrones de sus orbitas.

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                                                                                                                               FUERZA

                                                                                                                            CENTRIFUGA[pic 14][pic 15]

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                                                                              FUERZA

                                                                    DEL NUCLEO[pic 18]

                                                                                                La atracción positiva del núcleo                          contrarresta la fuerza centrifuga en el [pic 19]

electrón para mantenerlo en órbita

NÚCLEO NORMAL

                                                            FUERZA[pic 20][pic 21]

                                                                    EXTERIOR                                                                                                           

                                                                                                                            [pic 22][pic 23]

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                                                                                                Una fuerza exterior puede                          liberar al electrón.[pic 27]

LIBERACIÓN DEL ELECTRÓN

CARGA ELECTRICA

Existen en la naturaleza dos tipos de cargas eléctricas que por convenio se miden unas con números positivos y las otras con números negativos. Todas las partículas eléctricamente cargadas llevan una carga igual en valor absoluto a una cantidad llamada carga elemental, e. El protón posee una carga positiva +e y el electrón lleva una carga negativa -e.

Esta carga elemental equivale a 1.6 x 10-19  C. Un átomo eléctricamente neutro tiene el mismo número de protones que de electrones.

Sin embargo es frecuente que los átomos ganen o pierdan uno o varios electrones. En el primero de los casos el átomo se carga negativamente (electricidad negativa), mientras que en el segundo se carga positivamente (electricidad positiva).

La unidad de la carga eléctrica es el Coulomb.1 Coulomb = 6.18 x 1018 electrones

LEY DE LAS CARGAS ELECTRICAS

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 electroestáticas.

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