Campo eléctrico FII GIA
De Laplace
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| + | En los materiales '''conductores''', las cargas que se depositan en ellos pueden moverse libremente por el volumen del material. Ejemplos de esto son los metales, disoluciones salinas, plasmas (gas disociado en iones, como en los tubos fluorescentes), etc. | ||
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| + | Este es un fenómeno por el cual se puede obtener una carga neta en un conductor sin necesidad de tocarlo. | ||
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==Ley de Coulomb == | ==Ley de Coulomb == | ||
Revisión de 14:01 8 feb 2011
Contenido |
1 Carga eléctrica
Las primeras observaciones de fenómenos eléctricos de las que tenemos noticias fueron hechas por los griegos. Se dieron cuenta de que después de frotar un trozo de ámbar con piel curtida, el ámbar era capaz de atraer objetos pequeños y ligeros, como pajitas o plumas. Podemos realizar fácilmente una experiencia similar frotando un bolígrafo de plástico con un chaleco de lana. Veremos que el bolígrafo es capaz de atraer pequeños trozos de papel. Como curiosidad, el término electricidad deriva de la palabra griega para ámbar: elektron.
1.1 Tipos de carga eléctrica
En la experiencia se observa que:
- Dos barras de caucho frotadas con piel se repelen.
- Dos barras de vidrio frotadas con seda se repelen.
- Una barra de caucho frotada con piel y una barra de vidrio frotada con seda se atraen.
Estos hechos experimentales se pueden explicar postulando la existencia de dos tipos de carga. Objetos con el mismo tipo de carga se repelen y objetos con distinto tipo de carga se atraen.
Siguiendo la nomenclatura impuesta por Benjamin Franklin, un tipo de carga se llama positivo y el otro negativo. Cuál es cual es una cuestión de convenio. En nuestro experimento la barra de caucho tiene carga negativa y la de vidrio positiva. En principio podría haber tantos tipos de carga como materiales, pero puede comprobarse que es suficiente con considerar dos tipos de carga (¿cómo puede comprobarse esto?)
Con esta hipótesis, los hechos experimentales se explican de la siguiente manera. Al frotar la barra de caucho con la piel, cargas negativas de la piel pasan al caucho, con lo que este queda con carga neta negativa y la piel con carga neta positiva. Hoy sabemos que en el frotamiento se transfieren electrones desde la piel al caucho. En el caso del vidrio y la seda los signos son los contrarios, pues los electrones se transfieren desde el vidrio hacia la seda.
Este fenómeno de carga por frotamiento se llama triboelectricidad, del griego tribos (rozamiento, frotamiento).
1.2 Cuantización de la carga eléctrica
La unidad de carga eléctrica observada en la Naturaleza en estado libre es la carga del electrón (o protón). Los átomos tienen un núcleo cargado positivamente y electrones a su alrededor con carga negativa. El núcleo está compuesto de protones, con carga positiva, y neutrones, que tienen carga neta nula. El valor absoluto de la carga eléctrica de un protón y un electrón es el mismo
Siendo el Coulombio (C) la unidad de carga eléctrica en el sistema internacional.
Cuando un cuerpo está cargado, su carga total es siempre un múltiplo entero de esta carga fundamental
En general, el número N es enorme. Por dar una idea, cuando se frota caucho con piel su valor es 
.
1.3 Conservación de la carga
La carga eléctrica neta se conserva en cualquier proceso de la Naturaleza. En los experimentos triboeléctricos anteriores, al frotar el caucho con la piel la cantidad de carga negativa que adquiere el caucho es igual en valor absoluto a la cantidad de carga positiva que adquiere la piel.
Esto no quiere decir que no pueda crearse carga. Lo que impone es que la carga neta se mantiene constante. Así un fotón puede descomponerse en un electrón y un positrón (antipartícula del electrón con carga positiva). En este proceso se crean dos cargas eléctricas nuevas, pero la carga neta no varía (es nula antes y después del proceso)
2 Conductores y aislantes
Desde el punto de vista del movimiento de las cargas en su interior, los materiales pueden clasificarse en conductores y aislantes.
En los materiales aislantes la carga eléctrica no puede desplazarse por él. Si frotamos el extremos de un bolígrafo de plástico con lana, el extremo frotado es capaz de atraer trocitos de papel, pero el extremo no frotado no puede hacerlo. Esto se debe a que el plástico es aislante, y la carga queda confinada al extremo en el que se depositó. Ejemplos de materiales aislantes son los plásticos, la cera, papel, madera, etc.
En los materiales conductores, las cargas que se depositan en ellos pueden moverse libremente por el volumen del material. Ejemplos de esto son los metales, disoluciones salinas, plasmas (gas disociado en iones, como en los tubos fluorescentes), etc.
Es interesante definir el concepto de conductor perfecto como un material conductor en el que existe de forma natural un número infinito de cargas libres. Un buen ejemplo son los metales. En un centímetro de cobre hay del orden de 1023 electrones libres con capacidad para moverse por su volumen.
2.1 Carga por inducción
Este es un fenómeno por el cual se puede obtener una carga neta en un conductor sin necesidad de tocarlo.
Tenemos una barra de vidrio cargada positivamente por rozamiento. Si acercamos esta barra a una esfera conductora (por ejemplo, metálica) las cargas negativas de la esfera se acercan a la barra, dejando el lado opuesto con una carga positiva.
Si ahora colocamos otra esfera metálica en contacto con la primera en el punto más alejado de la barra, las cargas negativas de la segunda esfera se acercan a la barra cargada, con lo que el extremo de la segunda esfera más alejado de la barra tiene carga neta positiva.
Si ahora separamos las dos esferas y alejamos la barra cargada, la primera queda con una carga neta negativa y la segunda con una carga neta positiva.
