Electricidad

Antes de empezar... Unos conceptos

a.     Carga Eléctrica

       Es una magnitud física característica de los fenómenos eléctricos, es propia de los cuerpos y cualquier trozo de materia puede adquirir carga eléctrica.

        Su unidad es Coulomb (C)

b.    Carga Neta de un cuerpo

       Cuando un cuerpo posee igual carga positiva (protones) y negativa (electrones).

c.    Cuerpo eléctricamente neutro

      Que tiene Carga Neta es decir, tiene la misma cantidad de carga positiva y negativa.

d.    Cuerpo Cargado positivamente

       Es aquel que tiene excesos de protones y perdió electrones.

e.    Cuerpo cargado negativamente

          Es aquel que tiene excesos de electrones y ha ganado electrones.

f.    Ion positivo/ Ion negativo

     Un ion es un átomo o grupo de átomos cargado eléctricamente. Un ion positivo es un catión (+)  y un ion negativo es un anión (-).

g.    Inducción electrostática

     Es la redistribución de la carga eléctrica en un objeto, causada por la influencia de cargas cercanas. 

ELECTRIZACIÓN

Es proceso electrostático  por el cual un cuerpo es cargado positiva o negativamente.

Debemos tener en cuenta lo siguiente:

La carga eléctrica se conserva en un sistema, ya que no puede ser creada ni destruida.

Cargas iguales se repelen en cambio cargas distintas se atraen.

Sabemos que un conductor puede electrizarse por medio de tres formas:

-Frotamiento:La electrización en este caso se produce entre dos cuerpos neutros distintos: ejemplo un pedazo de tela y una peineta, al haber fricción en ambos, hay un traspaso de electrones de un cuerpo al otro, quedando cargados positiva o negativamente dependiendo del cuerpo.

     

     -Contacto:La electrización en este caso se logra poniendo en contacto un cuerpo cargado, con un cuerpo “conductor” de esta manera, ambos cuerpo quedaran cargados negativa o positivamente de manera simultanea. Por ejemplo ponemos en contacto un imán con una aguja, luego de unos momentos la aguja causara el mismo efecto de atracción.

-Inducción: Este caso es el mas curioso, ya que un cuerpo cargado es acercado a otro cuerpo neutro (inductor-inducido) dejando polarizado al otro cuerpo, luego se conecta a tierra el cuerpo y de esta manera solo quedara en el cuerpo la carga atraída por el inductor (permanentemente) y si no, la polarización solo será transitoria hasta que el inductor se haya alejado. 

CONDUCTORES Y AISLADORES

Existen en nuestro entorno muchos cuerpos de distintos materiales, en el

tema de la electrización hay algunos que permiten el proceso fácilmente,

pero algunos pueden poner muchas dificultades para lograrlos. Para poder

clasificar estos materiales hablamos de Conductores y Aisladores.

Conductores:

   Son aquellos que permiten el traspaso eléctrico a través de ellos, permiten que hoy en día logremos tener electricidad en nuestras casas, o se provoquen algunos fenómenos naturales como los relámpagos. (separación forzosa en las cargas negativas y positivas de una nube)

Ej: cobre, hierro, agua

Aislantes: En este caso son los materiales
que no permiten el movimiento de
electrones en su interior, así no logran traspasar la electricidad.  Así es el caso
de: Madera, plásticos, aire, etc..

Cabe notar que la diferencia entre aislante y conductor NUNCA es muy clara, ya que un aislante en condiciones especiales puede convertirse en un buen conductor, tal es el caso del aire con el relámpago, al traspasar la carga de 30.000 volteos, el aire sirve como conductor.

El mismo caso del agua y la sal, o de los cables que han provocado accidentes con volantines.

LEY DE CARGAS ELÉCTRICAS

Has notado la fuerza que se observa al poner un elemento metálico cerca de un imán?
Esta fuerza "F" es llamada Fuerza electrostática.


Está puede ser de dos tipos : De REPULSIÓN o bien de ATRACCIÓN, lo cual depende directamente de los signos de las cargas:







- cargas negativas frente a frente se repelen
- cargas positivas frente a frente se repelen

- carga positiva frente a carga negativa se atraen

- un electrón con un neutrón no generan ninguna fuerza

- un protón con un neutrón no generan ninguna fuerza

Cómo lo hizo?
Coulomb creó una balanza, a la que denominaron "Balanza de Coulomb"Este aparato permitió establecer y comprobar la ley que rige la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas, además de resultar muy útil en otros experimentos de gran importancia científica. Se basa en el principio demostrado por Coulomb que dice: ”la fuerza de torsión es proporcional al ángulo de torsión”.

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La ley de Coulomb sostiene que la fuerza eléctrica entre dos cargas (q1 y q2), separadas a una distancia (d) , es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, esto es que disminuye a medida que se separan. Se expresa:

La fuerza puede ser ATRACTIVA o REPULSIVA siempre dependiendo del signo de las cargas.

Relaciones:
- El cuadrado de la distancia es inversamente proporcional a la Fuerza eléctrica
- El producto de las carga es proporcional a la Fuerza eléctrica a una distancia constante.

La constante 'K' tiene un valor de     

viene dada por la fuerza que se genera de un coulomb cuando está en presencia de otra carga de igual valor a un metro de distancia.
También se calcula como

en donde 'E' representa la permitividad eléctrica del medio.
La Fuerza además tiene una dirección y sentido, la primera está dada por la recta que une a las dos cargas y  la segunda depende del signo de las cargas.

Es importante destacar que la Ley de Coulomb solo considera la interacción entre dos cargas puntuales a la vez y la fuerza que se determina es aquella que ejerce una carga q1 sobre otra q2, sin considerar otras cargas a su alrededor.

1.- Tres cargas están distribuidas de manera lineal,  la carga q1, tiene un valor de -10µC (microcoulmb = 10^{−6); la carga q2 de 5}µC  y la carga q3 -6µC .

Si, q1 distancia con q2 = 0,30m   y
q2 distancia con q3 = 0,20m
Calcular la fuerza electro estática resultante sobre la carga q3 debido a las otras dos cargas.
Considera que la constante  

2.- Dos esferas idénticas de cargas q1= -5µC  q2 = 8µC  , separadas a una distancia de 20cm.
Calcular la magnitud de la fuerza eléctrica que las atrae.

ELECTRICIDAD ATMOSFÉRICA

      Manifestándose a través del rayo este fenómeno natural contiene gran carga eléctrica y al acercarse a la tierra se transforma en energía calórica y luminosa.

Las nubes están formadas por un número inmenso de pequeñas gotas de agua, que forman grandes masas suspendidas en el aire.

    El roce de las nubes unas con otras, o con los picos de las montañas, pueden hacer que éstas adquieran carga eléctrica. La nube

cargada puede ejercer sobre las otras nubes, fenómenos de influencia , haciendo la atracción de cargas opuestas produciendo una descarga violenta. 

   De este modo se produce el rayo, manifestando luminosidad, que es el relámpago, y el ruido producido por la rotura de las capas de aire que constituye el trueno.

EL PARARRAYO

Cuando se generan tormentas, las nubes que poseen carga negativa en sus puntas comienzan a propagar estas  crean un campo eléctrico situado entre el suelo y las nubes, algunas de estas cargas (débiles) se pueden llegar a propagar  de manera que a medida que descienden se van amplificando de manera progresiva, este fenómeno recibe el nombre de 'trazador descendente'.
Al acercase al suelo, esta carga genera que la parte superior de los objetos se ionice, esta ionización evoluciona hasta formar el 'trazador ascendente', al juntarse ambos trazadores se genera un conducto de unión.
Lo realiza el pararrayos es anticiparse a cualquier objeto y formar su trazados ascendente más rápidamente (efecto corona), para ser el punto de caída del rayo, la descarga eléctrica luego se disipa en el suelo a través de la toma de tierra.