Fundamentos de la Carga Eléctrica y Métodos de Electrización

Principios de la Interacción Eléctrica

Cargas por frotamiento

Todos los cuerpos, al estar formados por átomos, poseen cargas eléctricas. Al frotar una barra de caucho (que tiende a ganar electrones) con un trozo de lana, la barra queda electrizada negativamente.

• El trozo de lana queda electrizado positivamente.
• La barra de caucho recibió electrones de la lana.
• El trozo de lana queda con un exceso de protones (o un déficit de electrones).

Interacción entre cargas

Al acercar dos esferas cargadas positivamente, se puede afirmar que estas se repelen, ya que las cargas del mismo signo ejercen una fuerza de repulsión entre sí.

Estado de un cuerpo cargado

Un cuerpo está cargado negativamente cuando tiene un exceso de electrones.

Por el contrario, si un cuerpo posee un número total de protones mayor que el número total de electrones, afirmamos que el cuerpo está electrizado positivamente.

Ejercicios y Casos Prácticos de Electrización

Frotamiento de cuerpos neutros

Pregunta: Cuando dos cuerpos distintos y neutros se frotan uno contra otro, ¿qué se puede afirmar?

Respuesta: Ambos adquieren cargas eléctricas de distinto signo. Uno cede electrones (quedando positivo) y el otro los gana (quedando negativo).

Electrización de materiales idénticos

Pregunta A: Si se frotan dos barras de vidrio entre sí, ¿crees que quedarán electrizadas?

Respuesta: No, porque al ser del mismo material, tienen la misma tendencia a ceder o ganar electrones, por lo que no hay una transferencia neta de carga entre ellas.

Pregunta B: ¿Y si las barras fueran de plástico?

Respuesta: No, por la misma razón. Al tener la misma composición, no se produce una transferencia de electrones por frotamiento entre ellas.

Frotamiento de materiales distintos

Pregunta: Al frotar una varilla de vidrio con un paño de seda, ¿qué sucede?

Respuesta: El vidrio, al ser frotado por la seda, cede electrones a esta. Por lo tanto, la varilla de vidrio queda con carga positiva y el paño de seda con carga negativa.

Verificación de una carga eléctrica

Pregunta: Se afirma que una varilla aislada tiene carga eléctrica. ¿Cómo podría usted verificarlo?

Respuesta: Utilizando un objeto con una carga conocida (por ejemplo, un péndulo eléctrico). Si al acercar la varilla, el objeto es repelido, ambos tienen cargas del mismo signo. Si es atraído, tienen cargas de distinto signo.

Identificación de carga por inducción

Pregunta: Se tiene un cuerpo conductor conectado a tierra y se le acerca otro cuerpo con una carga de signo desconocido. Luego de desconectar el primer cuerpo de la tierra y alejar el segundo, observamos que el primer cuerpo tiene una carga positiva. ¿Cuál era el signo de la carga del cuerpo desconocido?

Respuesta: El signo de la carga del cuerpo desconocido era negativo. Al acercarlo, repelió los electrones del conductor hacia la tierra. Al cortar la conexión a tierra, el conductor quedó con un déficit de electrones, es decir, una carga neta positiva.

Métodos de Electrización

Los métodos de electrización que requieren que al menos uno de los cuerpos esté cargado previamente son:

• Contacto
• Inducción

Definición de los Métodos

1. Fricción o Frotamiento

Consiste en el traspaso de electrones entre dos cuerpos neutros de distinto material que se frotan entre sí. Uno de los cuerpos queda con carga positiva y el otro con carga negativa.

2. Contacto

Ocurre cuando un cuerpo cargado toca a un cuerpo neutro (o con otra carga). Si el cuerpo cargado tiene un exceso de electrones (carga negativa), transfiere parte de ese exceso al otro. Si tiene una carencia de electrones (carga positiva), atrae electrones del otro cuerpo. Al final del proceso, ambos cuerpos quedan con el mismo tipo de carga.

3. Inducción

Es un proceso de redistribución de carga en un objeto neutro, causado por la influencia de un cuerpo cargado cercano, sin que haya contacto físico. El cuerpo cargado provoca una separación de las cargas en el cuerpo neutro: las cargas de signo opuesto son atraídas y las de igual signo son repelidas.

Conceptos Fundamentales de la Electrostática

Carga Eléctrica

Es una propiedad fundamental que poseen algunas partículas subatómicas (como electrones y protones) y que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas.

Cuerpo Eléctricamente Cargado

Es aquel que tiene un desequilibrio en su número de protones y electrones, es decir, un exceso de protones (carga positiva) o de electrones (carga negativa).

Coulomb (C)

Es la unidad de medida de la carga eléctrica en el Sistema Internacional. Un Coulomb equivale a la carga de aproximadamente 6.24 x 10¹⁸ electrones.

Materiales Semiconductores

Son aquellos materiales que, bajo ciertas condiciones, pueden comportarse como conductores o como aislantes, permitiendo un transporte parcial de electrones.

Ley de Coulomb

Es el principio fundamental de la electrostática. Describe la magnitud de la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas puntuales. Esta fuerza es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.