Fundamentos de la Electroestática: Carga, Modelos Atómicos y Leyes

Electroestática: Conceptos Fundamentales

Electroestática: Parte de la electricidad que estudia las interacciones entre **cargas puntuales** en reposo o fijas.

Partículas elementales: Componentes primarios o últimas divisiones; **simples**, sin estructura, **indivisibles**.

Evolución Histórica del Concepto de Átomo

• 460 A.C. (Demócrito): Si divido y divido y divido algo, en algún momento no se podrá dividir más (concepto de **átomo**).
• S. XIX (Dalton): La materia está compuesta por átomos, moléculas y elementos químicos.
• 1932: El átomo está compuesto por **protón**, **neutrón** y **electrón**.
• 1964: Protones y neutrones están compuestos por **quarks** y **leptones**.
• Las partículas elementales son: quarks, leptones y electrones.

Modelos Atómicos

• Thomson: El átomo es una esfera de cargas positivas (+) y negativas (–) distribuidas uniformemente.
• Lenard: El átomo es una esfera de cargas positivas (+) y negativas (–) y en el interior presenta **huecos o vacíos**.
• Rutherford: Analogía entre el **sistema solar** y el átomo (protones y neutrones son el sol, electrones son planetas que giran alrededor de él).
• Bohr: Los electrones giran alrededor del **núcleo** en **órbitas circulares** a las que corresponde una energía determinada.

Carga Eléctrica y Estados de Electrización

Carga eléctrica: Propiedad que tienen los cuerpos de **atraer o repeler** otros cuerpos. Fue observado por Tales (el ámbar frotado era capaz de atraer cuerpos livianos); en 1600 (Gilbert) se determinó que el plástico, el vidrio, la ebonita, el azufre, etc., al ser frotados, adquieren la misma propiedad del ámbar.

Estados eléctricos: Se produce cuando se modifica la estructura atómica del átomo, donde un cuerpo gana o pierde electrones. Pueden ser:

• Positivo (+): Cuando hay más protones que electrones (átomo con **déficit de electrones**).
• Negativo (-): Cuando hay más electrones que protones (**exceso de electrones**).
• Neutro: Cuando hay igual número de electrones que de protones.

Métodos de Electrización

• Frotamiento: Los cuerpos se cargan con **signos contrarios**. (Ej: plástico + lana: el plástico adquiere electrones. Vidrio + seda: el vidrio pierde electrones).
• Contacto: Los cuerpos se cargan con **signos iguales**. (Ej: Plástico negativo + sauco: el sauco queda negativo. Vidrio positivo + sauco: el sauco queda positivo).
• Inducción: Consiste en separar las cargas de un cuerpo neutro mediante un cuerpo cargado. Las cargas se **polarizan** (no se cargan permanentemente). El cuerpo neutro se carga con **signo contrario** al cuerpo inductor.

Conductores, Aisladores y Leyes Fundamentales

Materiales

• Conductores: Material que permite el paso de la **electricidad** o carga eléctrica porque posee **electrones libres**. (Ej: cuerpo humano, metales, agua).
• Aisladores: Material que **no conduce** la electricidad o carga eléctrica, ya que no posee electrones libres o tiene muy pocos. (Ej: plástico, madera).

Leyes y Principios

• Primera Ley de la Electroestática: Cuerpos cargados con **signos iguales se repelen**, cuerpos cargados con **signos opuestos se atraen**.
• Carga Eléctrica Elemental: Es la carga del protón o electrón. Protón (P): $1,6 \times 10^{-19} \text{ C}$. Electrón (E): $-1,6 \times 10^{-19} \text{ C}$.
• Cuantización de la Carga Eléctrica: La carga de un cuerpo es un **múltiplo entero** de la carga elemental. $Q = ne$ (donde $e$ es la carga eléctrica elemental; $Q = e, 2e, 3e$, etc.).
• Principio de Conservación de la Carga Eléctrica: En todo fenómeno físico observable en la naturaleza, la **carga total se conserva**.

Instrumentos

Electroscopio: Instrumento que permite **detectar la presencia de cargas eléctricas**. No se observan las cargas directamente, sino la interacción entre las hojas de aluminio, que se abren si están cargadas.