Principios de Electricidad, Electrostática y Radiactividad

Electrostática: Cargas y Fuerzas Eléctricas

La Ley de Coulomb

La ley de Coulomb, que describe la fuerza entre dos cargas eléctricas en reposo, puede expresarse de la siguiente manera:

La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Conductores y Aislantes Eléctricos

Cuerpos Conductores

Son aquellos materiales que ofrecen poca resistencia al flujo de electrones o electricidad, dejando pasar fácilmente la corriente eléctrica, de manera análoga a como las tuberías conducen agua a través de un circuito hidráulico.

Cuerpos No Conductores (Aislantes)

Son los que no permiten el paso e intercambio de electrones periféricos, siendo sus átomos normalmente estables; es decir, que no permiten el paso de la corriente eléctrica. Algunos materiales aislantes son:

• La madera
• El vidrio
• El plástico
• La cerámica

El Electroscopio: Detección de Cargas

El electroscopio es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas eléctricas y su signo.

Funcionamiento por Inducción

Si acercamos un cuerpo cargado con carga positiva, por ejemplo, una lapicera que ha sido frotada con un paño, las cargas negativas del conductor experimentan una fuerza atractiva hacia la lapicera. Por esta razón, se acumulan en la parte más cercana a esta. Por el contrario, las cargas positivas del conductor experimentan una fuerza de repulsión y, por esto, se acumulan en la parte más lejana a la lapicera.

Lo que ha ocurrido es que las cargas se han desplazado, pero la suma de cargas positivas es igual a la suma de cargas negativas. Por lo tanto, la carga neta del conductor sigue siendo nula.

Consideremos ahora qué pasa en el electroscopio. Recordemos que un electroscopio está formado esencialmente por un par de hojas metálicas unidas en un extremo, por ejemplo, una tira larga de papel de aluminio doblada por la mitad. Si acercamos la lapicera cargada al electroscopio, como se indica en la figura, la carga negativa será atraída hacia el extremo más cercano a la lapicera, mientras que la carga positiva se acumulará en el otro extremo, es decir, se distribuirá entre las dos hojas del electroscopio. La situación se muestra en la figura: los dos extremos libres del electroscopio quedaron cargados positivamente y, como las cargas de un mismo signo se rechazan, las hojas del electroscopio se separan.

Carga del Electroscopio

Si ahora alejamos la lapicera, las cargas positivas y negativas del electroscopio vuelven a redistribuirse, la fuerza de repulsión entre las hojas desaparece y se juntan nuevamente. ¿Qué pasa si tocamos con un dedo el extremo del electroscopio mientras está cerca de la lapicera cargada? La carga negativa acumulada en ese extremo "pasará" a la mano y, por lo tanto, el electroscopio quedará cargado positivamente. Debido a esto, las hojas no se juntan cuando alejamos la lapicera.

Electrodinámica: Corriente y Circuitos

Corriente Eléctrica

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C·s^-1 (culombios por segundo), unidad que se denomina amperio (A). Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se aprovecha en el electroimán.

La Ley de Ohm

La Ley de Ohm establece que "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo". Se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación:

Donde, empleando unidades del Sistema Internacional, tenemos que:

• I = Intensidad en amperios (A).
• V = Diferencia de potencial en voltios (V) o tensión (U).
• R = Resistencia en ohmios (Ω).

Fundamentos de Radiactividad

Elementos Radiactivos

Son los cuerpos o elementos químicos que emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc.

Radiación Gamma (Rayos γ)

La radiación gamma o rayos gamma es un tipo de radiación electromagnética y, por tanto, está formada por fotones. Es producida generalmente por elementos radiactivos o por procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tan alta energía también se produce en fenómenos astrofísicos de gran violencia.

Partículas Alfa (Rayos α)

Las partículas alfa o rayos alfa son núcleos completamente ionizados de helio-4 (⁴He), es decir, sin su envoltura de electrones correspondiente. Estos núcleos están formados por dos protones y dos neutrones. Al carecer de electrones, su carga eléctrica es positiva (+2q_e), mientras que su masa es de 4 uma.