CARGAS ELÉCTRICAS

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CARGAS ELÉCTRICAS por Mind Map: CARGAS ELÉCTRICAS

1. 21.1 CARGA ELÉCTRICA

1.1. INTRODUCCIÓN

1.1.1. La palabra “ELÉCTRICO” se deriva del vocablo griego ELEKTRON, que significa ámbar

1.1.2. Dos CARGAS POSITIVAS se repelen entre sí, al igual que dos CARGAS NEGATIVAS. Una CARGA POSITIVA y una NEGATIVA se atraen.

1.1.3. “CARGAS IGUALES” no significa que las dos CARGAS sean idénticas, sino que ambas CARGAS tienen el mismo SIGNO ALGEBRAICO.

1.1.4. Una aplicación tecnológica de las fuerzas entre CUERPOS CARGADOS es una IMPRESORA LÁSER.

1.1.4.1. Al inicio del proceso de impresión, se da una CARGA POSITIVA al tambor formador de imágenes que es sensible a la luz.

1.1.4.2. Mientras el tambor gira, un rayo láser ilumina áreas seleccionadas del tambor, lo cual deja tales áreas con CARGA NEGATIVA.

1.1.4.3. Partículas CARGADAS POSITIVAMENTE de la tinta se adhieren sólo en las superficies del tambor en que el láser “escribió”.

1.1.4.4. Cuando una hoja del papel entra en contacto con el tambor, partículas de la tinta se adhieren a la hoja y forman la imagen

1.2. CARGA ELÉCTRICA Y LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA

1.2.1. La estructura de los átomos se describe en términos de tres partículas: el ELECTRÓN, con carga NEGATIVA; el PROTÓN, cuya carga es POSITIVA; y el neutrón, SIN CARGA. El PROTÓN y el NEUTRÓN son combinaciones de otras entidades llamadas QUARKS.

1.2.2. Los protones y los neutrones en un átomo forman el núcleo, cuyas dimensiones son del orden de 10–15 m. Los electrones rodean al núcleo a distancias del orden de 10–10 m.

1.2.3. Los protones y los neutrones permanecen dentro del núcleo estable de los átomos, debido al efecto de atracción de la fuerza nuclear fuerte, que vence la repulsión eléctrica entre los protones. La fuerza nuclear fuerte es de corto alcance, por lo que sus efectos no llegan más allá del núcleo.

1.2.4. MASA:

1.2.4.1. ELECTRÓN 9,109 382 91(40)×10−31 kg

1.2.4.2. PROTÓN 1,672 621 898×10−27 kg

1.2.4.3. NEUTRÓN 1,674 927 29(28)×10−27 kg

1.2.5. Más del 99.9% de la masa de cualquier átomo se concentra en el núcleo.

1.2.6. La carga negativa del electrón tiene exactamente la misma magnitud que la carga positiva del protón. En un átomo neutral, el número de electrones es igual al número de protones en el núcleo; en tanto que la carga eléctrica neta es exactamente igual a cero

1.2.7. El número de protones o electrones en un átomo neutro de un elemento se denomina número atómico del tal elemento.

1.2.8. Si se pierden uno o más electrones, la estructura con carga positiva que queda se llama ion positivo. Un átomo negativo es aquel que ha ganado uno o más electrones. Tal ganancia o pérdida de electrones recibe el nombre de IONIZACIÓN.

1.3. LA CARGA ELÉCTRICA SE CONSERVA

1.3.1. principio de conservación de la carga: La suma algebraica de todas las cargas eléctricas en cualquier sistema cerrado es constante.

1.3.1.1. En cualquier proceso de carga, ésta no se crea ni se destruye, solo se transfiere de un cuerpo a otro.

1.3.2. El segundo principio importante es: La magnitud de la carga del electrón o del protón es la unidad natural de carga.

1.3.2.1. Toda cantidad observable de carga eléctrica siempre es un múltiplo entero de esta unidad básica. Decimos que la carga está cuantizada.

2. 21.2 Conductores, aislantes y cargas inducidas

2.1. INTRODUCCIÓN

2.1.1. El alambre de cobre recibe el nombre de conductor de electricidad. Una banda de caucho o un cordón de nailon se denominan aislantes. Los conductores permiten el movimiento fácil de las cargas a través de ellos; mientras que los aislantes no lo hacen.

2.1.2. La mayor parte de metales son buenos conductores; en tanto que los no metales son aislantes en su mayoría. Dentro de un sólido metálico, como el cobre, uno o más de los electrones externos de cada átomo se liberan y mueven con libertad a través del material

2.1.3. El movimiento de esos electrones con carga negativa lleva la carga a través del metal. Los demás electrones permanecen unidos a los núcleos con carga positiva, que a la vez están unidos en posiciones casi fijas en el material.

2.1.4. En un material aislante no hay electrones libres, o hay muy pocos, y la carga eléctrica no se mueve con facilidad a través del material. Algunos materiales se denominan semiconductores porque tienen propiedades intermedias entre las de buenos conductores y buenos aislantes.

2.2. Carga por inducción

2.2.1. Hay otra técnica diferente con la que la varilla de plástico da a otro cuerpo una carga de signo contrario, sin que pierda una parte de su propia carga. Este proceso se llama carga por inducción. Una esfera metálica sin carga se sostiene usando un soporte aislante. Cuando se le acerca una varilla con carga negativa, sin que llegue a tocarla, los electrones libres en la esfera metálica son repelidos por los electrones excedentes en la varilla, y se desplazan hacia la derecha, lejos de la varilla.

2.2.2. No pueden escapar de la esfera porque tanto el soporte como el aire circundante son aislantes. Por lo tanto, existe un exceso de carga negativa en la superficie derecha de la esfera y una deficiencia de carga negativa (es decir, hay una carga positiva neta) en su superficie izquierda. Estas cargas excedentes se llaman cargas inducidas.

2.2.3. En un conductor metálico, las cargas móviles siempre son electrones negativos; sin embargo, con frecuencia conviene describir un proceso como si las cargas en movimiento fueran positivas. En las soluciones iónicas y los gases ionizados, las cargas que se mueven son tanto positivas como negativas.

2.3. Fuerzas eléctricas en objetos sin carga

2.3.1. Por lo tanto, un objeto con carga de cualquier signo ejerce una fuerza de atracción sobre un aislante sin carga.

2.3.2. Proceso de pintura electrostática que se utiliza en la industria automotriz.

2.3.2.1. El objeto metálico que va a pintarse se conecta a tierra, y a las gotitas de pintura se les da una cargaeléctrica conforme salen de la boquilla rociadora. Al acercarse las gotitas de pintura al objeto que se pinta, aparecen en éste cargas inducidas del signo opuesto, que atraen las gotitas a la superficie. Este proceso minimiza la formación de nubes de partículas dispersas de pintura y da un acabado particularmente liso

3. 21.3 Ley de Coulomb

3.1. INTRODUCCIÓN

3.1.1. En 1784 Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) estudió con mucho detalle las fuerzas de atracción de partículas cargadas. Usó una balanza de torsión similar a la que Cavendish emplearía 13 años después para estudiar la mucho más débil interacción gravitacional. Para cargas puntuales, cuerpos cargados muy pequeños en comparación con la distancia r que los separa, Coulomb descubrió que la fuerza eléctrica es proporcional a 1>r2.

3.1.1.1. cuando se duplica la distancia r, la fuerza disminuye a de su valor inicial; cuando la distancia disminuye a la mitad, la fuerza incrementa cuatro veces su valor inicial. La fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales también depende de la cantidad de carga en cada cuerpo, la que se denotará con q o Q.

3.1.1.2. Para estudiar esta dependencia, Coulomb dividió una carga en dos partes iguales poniendo en contacto un conductor esférico con carga pequeño, con una esfera idéntica pero sin carga; por simetría, la carga se compartía por igual entre las dos esferas. (Observe el papel esencial que tiene el principio de conservación de la carga en este procedimiento.) De esa manera, él podía obtener un medio, un cuarto, etcétera, de cualquier carga inicial. Descubrió que las fuerzas que dos cargas puntuales q1 y q2 ejercían una sobre la otra eran proporcionales a cada carga, por lo que también eran proporcionales a su producto q1q2.

3.1.2. Coulomb estableció la que ahora se conoce como ley de Coulomb:

3.1.2.1. La magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

3.1.3. Las direcciones de las fuerzas que las dos cargas ejercen sobre la otra siempre son a lo largo de la recta que las une. Cuando las cargas q1 y q2 tienen el mismo signo, positivo o negativo, las fuerzas son de repulsión; cuando las cargas tienen signos opuestos, las fuerzas son de atracción.

3.2. Constantes eléctricas fundamentales

3.2.1. El valor de la constante de proporcionalidad k en la ley de Coulomb depende del sistema de unidades que se emplee. En nuestro estudio de la electricidad y el magnetismo, tan sólo usaremos unidades del SI, las cuales incluyen la mayoría de las unidades con que estamos familiarizados, como el volt, ampere, ohm y watt. La unidad del SI para la carga eléctrica se llama coulomb (C). En unidades del SI, la constante k es k=8.987551787 x 10'9 Nm2/C2

4. INTRODUCCIÓN

4.1. El ELECTROMAGNETISMO, incluye tanto la ELECTRICIDAD como el MAGNETISMO.

4.2. Las interacciones del ELECTROMAGNETISMO implican partículas que tienen una propiedad llamada CARGA ELÉCTRICA.

4.3. De la misma forma que los objetos con MASA son acelerados por las FUERZAS GRAVITATORIAS, los objetos cargados ELÉCTRICAMENTE también se ven acelerados por las FUERZAS ELÉCTRICAS.

4.4. Las interacciones ELECTROESTÁTICAS se rigen por una relación sencilla que se conoce como LEY DE COULOMB, y es mucho más conveniente describirlas con el concepto de CAMPO ELÉCTRICO.

5. ALUMNO: OMAR FERNANDO HERNANDEZ VAZQUEZ