Download - Fuerza Electrostatica
OBJETIVOS
Al término de la unidad, usted deberá:
1. Comprender las propiedades de la carga eléctrica.
2. Comprender la importancia de la electricidad en la vida moderna.
3. Reconocer los procedimientos para cargar un cuerpo.
Conceptos clave
• Protón
• Neutrón.
• Electrón.
• Núcleo.
• Corteza.
• Atracción y repulsión.
• Fricción.
• Contacto.
• Inducción. Polarización.
• Conexión a Tierra
• Electroscopio.
CARGA ELECTRICA
• Propiedad fundamental de la materia, presente en partículas subatómicas. Se expresa en una unidad llamada Coulomb (C).
• Esta propiedad se manifiesta mediante fuerzas a distancia, denominadas fuerzas electrostáticas.
¿CUÁNDO UN CUERPO ESTÁ ELÉCTRICAMENTE CARGADO?
Un cuerpo está cargado eléctricamente
• Negativo: si tiene un exceso de electrones.
• Positivo: si tiene un déficit de electrones.
Se dice que un cuerpo está neutro, cuando tiene igual cantidad de protones que de electrones.
¿CÓMO SE CONSIGUE QUE UN CUERPO SE ELECTRICE?
Si por algún mecanismo se logra que los electrones libres de un cuerpo neutro pasen a otro, también neutro, un cuerpo perderá electrones (se electriza positivamente) y el otro ganará electrones (se electriza negativamente).
PROPIEDADES DE LOS CUERPOS CARGADOS ELÉCTRICAMENTE
Un cuerpo sólo puede recibir o ceder cantidades de carga determinadas por números enteros de electrones.
PROPIEDADES DE LOS CUERPOS CARGADOS ELÉCTRICAMENTE
Las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las de distinto signo se atraen.
PROPIEDADES DE LOS CUERPOS CARGADOS ELÉCTRICAMENTE
• La cantidad de carga eléctrica se conserva.
QA + QB = qA + qB
QA
QB
qA
qB
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Ejemplo Nº 1Al poner en contacto un conductor A de carga QA = + 10 C con otro
conductor idéntico B de QB = -6 C y luego separarlos, siempre se cumple que:
I. QA + QB = qA + qB
II. qA y qB son positivas
III. qA = + 2 C ; qB = - 2C
Es (son) verdadera(s)
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I y II
E) I, II y III
ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTOApplet
Al frotar un cuerpo neutro con otro, una parte de los electrones de la superficie se transfiere al otro cuerpo.
Ambos cuerpos quedan electrizados con cargas de distinto signo.
La transferencia de electrones se produce sólo entre materiales distintos.
• Por frotamiento. Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.
ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO
Al poner en contacto un cuerpo neutro con otro electrizado, se produce transferencia de electrones. Ambos cuerpos quedan electrizados con cargas de igual signo.
POLARIZACIÓN
Se dice que un cuerpo tiene la carga eléctrica polarizada cuando la carga negativa está en un extremo y en el otro está la carga positiva. Se produce por el desplazamiento de los electrones.
ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN
Al acercar un cuerpo cargado (inductor) a uno neutro (inducido), se produce en éste una polarización. Si se conecta el cuerpo a tierra, se produce transferencia de electrones, quedando el cuerpo inducido electrizado con carga de diferente signo al inductor.
• Por inducción. Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.
+ _
_ +
_ +
+ _
Inicialmente las esferas se encuentran sin cargas.
++++
_
_ _ _
______
Se le aproxima una barra con carga negativa y rechaza a los electrones de
la primera esfera.
++++
_
_ _ _
______
Luego se le retira la esfera inducida negativamente.
+ ++ +
_ _ _ _
Finalmente se le retira la barra y quedan las esferas cargadas.
PÉNDULO ELÉCTRICO
Al acercar un cuerpo cargado eléctricamente a un péndulo cuyo estado de carga es neutro, el cuerpo polariza al péndulo, produciendo atracción entre ambos cuerpos. Instrumentos tales como el péndulo eléctrico, que permiten acusar el estado eléctrico de los cuerpos se llaman Electroscopios.
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ELECTROSCOPIO DE HOJUELAS
Consta fundamentalmente de una esfera metálica unida a un extremo de un vástago también metálico, en cuyo extremo se adosan dos finísimas laminillas metálicas.
Electrizando la esfera por contacto con un cuerpo en estado eléctrico (cargado), éste es transmitido por el vástago metálico a las hojuelas, las que entonces se separan porque adquieren estado eléctrico de la misma clase.
• El electroscopio es un aparato que permite detectar la presencia de campos eléctricos en un cuerpo e identificar el signo de la misma.
• El electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de oro o de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen
Esquema del funcionamiento del electroscopio
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Generador de Van de Graaff
• El generador de Van de Graaff es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. Las diferencias de potencial así alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los 5 mega voltios. Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X, esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y física nuclear.
Físico estadounidense Robert Van de Graaff
Ejemplo Nº 2
Un cuerpo está cargado negativamente cuando tiene
I. cierto número de electrones libres.
II. déficit de electrones.
III. exceso de electrones.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo I y II
E) Sólo I Y III
Ejemplo Nº 3
Se tiene un electroscopio cargado negativamente, producto de lo cual se produce una pequeña separación de las hojas. Si ahora se aproxima una esfera con carga negativa a la esfera metálica del electroscopio, como muestra la figura, se espera que las hojas del electroscopio
I. se separen aún más.
II. se acerquen.
III. permanezcan igual.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) No se puede determinar.
E) Ninguna de ellas.
Ejemplo Nº 4
Una barra aislante P, electrizada positivamente, se coloca en las proximidades de una barra metálica B (fija), no electrizada. La esfera conductora E, también descargada, está suspendida por un hilo aislante, próxima al otro extremo de la barra. Se puede afirmar que
I. la barra B se polariza.
II. la esfera E se polariza.
III. la barra B y la esfera E se atraen.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo I y II
E) I, II y III
Ejemplo Nº 5Al poner en contacto dos cuerpos, uno cargado positivamente
y otro neutro, se espera que
A) ambos cuerpos queden cargados positivamente.
B) un cuerpo quede positivo y el otro negativo.
C) ambos cuerpos queden cargados negativamente.
D) ambos queden neutros.
E) que los cuerpos mantengan su estado eléctrico.
¿QUÉ APRENDÍ?
• Las propiedades de la carga eléctrica.
• La importancia de la electricidad en la vida moderna.
• Los procedimientos para cargar un cuerpo.
• Los factores que determinan la fuerza eléctrica.
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SÍNTESIS DE LA CLASE
Cargas eléctricas
Hay de dos tipos
Positivas
Negativas
Un cuerpo las adquiere por
Frotamiento
Inducción
Contacto
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