ley de coulomb

Electricidad estática

En esta presentación: Explorarás las causas y las características

de la electricidad estática.


En esta presentación, verás cómo la electricidad estática es ocasionada por un desequilibrio de cargas.

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Verás también cómo pueden explicarse algunos efectos de la electricidad estática por medio de la Ley de cargas de Coulomb.


Electrones Protones Neutrones

Átomo de carbono

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Átomos

Todos los materiales están constituidos por átomos, y estos contienen al menosun protón y un electrón.

Los protones y los neutrones (que no tienen carga) se encuentran en el centro del átomo, llamado núcleo.

Los protones poseen cargas positivas mientras que los electrones tienen cargas deigual magnitud pero negativas.

Los electrones orbitan alrededor del núcleo del átomo.


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Átomos

En un átomo normal, el número de protones es igual al número de electrones.

Debido a que los electrones se encuentran en la parte exterior del átomo, resultan mucho más fáciles de separar del mismo que los protones.

Como estas partículas poseen cargas iguales de signo opuesto, la carga neta del átomo es cero.

En algunos materiales, los electrones más externos se desplazan fácilmente de un átomo a otro, manteniéndose una carga neta nula.

+ ++

++

+ + ++++ +

-

--

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Protón

Núcleo Neutrón

Electrón


1

¿Cómo se llama la parte central del átomo?

Pregunta

A) Electrón

B) Neutrón

C) Molécula

D) Núcleo


Un átomo contiene 12 protones y 13 neutrones. ¿Cuál será su número normal de electrones?

Introduce y envía tu respuesta numérica.

Pregunta 2


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Cargas

Electricidad estática es el nombre que se le da a una serie de fenómenos causados por el desequilibrio de cargas.

Cuando un electrón, con su carga negativa, se separa de un átomo, éste último queda cargado positivamente.

Este desequilibrio se produce cuando los electrones se escapan de sus átomos.

Cuando una gran cantidad electrones se escapan de los átomos de un material, se empiezan a acumular cargas en diferentes partes de dicho material.


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Ley de cargas

Un campo electrostático es una región en la cual puede detectarse una fuerza electrostática.

Las cargas ejercen fuerzas electrostáticas que actúan a distancia, estas cargas crean campos electrostáticos.

Si en el campo electrostático creado por una carga se coloca una segunda carga, ambas experimentarán una fuerza.

Para comprender la electricidad debe comenzarse por entender cómo reaccionan las cargas entre sí.


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Ley de cargas

En resumen: Cargas iguales se repelen, cargas opuestas se atraen.

Si se coloca una carga positiva en el campo de otra carga positiva, ambas experimentarán una fuerza de repulsión.

Si se coloca una carga negativa en el campo de otra carga negativa, ambas experimentarán fuerzas de repulsión entre sí.

Si una carga negativa se coloca en el campo de una carga positiva, ambas experimentarán una fuerza de atracción.

Cargas iguales se repelen

Cargas opuestas se atraen


3

Un campo electrostático es ...

Pregunta

A) una zona donde se mantienen las cargas electrostáticas

B) la región en la cual puede medirse una fuerza magnética

C) una zona en la que puede detectarse una fuerza electrostática

D) una región en la que puede detectarse una fuerza electromagnética


4

Una barra cargada produce una fuerza de repulsión sobre una carga. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones respecto a la fuerza en la barra es cierta?

Pregunta

A) La barra experimenta una fuerza de repulsión igual.

B) La barra experimenta una fuerza menor de repulsión.

C) La barra experimenta una fuerza de atracción igual.

D) La barra experimenta una fuerza de atracción más pequeña.


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Ley de Coulomb

La magnitud de la fuerza electrostática depende de las magnitudes de las cargas y de la distancia que las separa, de acuerdo a la ecuación:

Donde F es la fuerza en newtons, k es una constante, Q1 y Q2 son las cargas en culombios (o coulombios) y d es la distancia entre las cargas.

Debido a que la distancia se encuentra elevada al cuadrado, se puede decir que la fuerza se multiplica por cuatro al reducir la distancia a la mitad.

F= kQ1 Q2

d2

dF FQ2Q1

Fuerza de repulsión entre cargas iguales


5

Dos cargas entre las cuales existe una separación de 10 cm, experimentan entre sí una fuerza de 5 N. ¿Qué fuerza experimentarán cuando la separación sea de 2.5 cm?

Pregunta

A) 10 N

B) 20 N

C) 40 N

D) 80 N


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Comportamiento de las cargas

Los electrones se mantienen en sus órbitas alrededor del átomo gracias a la fuerza de atracción que el núcleo ejerce sobre ellos.

Sólo pueden escapar de sus órbitas si una fuerza exterior suficientemente grande actúa sobre ellos.

Este desequilibrio de cargas produce altos voltajes, que pueden variar entre los 1000 V y los 50000 V.

Se dice que un material está cargado si pierde o gana electrones, produciéndose un desequilibrio de cargas.


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Supongamos que cierto material tiene un exceso de electrones.

El comportamiento de estos electrones dependerá de si el material es aislante o conductor.

Todos los electrones se repelerán entre sí. Los electrones tratarán de escapar del material.

Si en cambio, es un conductor los electrones se desplazarán a la superficie exterior, tratando de separarse tanto como sea posible.

Si el material es aislante, los electrones no podrán moverse.


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Si el mencionado material conductor está conectado a tierra, los electrones se desplazarán hacia esa zona neutral.

Si el material conductor no está conectado a tierra, la única vía de escape de los electrones es a través del aire.

Si se trata de un gran exceso de electrones, tal vez puedan lograrlo.

Estos tendrán que ejercer una fuerza suficientemente grande para desplazar un electrón de una molécula del aire y ocupar su lugar.

electrones

electrones


6

Un material aislante ha cedido algunos de sus electrones a otro material. ¿Qué tipo de carga tendrá el material aislante?

Pregunta

A) positiva

B) negativa

C) neutra


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Efecto de la forma

Si el material conductor es una esfera perfecta, la densidad de electrones sobre toda la superficie será la misma.

La densidad de carga es proporcional a 1/r2.

Densidad de carga =Carga

Área de superficie

Densidad de carga =Q

4 π r2


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Efecto de la forma

Si el conductor no es una esfera perfecta, la densidad de electrones no será la misma en toda la superficie.

La densidad de carga será mayor donde el radio de curvatura sea más pequeño, es decir, donde la superficie tenga mayor curvatura.

Mientras mayor sea la densidad de carga, mayor será la probabilidad de separar las moléculas del aire (ionizándolo) y permitiendo así que los electrones escapen.


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Efecto de la forma

La mayor densidad de cargas se presentará en puntas afiladas, en las cuales la ionización del aire puede ocurrir con mayor facilidad.

Al ionizarse el aire algunos electrones se escaparán.

A medida que los electrones se escapan, la densidad de carga disminuye hasta que se hace demasiado baja como para mantener el aire ionizado.

Esto significa que no todos los electrones serán capaces de escaparse.

La ionización del aire se facilita aun más si el aire está húmedo, ya que el vapor de agua es más fácil de ionizar que el aire seco.


7

¿Cuál de los siguientes diagramas muestra la distribución correspondiente a una esfera cargada positivamente?

Pregunta

A)

D)

- +++

+ ++

+++

+

++

++

+

++ +

+

++--

-

+

++

+

+

-+-- -

B)

C)


8

"Los electrones pueden escaparse más fácilmente hacia el aire si se encuentran concentrados sobre una superficie plana". ¿Es esto verdadero o falso?

Presiona T para responder Verdadero o F para responder Falso.

Pregunta


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Rayos

Los rayos son talvez el ejemplo más dramático de electricidad estática de la naturaleza.

Si la carga acumulada en las nubes es lo suficientemente grande, el aire entre el fondo de las nubes y la tierra se ioniza.

Cuando esto ocurre, el exceso de cargas se escapa hacia la tierra en forma de rayos.

Estos se producen cuando las nubes se frotan, ocasionando una transferencia de electrones entre ellas.

La mayor parte de esta carga se desplaza hacia la parte más baja de las nubes.


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Pararrayos

Probablemente habrás notado que en edificios altos o aislados se suelen colocar pararrayos, los cuales normalmente tienen una terminación puntiaguda.

El objetivo de los pararrayos es proporcionar una vía preferencial para la descarga de la electricidad estática atmosférica (rayos). Estos dispositivos se encuentran conectados a tierra por medio de un cable de gran calibre.

Cuando un rayo impacta un pararrayos, se produce una corriente enorme que fluye a través del conductor hacia tierra, disminuyendo el daño producido sobre la estructura y a sus ocupantes.


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Rayos

Cuando se produce un rayo se oye un trueno después del relámpago.

El resplandor del relámpago viaja a la velocidad de la luz.

Y el estruendo del trueno viaja a la velocidad del sonido, que es mucho menor que la de la luz.

El sonido es una onda de presión ocasionada por el rápido calentamiento del aire por donde pasa la descarga eléctrica.

Mientras mayor sea la separación entre el relámpago y el trueno, a mayor distancia se encontrará el rayo.


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Secuencia triboeléctrica

Cuando dos materiales entran en contacto, sus electrones pueden pasar del uno al otro.

Esta transferencia puede mejorarse si los materiales se frotan, pues se incrementa el área de contacto entre ellos.

La secuencia triboeléctrica muestra este comportamientoen algunos materiales comunes.

Si se ponen en contacto dos materiales de esta lista, el que se encuentre más arriba cederá electrones en favor del que se encuentre más abajo.

Secuencia triboeléctricatu mano

vidriotu cabello

nylonlanapiel

sedapapel

algodónhule

poliestercloruro de polivinilo

Más po

sitivo

Más

ne

gativ

o


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Secuencia triboeléctrica

En cada uno de esos ejemplos puede apreciarse claramente el efecto producido por ese desequilibrio de cargas.

Es por eso que se produce un gran desequilibrio de cargas cuando peinas tu cabello, te vistes (o desvistes), sales de tu vehículo o inflas un globo.

Los materiales sintéticos se encuentran cerca del fondo de la serie, mientras que la piel humana esta cerca del tope.

Mientras más separados se encuentren los materiales en la secuencia triboeléctrica, mayor será el movimiento de cargas que ocurrirá al ponerlos en contacto


9

Si se frota vidrio con algodón, ¿cuál de estos materiales se cargará positivamente? (El algodón se encuentra más abajo que el vidrio en la serie triboeléctrica)

Pregunta

A) Vidrio

B) Algodón


Resumen

Al completar esta presentación, deberías ser capaz de:

Fin >

Poder enunciar la ley de las cargas y la ley de Coulomb.

Comprender qué es el desequilibrio de cargas.

Entender cómo se comportan las cargas en un campo electrostático.

ley de coulomb

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