ELECTRICIDAD

ELECTRICIDAD

HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD

La electricidad, imprescindible hoy en nuestras vidas, ha recorrido un largo camino desde el principio de los tiempos, siendo muchos los hombres que con su reflexión y duro trabajo la han ido moldeando y adaptando a

cada una de las necesidades de nuestra vida. Todos los historiadores están de acuerdo en designar al filósofo griego Tales de Mileto descubrió que luego de frotar ámbar con una piel éste atraía objetos livianos. Puede ser que alguna otra persona hubiera notado esto previamente, pero él fue el primero en registrar sus observaciones. De este modo, sin darse cuenta, había descubierto la electricidad estática.

2000 años mas tarde que Thales de Mileto, William Gilbert demostró que muchas otras substancias tenían un comportamiento similar al del ámbar, además mostró que había dos tipos de efectos. Además del comportamiento del ámbar tenemos el del vidrio cuando es frotado con seda, en este caso, ¡el vidrio repelerá a los mismos objetos que eran atraídos por el ámbar frotado con piel!. Sin embargo no notaron que la piel y la seda tenían el comportamiento inverso.

En 1747 Benjamín Franklin en Estados Unidos llegó a la conclusión: Cuando se frotan objetos como el ámbar con la piel no se está "creando" electricidad sino que se está transfiriendo "fluido eléctrico" de un cuerpo al otro. Franklin hizo una conexión muy interesante, demostró que el rayo y el "fluido eléctrico", como él lo llamaba, eran lo mismo.

Pocos años mas tarde, el físico francés Charles A. Coulomb realizó experimentos cuidadosos que le permitieron encontrar la forma precisa de

la fuerza eléctrica. En primer lugar propuso que la electricidad debía pensarse como dos fluidos, uno positivo y otro negativo. Estableció entonces que, si dos cuerpos, uno cargado con una carga p y otro con una carga q a una distancia r se repelían con una fuerza F cuya expresión matemática es F=Kpq/rr. ¿Qué quiere decir esta ecuación?. Pues si duplicamos las cargas, la fuerza se hace 4 veces más grande. Si por el contrario, duplico la distancia, la fuerza entre los cuerpos se hace 4 veces más chica. En su honor se estableció la unidad de carga, el Coulomb. Un Coulomb es una enorme cantidad de carga. Una nube a punto de dar lugar a un rayo tiene típicamente unos 30 Coulombs.

En 1780, Galvani notó que los músculos de una rana se contraían al ser tocados con un objeto metálico al estar apoyada sobre una superficie que estaba constituida por otro metal. Por un lado razonó que la electricidad era la responsable de la contracción de los músculos. Pero también cometió el error de pensar que la electricidad era generada por los animales.

En 1791 otro científico italiano, Alejandro Volta dedujo acertadamente que la causa de la electricidad era que el bronce y el hierro estaban separados por los tejidos húmedos de la rana. Esto lo llevó a construir la primera pila, en el año 1800, que llevó su nombre, es decir la Pila Voltaica.

La ciencia siguió avanzando en su comprensión de los fenómenos eléctricos y en 1819 el físico danés Hans Christian Oersted descubrió que la aguja de una brújula era afectada por la presencia de una corriente eléctrica. Casi inmediatamente el físico francés Andre Ampere descubrió la ley de la fuerza magnética. Michael Faraday descubrió poco después que un campo magnético variable produce un campo eléctrico.

En 1827 un maestro alemán llamado Georg Ohm demostró que la corriente que circula por un cable es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre sus extremos e inversamente proporcional a su resistencia. La resistencia de un material depende de sus propiedades y de su forma. Si el material es cilíndrico, la resistencia crece con la longitud y disminuye con su diámetro.

Sin embargo la verdadera naturaleza de la electricidad era aún desconocida. Sólo a fines de los años 1800 Sir Joseph Thompson probó la existencia del electrón. La carga de un único electrón fue determinada por Robert Millikan en 1906.

Aquí no termina la historia, pero nosotros haremos un alto. Sin embargo, antes de finalizar, te comentamos que el modelo de átomo que todos conocemos (un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual "orbitan" los electrones) se debe al gran físico danés Niels Bohr, quien lo propuso a principios del siglo pasado (1913)

Hoy en día la electricidad es tan importante por que nos permite industrializar el mundo, desarrollar la tecnología, satisfacer a la humanidad con sus aplicaciones.

¿Qué es la electricidad?

El término electricidad deriva del griego "electrón", que significa "ámbar". La electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas estáticas o en movimiento y por su interacción. Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Para entender qué es la electricidad debemos comenzar con los átomos. Los átomos son pequeñas partículas que son muy difíciles de ver, y son los elementos con los que está hecho todo a nuestro alrededor.

CARGA ELECTRICA (q; Q)

Todo cuerpo está constituido por átomos, todo átomo está compuesto por protones, electrones y neutrones. El centro de un átomo, al cual se le llama núcleo tiene al menos un protón.

Alrededor del núcleo viajan los electrones (en igual cantidad que los protones) a gran velocidad.

Los protones y electrones tienen una propiedad llamada carga, la de los protones es de signo positivo y la de los electrones es de signo negativo. Los neutrones no tienen carga. Los protones y electrones se atraen entre sí porque tienen cargas de distinto signo. En cambio las partículas que tienen cargas del mismo signo se repelen.

Unidades de carga eléctrica:

1. Sistema internacional (S. I.)La unidad de carga eléctrica en el SI. es el Coulomb (C).Se le define como la carga colocada a un metro de distancia de otra carga igual, repele a esta carga con la fuerza de 1 Newton

 

2.  La otra Unidad es el statcoulomb o microcoulomb (µC). Se le define como la carga colocada a 1 cm. de  distancia de otra carga igual, repele a esta carga con la fuerza de 1 dina. 1µC = 10 elevado a menos 6 C

Formas de electrizar un cuerpo:

a) Por Frotamiento: Cuando se frotan algunos cuerpos uno de ellos se carga positivamente mientras que el otro negativamente; esto se debe a que los electrones libre de algunos cuerpos son más fácil de desprenderlo que los otros. Por ejemplo: los electrones de los átomos del plástico están unidos con más firmeza que los del pelaje de un animal. Por lo tanto cuando frotamos una barra de plástico con un trozo de piel hay una transferencia de electrones de la piel a la barra por tanto la barra se ha cargado negativamente mientras que la piel positivamente.

b) Por Inducción: Cuando un cuerpo cargado se le aproxima a un cuerpo descargado (carga nula) este separa las cargas. Por ejemplo: Las esferas inicialmente están en reposo descargadas; pero al final se han cargado.

c) Por Contacto: Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, la carga eléctrica se distribuye entre los dos y, de esta manera, los dos cuerpos quedan cargados con el mismo tipo de carga.

La figura muestra un electroscopio. Al tocar con un cuerpo cargado la esfera superior, la carga penetra hasta las láminas, éstas al adquirir la misma carga se repelen y se separan

Formas de electrización: Entre a la siguiente Practica virtual en flash
http://fisicayquimicaenflash.es/swf/eso/electricidad/electrizacion.swf

ELECTROSTÁTICA
La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos producidos por distribuciones de cargas eléctricas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado.
Leyes de la Electrostática:
1era Ley : (ley cualitativa) "Cargas del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario se atraen"

2da Ley: (ley cuantitativa) "La fuerza de atracción o repulsión que existe entre dos cuerpos cargados es directamente proporcional a la carga de cada cuerpo e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa"

Siendo F la fuerza (vectorial), K la constante de coulomb, q1 y q2 las cargas y d la distancia entre ambas cargas   K = 9 x 10 elevado a 9 N. m.m /C.C

F = K q1. q2/d.d

Diferencias y semejanzas entre la ley de Coulomb y la Ley de Gravitación Universal.
Semejanzas:
1. Ambas fuerzas son directamente proporcionales al producto de las materias que obran recíprocamente (masa y carga).
2. Ambas fuerzas son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia de la separación.
Diferencias:
1. La fuerza eléctrica de Coulomb puede ser de atracción o de repulsión mientras que la fuerza gravitacional es de atracción solamente.
2. La magnitud de la fuerza eléctrica de Coulomb depende del medio que separa las cargas mientras que la fuerza gravitacional es independiente del medio.

TALLER DE APRENDIZAJE

1. ¿A cuántos electrones equivale las siguientes cargas?

a) 8C =

b) 2C =

c) 40C =

2. Se tiene una esfera metálica con +20C. ¿calcular cuántos electrones debe ganar para quedar eléctricamente neutra si conectamos a la tierra?

3. Calcular la fuerza de repulsión entre dos cargas de 4μC y 2μC separados por 2 cm.