Electrostática

Electrostática

1. Cargas eléctricas

   • Las primeras noticias del descubrimiento de la electricidad se remontan en el siglo VII a. C.
     • Thales de Mileto, gran sabio, descubrio que al frotar un trozo de ámbar con un paño de lana, el mismo adquiere la propiedad de atraer pequeños cuerpos livianos.
       • Actualmente, decimos que el ámbar ha adquirido una carga eléctrica.
         • Eléctrica deriva de la palabra griega "elektron" que significa ámbar.
         • Es posible posible comunicar carga eléctrica a cualquier material sólido, frotándose con otra sustancia. Todo lo que se necesita para producir una carga eléctrica es un íntimo contacto.
           • Ejemplo: un automóvil adquiere carga eléctrica por efecto de su fricción con el aire.
   • Existen dos tipos
     • Carga positiva [+]
     • Carga negativa [-]
   • En los experimentos para estudiar estas se obtienen dos resultados fundamentales:
     • 1) Cargas de igual signo se repelen.
     • 2) Cargas de distinto signo se atraen.
   • No son engendradas ni creadas.
     • Para adquirir una carga eléctrica consiste en ceder algo de un cuerpo a otro, asi un cuerpo tiene un exceso y el otro un déficit.

2. Se llama asi a la rama de la fisica que esudia las interacciones entre cargas eléctricas que están reposo

3. Estructura de la materia

   • Demócrito de Abdera afirmaba que todos los cuerpos estaban constituidos por pastículas infinitamente pequeñas a invisibles : los átomos.
     • Átomo deriva del griego "átomos" que significa invisible.
     • Los átomos son agrupaciones más o menos complejas de partículas subátomicas.
       • Su estructura es de tres partículas:
         • El electrón (carga negativa)
           • Son combinaciones de quarks.
           • Su N° es igual al N° de protones dentro del núcleo
           • Masa=me=9,11 *10-31kg
         • El protón (carga positiva)
           • Son combinaciones de quarks.
           • Masa= mp= 1.67 *10-27 kg
         • EL neutrón (carga neutra)
           • Masa= mn~mp
         • El protón y el neutrón se encuentran en el núcleo, con dimensiones del orden de 10 −15 m. Al rededor se encuentran los electrones a una distancia de 10 −10 m.
           • En un átomo neutro, el número de electrones es igual al número de protones del núcleo y la carga eléctrica neta es exactamente cero.
             • Si se separa uno o más electrones, la estructura restante con carga positiva es un ion positivo. Un ion negativo es un átomo que ha ganado uno o más electrones.
               • Esta ganancia o pérdida de electrones se conoce como ionización.

4. Conservación y cuantización de la carga

   • En todo proceso de carga, ésta no se crea ni se destruye: simplemente se transfiere de un cuerpo a otro. Es decir, la carga total del sistema se conserva constan
     • La magnitud de la carga del electrón (qe ) o del protón (qp) es una unidad natural de carga. Toda cantidad observable de carga eléctrica es siempre un múltiplo entero de esta unidad básica y por ello se dice que la carga está cuantizada.
       • Cuantizada del latín “quantum”
       • La carga de cualquier cuerpo macroscópico es siempre cero o un múltiplo entero (positivo o negativo) de la carga del electrón.

5. Conductores y Aisladores:

   • Algunos materiales permiten que la carga eléctrica se desplace con facilidad de una región a otra del material, pero otros no.
     • Ejemplo
       • Un alambre de cobre con un extremo sostenido por una barra de vidrio y el otro extremo conectado a una esfera metálica inicialmente sin carga. Con una barra de plástico cargada eléctricamente se toca por un instante un extremo del alambre de cobre y luego la barra se retira. Al acercar otro cuerpo con carga a la esfera, misma es atraída o repelida, lo que indica que ha adquirido carga eléctrica. Esta carga eléctrica se ha transferido por medio del alambre de cobre desde la superficie de la barra de plástico hasta la esfera.
         • Por esta propiedad, se dice que el alambre de cobre es un conductor de electricidad. El cobre, la plata, el aluminio y los metales en general, son conductores. Si se repite el experimento con un hilo de nylon, una fibra de seda o una cinta de goma, se observa que no se transfiere carga eléctrica alguna a la esfera. Estos materiales se dice que son aisladores o dieléctricos.
     • Conductores
       • Permiten el paso de cargas a través de ellos.
         • Dentro de un metal sólido, como el cobre por ejemplo, uno o más electrones externos de cada átomo pueden desprenderse y moverse libremente por todo el material. Éstos se llaman electrones libres.
           • Si mediante un buen conductor conectamos a tierra un electroscopio cargado, sus hojas se cierran pues la carga se reparte proporcionalmente entre el instrumento y la tierra, reduciéndose prácticamente a cero la que queda en el instrumento (por ser la tierra un cuerpo extremadamente inmenso). Por ello se dice que un conductor cargado puesto a tierra se descarga.
     • Aisladores
       • No permiten el paso de cargas a través de ellos.
         • Dentro de un aislador no hay electrones libres (o hay en muy pequeña proporción) y la carga eléctrica no se puede desplazar libremente por el material.
     • Semiconductores
       • Tienen propiedades eléctricas que son intermedias entre las de los conductores y las de los aisladores.

6. Electroscopio:

   • Está compuesto de dos láminas delgadas A (generalmente de oro o aluminio) que están fijas en el extremo de una varilla metálica B, la cual pasa a través de un soporte aislante C y termina en una bola metálica E. La caja D está provista de ventanas de vidrio a través de las cuales pueden observarse las hojas y que sirven para proteger a éstas de las corrientes de aire. Cuando se toca la bola del electroscopio con un cuerpo cargado, las hojas adquieren cargas del mismo signo y se repelen, siendo su E divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido.
     • Si se conecta un borne de una batería eléctrica a la bola del electroscopio y el otro borne a la caja del mismo, las hojas se separarán igual que si hubiesen sido cargadas por un cuerpo electrizado por frotamiento. No hay diferencia entre los tipos de carga dados a las hojas en los dos procesos y, en general, no hay distinción entre electricidad estática y corriente eléctrica. La expresión “corriente” se llama “electrostática” .