Electrostática: La Carga Eléctrica.

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Undécimo Física Slide Set on Electrostática: La Carga Eléctrica., created by jeison solano on 07/28/2017.
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      Jeison Andres Solano Velasco Curso: 11-07 Código: 28   Profesor: Marco Aurelio Navarro    2017
    Electrostática

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    1. La Electricidad
      En la Grecia clásica se estudió un fenómeno especial: la propiedad que tenían ciertos cuerpos de atraer objetos livianos después de haber sido frotados con un tejido, palabra electricidad podemos dejar patente que tiene su origen etimológico en el término griego elektron que puede traducirse como “ámbar”. Partiendo del mismo se establece que la persona que acuñó este término fue más concretamente el científico inglés William Gilbert quien en el siglo XVI habló de “eléctrico” para mencionar los fenómenos de cargas de atracción que descubrieron ya los griegos.
    Caption: : Electricidad representada comúnmente.

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    Caption: : Historia de la electricidad
      El origen de esta propiedad se encuentra en la presencia de componentes con carga negativa (denominados electrones) y otros con carga positiva (los protones).Un ejemplo de materiales que se repelen son dos varillas de plástico frotadas con piel de animal, contrario a una varilla de vidrio frotada con seda y una varilla de plástico frotada con piel de animal, ya que en este caso las varillas se atraen.

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        En muchas ocasiones habrás sentido la electrización en el momento en que al peinarte, tu cabello se levanta como si existiera una atracción hacia él. También habrás sentido un leve corrientazo cuando al bajarte de un auto tocas una de sus manijas. Pues bien, este fenómeno se denomina electrización y consiste en el poder de atracción que adquieren los objetos después de ser frotados. En física, se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro. Al someter un cuerpo a ciertas manipulaciones, como la frotación con una barra de vidrio o de plástico electrizador, ese cuerpo puede ganar electrones o perderlos.Es decir, el tipo de carga eléctrica que un cuerpo tiene está en función de que ese cuerpo tenga más o menos electrones que protones.
    Caption: : Distintas formas de electrización.
    2. La Electrización

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    Caption: : Si un cuerpo tiene carga negativa es porque ha ganado electrones de otros cuerpos y, por tanto, posee más electrones que protones. Si un cuerpo tiene carga positiva es porque ha cedido electrones a otros cuerpos y, por tanto, posee menos electrones que protones.

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    El norteamericano Benjamín Franklin, quien realizó distintos descubrimientos en el campo de la electricidad, sugirió la existencia de un único tipo de carga o fluido eléctrico. La magnitud física que nos indica la cantidad de esa propiedad de la materia se denomina carga eléctrica o, simplemente, carga. La unidad de la carga eléctrica en el SI se denomina coulomb o culombio su símbolo es C. “La cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un determinado conductor eléctrico durante el lapso de un segundo y cuando la corriente eléctrica es de un amperio.”La existencia de la carga eléctrica en un cuerpo se pone de manifiesto mediante un electroscopio, dispositivo que consiste en un objeto que se carga al ponerlo en contacto con un cuerpo cargado. Cuando se acerca un cuerpo cargado eléctricamente, las cargas eléctricas dentro de la varilla se redistribuyen y se observa que las laminillas se separan.El efecto es el mismo cuando se le acerca un cuerpo cargado positivamente que cuando se le acerca un cuerpo cargado negativamente.
    3. Cargas eléctricas

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    Cuando la fuerza eléctrica que mantiene unidos los electrones al núcleo disminuye, la distancia entre estos y el núcleo aumenta. En estas redistribuciones se cumple el principio de conservación de la carga. Este principio indica que la cantidad de carga eléctrica en un sistema aislado es constante, es decir, se conserva, ya que puede presentarse un intercambio o movimiento de carga de un cuerpo a otro, pero no se crea ni se destruye.Al igual que las otras leyes de conservación, la conservación de la carga eléctrica está asociada a una simetría del lagrangiano, llamada en física cuántica invariancia gauge. Así por el teorema de Noether a cada simetría del lagrangiano asociada a un grupo uniparamétrico de transformaciones que dejan el lagrangiano invariante le corresponde una magnitud conservada.Por otra parte, la carga eléctrica está cuantizada. Es decir, existe una cantidad mínima de carga y la carga existente en cualquier cuerpo es un múltiplo de esta cantidad.
    4. Conservación de carga

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    En los fenómenos eléctricos existen medios materiales en los que las cargas eléctricas no se transmiten, estas sustancias son denominadas aislantes o dieléctricos. Desde un punto de vista atómico, en un conductor los electrones se encuentran ligados con menor firmeza, por lo cual pueden moverse con mayor libertad dentro del material. En el interior de un material aislante los electrones se encuentran ligados muy firmemente a los núcleos, por tanto, no existen electrones libres. En 1911, se descubrió que algunos materiales, al ser expuestos a temperaturas muy bajas aproximadamente al cero absoluto, cerca de 2273°C, mejoraban su conductividad notablemente, y ofrecían una resistencia casi nula al movimiento de las cargas eléctricas. Este fenómeno se denominó superconductividad.
    5. Conductores y aislantes

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      6. Carga por contacto y carga por inducción: Hasta el momento, hemos hablado aquellos objetos cargados por frotamiento, también es posible cargar un cuerpo por contacto y por inducción.  Carga por contacto: al poner en contacto un cuerpo electrizado con otro sin carga eléctrica, se genera un paso de electrones entre el primer cuerpo y el segundo, produciéndose la electrización de este último. Por ejemplo, cuando frotas un esfero plástico y lo acercas a algunos trozos de papel, estos se adhieren al esfero, pero al cabo de unos segundos, se desprenden. Carga por inducción: al aproximar un cuerpo cargado a otro cuerpo, preferiblemente conductor, que no está cargado, este cuerpo se polariza, es decir, una de sus partes se carga positivamente y la otra, negativamente. El fenómeno se debe a que el cuerpo cargado atrae las cargas de distinto signo y repele a las del mismo signo.
    Caption: : Tipos de carga.

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      Cuando un cuerpo neutro reorganiza sus cargas por acción o por influencia de un cuerpo cargado, se dice que el cuerpo está polarizado.la carga de este actúa sobre las moléculas del aislante haciendo que se orienten y se ordenen de tal forma que sus cargas negativas se ubiquen lo más cerca posible del objeto cargado positivamente. El efecto de este proceso se denomina polarización y se representa en la siguiente figura. Considera un aislante, no electrizado cuyas moléculas se encuentran distribuidas al azar. Al acercar un objeto electrizado (por ejemplo, con carga positiva) al material aislante.
    7. Polarización de la carga

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        8.1. La ley de Coulomb: Los cuerpos cargados experimentan una cierta interacción de atracción o de repulsión entre ellos. La fuerza que caracteriza esta interacción depende de las distancias entre los cuerpos y de la cantidad de carga eléctrica. Ley de Coulomb : Las fuerzas eléctricas de atracción o de repulsión entre dos cargas puntuales, q1 y q2, es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. 
    8. Fuerza entre cargas

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      8.2 La fuerza eléctrica en otros materiales: La fuerza eléctrica depende de la constante electrostática K, la cual se definió para el vacío y que, en términos prácticos, es la misma para el aire. e. Si el medio es otro, esta constante presenta variaciones notables de tal forma que la fuerza electrostática entre los cuerpos cargados presenta variaciones. Según el medio, la constante electrostática K.
    Caption: : K: constante electrostatica.
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