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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR
ESCUELA DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA
TEXTO GUIA DE FÍSICA
DIRIGIDO A LA FACULTAD DE MEDICINA
PROFESOR FRANCISCO OCHOA.



CAPITULO 4: ELECTROMAGNETISMO


La electricidad es una de las propiedades de la materia que estudia la Física, que más aplicaciones tiene en la vida moderna y especialmente en medicina. Su comprensión y desarrollo ha permitidoproporcionar al médico, elementos claves para un diagnóstico seguro, como son el electrocardiograma, el electro encefalograma y todas las máquinas que requieren de la electricidad para su funcionamiento.

Inclusive el sistema nervioso humano puede ser considerado como una red de transmisión eléctrica que lleva las señales producidas por los órganos de los sentidos al cerebro para que este a su veztransforme las señales eléctricas en señales visuales, sonoras, táctiles, etc.

Es pues importante, conocer los principios y leyes que regulan la electricidad, para poder usarla con seguridad y confianza.


4.1 CARGA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB

Los griegos fueron los primeros en descubrir que el ámbar (en griego elektron), cuando era frotado por un paño, adquiría la propiedad de atraerpartículas de polvo o de hojas secas. A esta propiedad le dieron el nombre de electricidad. Esta experiencia de los griegos se la puede repetir fácilmente, si se frota una peinilla con un trozo de tela y se la acerca a pedacitos de papel, se observa que estos son atraídos por la peinilla. ¿Cuál es la explicación de este fenómeno?.... La explicación se fundamenta en la carga eléctrica, que es una propiedadfundamental de la materia, que se caracteriza por ejercer fuerzas de atracción y repulsión. Experimentalmente se ha encontrado que hay dos tipos de carga: una carga positiva y una carga negativa y que dos cargas del mismo nombre se repelen y cargas de nombre contrario se atraen. Fig. 1









Fig. 1







Recordemos que toda materiaestá constituida por átomos que pueden ser considerados como sistemas solares en miniatura (Fig. 2)

El núcleo está formado por protones, que son cargas eléctricas positivas y neutrones que son partículas sin carga eléctrica. Alrededor del núcleo giran los electrones que son cargas eléctricas negativas. Normalmente el átomo es neutro porque tiene igual númerode protones y electrones.

Fig. 2 Al frotar la peinilla con la tela, los átomos de esta ganan
energía y permiten que algunos electrones de las órbitas externas se desprendan y pasen a la peinilla, por lo cual la peinilla queda cargada negativamente y la tela, que ha perdido electrones, queda cargada positivamente. Si se hace este experimento con una varilla de vidriofrotada con tela de seda, se encuentra que el vidrio cede electrones a la seda, la cual queda cargada negativamente y el vidrio positivamente.

Ley de Coulomb

En 1780 Charles de Coulomb estudió las fuerzas eléctricas entre dos cargas y encontró que estas eran directamente proporcionales al producto de las cargas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellas, lo que seexpresa matemáticamente por la siguiente ecuación:


donde k es una constante de proporcionalidad cuyo valor es de 9 x 109 N.m2/C2. La letra C representa al culombio que es la unidad de carga eléctrica. Originalmente se tomó al electrón como unidad de carga eléctrica, pero luego se encontró que era más conveniente el uso del culombio que equivale a 6,25 x1018 electrones. Esta unidad es demasiadogrande y por eso se usa generalmente el μC que es igual a 10-6 C. Un electrón tiene una carga de 1,6 x 10-19 C.


Conductores y aisladores

Hay algunos materiales que permiten mejor el paso de la electricidad. Los mejores son los metales porque sus átomos tienen los electrones de las órbitas externas ligados débilmente al núcleo, por lo que se les considera como electrones libres y se desplazan...