Electrostática

ELECTROSTÁTICA
 Objetivos de la práctica
Analizar el comportamiento de las cargas eléctricas en los distintos materiales. Examinar los procesos de carga por fricción, contacto e inducción. Relacionar el campo eléctrico con las líneas de fuerza. Estudiar el funcionamiento de aparatos electrostáticos simples: generador de Van de Graaff, botella de Leyden y electroscopio.

 Introducciónteórica
El término eléctrico, y todos sus derivados, tiene su origen en las experiencias realizadas por Tales de Mileto, un filósofo griego que vivió en el siglo sexto antes de Cristo. Tales estudió el comportamiento de una resina fósil, el ámbar -en griego elektron-, observando que cuando era frotada con un paño de lana adquiría la propiedad de atraer hacia sí pequeños cuerpos ligeros; los fenómenosanálogos a los producidos por Tales con el ámbar o elektron se denominaron fenómenos eléctricos y más recientemente fenómenos electrostáticos. La electrostática es la parte de la física que estudia este tipo de comportamiento de la materia, en general, de los fenómenos asociados a las cargas eléctricas en reposo.

Fenómenos electrostáticos:
Si una barra de ámbar (de caucho o de plástico) se frotacon un paño de lana, se carga eléctricamente. Lo mismo sucede si una varilla de vidrio se frota con un paño de seda. Aun cuando ambas varillas pueden atraer objetos ligeros, como hilos o trocitos de papel, la propiedad eléctrica adquirida por frotamiento no es equivalente en ambos casos. Así, puede observarse que dos barras de ámbar cargadas de esta manera se repelen entre sí, y lo mismo sucede enel caso de que ambas sean de vidrio. Sin embargo, la barra de ámbar es capaz de atraer a la de vidrio y viceversa. Este tipo de experiencias llevó a W. Gilbert (1544-1603) a distinguir, por primera vez, entre la carga que adquiere el vidrio y la que adquiere el ámbar. Posteriormente Franklin, al tratar de explicar los fenómenos eléctricos, consideró el proceso de carga como un fluido, llamándolaselectricidad positiva (+) y electricidad negativa (-). Las experiencias pusieron de manifiesto que: “Cargas eléctricas de distinto signo se atraen y cargas eléctricas de igual signo se repelen.”

Una experiencia sencilla sirvió de apoyo a Franklin para avanzar en la descripción de la carga eléctrica como propiedad de la materia. Cuando se frota la barra de vidrio con el paño de seda, se observaque tanto una como otra se electrizan ejerciendo por separado fuerzas de diferente signo sobre un tercer cuerpo cargado. Pero si una vez efectuada la electrización se envuelve la barra con el paño de seda, no se aprecia fuerza alguna sobre el tercer cuerpo. Ello indica que a pesar de estar cargadas sus partes, el conjunto paño-barra se comporta como si no lo estuviera, manteniendo una neutralidadeléctrica.

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Este fenómeno fue interpretado por Franklin introduciendo el principio de conservación de la carga, según el cual cuando un cuerpo es electrizado por otro, la cantidad de carga eléctrica que recibe uno de los cuerpos es igual a la que cede el otro, pero en conjunto no hay producción neta de carga. La teoría atómica moderna explica el por qué de los fenómenos de electrización yhace de la carga eléctrica una propiedad fundamental de la materia en todas sus formas. Un átomo de cualquier sustancia está constituido, en esencia, por una región central o núcleo y una envoltura externa formada por electrones. El núcleo está formado por dos tipos de partículas, los protones, dotados de carga eléctrica positiva, y los neutrones, sin carga eléctrica aunque con una masa semejantea la del protón. Tanto unos como otros se hallan unidos entre sí por efecto de unas fuerzas mucho más intensas que las de la repulsión electrostática -las fuerzas nucleares- formando un todo compacto. Su carga total es positiva debido a la presencia de los protones. Los electrones son partículas mucho más ligeras que los protones y tienen carga eléctrica negativa. La carga de un electrón es...