Electrostatica

ELECTROSTÁTICA

Carga eléctrica

• Los Átomos de consisten en protones positivos y neutrones sin carga en el núcleo y electrones negativos de masa mucho menor alrededor de él.

• Los dos tipos de carga eléctrica negativa y positiva son una propiedad fundamental de la materia, así como masa.

La relación entre la masa del electrón y la del protónes:

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La relación entre la carga del electrón y la del protón es:

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• Después de cada proceso, la carga neta se conserva, osea la suma total de las cargas inicialmente tiene que ser la misma antes y después.

• Dos masas siempre se atraen una a la otra, pero las cargas delmismo tipo (las del mismo signo) se repelen; las cargas de tipos diferentes se atraen.

• La unidad de la carga eléctrica es el Culombio = 1 C; la carga de un electrón = e = - 1,6 x 10-19 C (aunque algunas veces llamaremos a e = carga fundamental = 1,6 x 10-19 C y entonces la carga del protón es e y la carga de un electrón es - e).

Por lo tanto, cualquier cuerpo cargado debe tener unacarga Q de la forma:

Q = + ne

Donde n es un número entero positivo

• Como el signo de la carga denota su tipo ("positivo" o "negativo") pero ninguna dirección, entonces la carga es una cantidad del escalar.

Ejemplo 1:

Se produce un rayo cuando hay un flujo de carga eléctrica (principalmente electrones) entre el suelo y un nubarrón. La proporción máxima de un flujo de cargaal caer un rayo es de alrededor de 20 000 C/s; esto dura 100 ms más o menos. ¿Cuánta carga fluye entre el suelo y la nube en este tiempo? ¿Cuántos electrones fluyen durante este tiempo?

Conductores, semiconductores y aislantes

Un material a través del cual los electrones pueden mover fácilmente es un conductor; y uno donde este movimiento es más difícil es un aislante. Los metales sonbuenos conductores porque los átomos de un metal tienen algunos electrones en la capa exterior y no están muy fuertemente ligados al núcleo. Los semiconductores son materiales donde la posibilidad de conducción de la carga depende de algún factor como la dirección, temperatura, o algún otro.

En un pedazo de metal los "electrones indeseables" de la capa exterior no están conectados a ningún núcleometálico particular y pueden fácilmente ponerse en movimiento debido a cualquier fuerza eléctrica que actúe sobre ellos. Como resultado de esto, los electrones pueden estar moviéndose a través del conductor metálico con una cierta velocidad la cual no es muy alta y es ocasionada por la corriente o la deriva de otros electrones así como su interacción con ellos y otros núcleos. 

Cuando loselectrones que viajan a través del metal chocan con los "cationes" metálicos (iones positivos) formado por los núcleos; y con los electrones de las capas internas. En estas colisiones estos electrones pierden algo de su energía cinética que ellos obtuvieron de la batería externa causante del flujo de electrones (corriente eléctrica).

Electrización por frotamiento y contacto

Frotando materialesunos contra otros, algunos electrones pueden moverse desde un objeto hacia el otro, lo cual significa que uno tendrá una carga neta positiva y el otro una carga neta negativa. Esto trabaja mejor en aislantes donde la carga neta en la superficie del material no se esparce fácilmente en todo el objeto.

 

En la figura 3(a) se observa un proceso de carga por frotamiento. Una regla de plásticose frota con una tela de lana y la regla queda cargada y puede atraer a los pedacitos de papel de la figura 3(b).

En el proceso de frotamiento, literalmente se “arrancan electrones” de un material a otro. Los electrones menos ligados de los átomos de la superficie del material, son los que se mueven al otro material. La dirección del flujo de electrones depende del tipo de material.

Ahora,...