Resumen campos eléctricos

23.- Campos eléctricos
Una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza es la electromagnética, la cual se da entre partículas con carga. El capitulo inicia con una descripción de las propiedades básicas de la fuerza eléctrica, una de las manifestación de la fuerza electromagnética ,se explica la ley de Coulomb que gobierna las fuerzas eléctricas presentes entre dos partículas con carga, seintroduce el concepto de un campo eléctrico asociado a una distribución de carga y se describe su efecto sobre otras partículas con carga, se muestra como utilizar la ley de Coulomb para calcular el campo eléctrico en una distribución de cargas conocida, el capitulo concluye con la explicación del movimiento de una partícula con carga en un campo eléctrico uniforme.
23.1 Propiedades de las cargaseléctricas
Después de frotar un globo contra el cabello en un día seco, observará que el globo atrae pequeños pedazos de papel. Con frecuencia la fuerza de atracción es lo suficientemente intensa que los pedazos de papel quedan suspendidos. Cuando los materiales se comportan de esta manera, se dice que están electrificados, o que se han cargado eléctricamente.
A partir de una serie de experimentossencillos Benjamín Franklin determinó que existen dos tipos de cargas eléctricas, a las que dio el nombre de positiva y negativa. Los electrones tienen carga negativa y los protones positiva. El determinó que el hule y el vidrio tienen dos tipos diferentes de caga. Con base en estas observaciones, se puede concluir que cargas de un mismo signo se repelen y cargas con signos opuestos se atraen taly como se muestra en la imagen 1.
Figura 1: Atracciones y repulsiones de cargas.

Otro aspecto importante de la electricidad que es evidente a partir de la observación experimental es que en un sistema aislado la carga eléctrica siempre se conserva, es decir, cuando se frota un objeto contra otro, no se crea carga en este proceso. El estado de electrificación se debe a una transferencia decarga de uno de los objetos hacia el otro. Uno adquiere parte de la carga negativa en tanto que el otro adquiere la misma cantidad de carga, pero positiva.
Robert Millikan descubrió que las cargas eléctricas siempre se presentan como un entero múltiplo de una cantidad básica de carga e. En términos actuales se dice que la carga eléctrica q está cuantizada, y q es el símbolo de la variable para lacarga; en otras palabras, la carga eléctrica existe en forma de “paquetes” discretos y se escribe: q=±Ne donde N es algún número entero. Otros experimentos demostraron que el electrón tiene una carga -e y el protón una carga de igual magnitud, pero de signo contrario +e. Algunas partículas, como el neutrón, no poseen carga.
Figura 2: Neutrón, Protón y Electrón.

23.2 Objetos de carga medianteinducción
Si acercamos un objeto con carga a una superficie conductora, aún sin tener contacto físico los electrones se moverán en la superficie conductora, para explicarlo mejor podemos poner como ejemplo dos esferas metálicas aisladas A y B, las cuales no tienen carga y se encuentran en contacto, de modo que forman en efecto un solo conductor sin carga. Posteriormente se acerca una barra concarga negativa a la esfera A. La barra repele los electrones del metal y el exceso de carga negativa se desplaza a la esfera contigua, con lo cual la primera esfera queda con exceso de carga positiva. La carga en ambas esferas ha sido redistribuida por lo que se dice que ha sido inducida en ellas. Como la barra con carga no toca las esferas, conserva su carga inicial.
 
La inducción es un proceso decarga de un objeto sin contacto directo, cuando permitimos que las cargas salgan de un conductor por contacto, decimos que lo estamos poniendo a tierra.
Durante las tormentas eléctricas se llevan a cabo procesos de carga por inducción. La parte inferior de las nubes, de carga negativa, induce una carga positiva en la superficie terrestre.
Benjamín Franklin fue el primero en demostrar este...