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Cargas Eléctricas
Evolución del conocimiento de la electricidad
640-546 A.C. 1500 1600 1700 1800 1900 2000
Charles Coulomb K. F. Gauss B. Franklin G.S. Ohm G. R. Kirchhoff A. M. Ampère M. Faraday J. K. Maxwell
3
Temas
.
Concepto de carga eléctrica.
Tipos de cargas eléctricas.
Conservación y Cuantización de carga eléctrica.
Aislantes y Conductores.
Concepto de carga puntual.
Ley de Coulomb.
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Concepto de carga eléctrica.
Desde la antigua Grecia, los filósofos de la época ya conocían la
existencia del ámbar y que al frotarlo este atraía trocitos de ámbar.
En 1820, Hans Christian Oersted encontró que al pasar una corriente
eléctrica por una alambre esta desviaba la aguja magnética de una brújula.
1831-1879 Se introducen los conceptos de carga eléctrica, fuerza
electromagnética, campo, corriente, energía potencial electrostática, etc.
James Clerk Maxwell puso las ideas de Faraday en lo que se conoce como
las ecuaciones de Maxwell.
1950 se conoce ya la existencia de cuatro fuerzas de la naturaleza: la fuerza
electromagnética, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y la fuerza
Gravitacional. 1967 Glashow, Salam débil. y Weinberg enuncian la teoría
electro
Qué es la carga eléctrica?
La carga eléctrica es una propiedad de la materia que se manifiesta
en las fuerzas de atracción y repulsión que ocurre entre los cuerpos
que la poseen.
Existen dos tipos de carga: positiva y negativa
Cargas iguales se repelen, cargas diferentes se atraen. (Benjamin
Franklin)
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Concepto de carga eléctrica.
Los materiales que tienen igual carga positiva y negativa
Se les llama eléctricamente neutros.
En la naturaleza los objetos son eléctricamente neutr0
Existen dos tipos de Carga
Positiva Protones Negativa Electrones
Modelo de la Mecánica Cuántica
Modelo Atómico de Bohr
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Concepto de carga eléctrica.
Propiedades de la Carga Eléctrica
La carga eléctrica se conserva.
En un átomo neutro, las cargas positiva y negativa
tienen la misma Magnitud.
La carga esta cuantizada y su unidad fundamental
es e=p=1.6x10-19C
En el sistema SI la unidad de carga es el Coulomb
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Carga eléctrica y
estructura de la materia
Constituyentes de la materia
Partícula Masa (Kg) Carga (C)
Electrón 9.1x10-31 -1.6x10-19
Protón 1.67x10-27 1.6x10-19
Neutrón 1.67x10-27 0
i) Dualidad de la carga: Todas las partículas cargadas pueden dividirse en
positivas y negativas, de forma que las de un mismo signo se repelen
mientras que las de signo contrario se atraen.
ii) Conservación de la carga: En cualquier proceso físico, la carga total de un
sistema aislado se conserva. Es decir, la suma algebraica de cargas
positivas y negativas presente en cierto instante no varía.
iii) Cuantización de la carga: La carga eléctrica siempre se presenta como
un múltiplo entero de una carga fundamental, que es la del electrón.
Resumen: Carga Electrica
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Estructura de la materia
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Subpartículas
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Acelerador de Partículas
Cuantización y conservación de la
carga eléctrica
La Cuantización de la carga eléctrica implica la existencia de una carga
fundamental: la del electrón, cuyo valor es
e=1.6021892x10- 19C.
“La carga de un cuerpo siempre se puede expresar como un múltiplo
entero de la carga fundamental”, es decir
Q=Ne
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Conservación de la carga eléctrica.
La carga no se crea ni se destruye, sólo se transfiere.
entre átomos
entre moléculas
entre cuerpos
La suma de todas las cargas de un sistema
Cerrado es constante”
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Dependiendo de los mecanismos de transporte de cargas, los materiales se
clasifican en tres categorias: Conductores, Aislantes ( o no conductores) y
Semiconductores.
“Los electrones son libres de moverse en el material conductor”
Ejemplos de conductores son los metales, ya que en ellos los electrones tienen
libertad de movimiento al encontrarse débilmente ligados al nucleo.
Conductores, Aislantes y Semiconductores
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Los aislantes son por ejemplo, madera, plástico, vidrio, etc.
“Los electrones estan ligados a los átomos por lo cual no se mueven,
Esto implica que no conducen”
Aislantes
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Semiconductores
Los semiconductores son de un tipo especial de material debido a que presentan características
especiales, es decir se pueden comportar como conductores o aislantes, esto depende de las
condiciones en que se utilicen.
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Redistribución de carga
En los conductores la carga se distribuirá alrededor de la superficie hasta que se logra
el equilibrio. Lo anterior, implica que la carga solo reside en la superficie, no Dentro.
En objetos simétricos, la carga se distribuye uniformemente.
En objetos no simétricos, la carga se acumula en las puntas afiladas
En cambio, en los materiales aislantes la carga no se mueve, es decir, permanece
localizada alrededor de la región de contacto.
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Carga por Inducción
¿Cómo cargamos eléctricamente un objeto?
Por inducción implica que se induce una carga sin tocar.
“Este proceso aplica (principalmente) para materiales conductores”
1. Cargando por inducción (dos conductores aislados)
2.Cargando por inducción (1 conductor a tierra)
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¿Cómo cargamos eléctricamente un objeto?
Por inducción – En este caso se induce una carga sin tocar.
Un proceso similar aplica para materiales aislantes
3.Cargando por inducción a un no conductor.
Carga por Inducción
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Carga por Inducción
¿Cómo cargamos eléctricamente un objeto?
Por inducción – En este caso se induce una carga sin tocar.
Un proceso similar aplica para materiales aislantes
3. Cargando por inducción a un no conductor.
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El electroscopio es un dispositivo
empleado para detectar la existencia
de carga eléctrica en un cuerpo.
Al acercar un cuerpo cargado, por
inducción, las láminas adquieren
carga y se separan.
Carga por Inducción
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Carga por Inducción
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Carga por Contacto
¿Cómo cargamos eléctricamente un objeto?
Por contacto – En este caso se transfiere carga de un cuerpo a otro.
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Carga por frotamiento
¿Cómo cargamos eléctricamente un objeto?
Por frotamiento – En este caso se transfiere carga entre dos
cuerpos inicialmente neutros, pero que terminan cargados.
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Carga por frotamiento
L
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Carga por Frotamiento A continuación se presentan algunos valores típicos de
carga obtenida por el mecanismo triboeléctrico, muy
común en nuestra vida diaria.
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Interacción entre cargas
Para cargar una varilla se debe
frotar con un material adecuado,
para transferir cargas entre ellos.
Sin embargo, para saber si está
cargado es necesario que interactúe
con otro cuerpo y ver el efecto de
dicha interacción.
En la figura se muestra una bola,
inicialmente neutra, al ser tocada se
carga por contacto e inmediatamente
hay una repulsión entre los cuerpos.
Lo anterior permite establecer que
“cargas de igual signo se repelen”,
de manera similar se puede mostrar
que “cargas de signos opuestos se
atraen”.
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Electrostática
L
30
Electrostática
L
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Ley de Coulomb
32
Ley de Coulomb
33
Ley de Coulomb
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Expresión vectorial de la Ley de Coulomb
F 12= kq1q2
r122
ur
k: Constante de Coulomb, cuyo valor depende del
sistema de unidades y del medio en el que
trabajemos.
En el vacío S.I. k = 9·109 N m2/C2
C.G.S. k = 1 dyna cm2/u.e.e2
1 C = 3·109 u.e.e.
q1
q2
X
Z
Y
r 1r 2
r 21= r 2− r 1
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Constantes auxiliares
Permitividad del Vacío (o): Se define de forma que
k=1
4 πεo
o= 8.85·10-12 C2/N m2
Si el medio en el que se encuentran las cargas es distinto al
vacío, se comprueba que la fuerza eléctrica es veces
menor, de esta forma se define la Permitividad del Medio
como = o.. Siendo la Constante Dieléctrica del Medio
Así,
k ' =1
4πε
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Ley de Coulomb. Sistemas de Cargas
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Ley de Coulomb. Sistemas de Cargas
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Ley de Coulomb. Sistemas de Cargas
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Ley de Coulomb vs Ley de Newton
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