ELECTRICIDAD
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INTRODUCCIÓN
• La primera experiencia de la que se tenga
registro fue cuando Tales de Mileto frotó un
trozo de ámbar contra una piel y, después de
este proceso, la piedra podía atraer pequeños
trozos de papel.
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• Posteriormente varios científicos estudiaron la
electricidad. En el siglo XVIII surgió una teoría
bastante interesante, la del fluido eléctrico de
Franklin.
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• Para poder explicar como se origina la
electricidad, hay que tener claro cómo está
conformado un electrón.
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LA CARGA ELÉCTRICA
• Es una propiedad física de la materia.
• Podemos encontrar cargas eléctricas positivas
(protones) y cargas eléctricas negativas
(electrones).
• Los protones y electrones pueden interactuar
porque tienen carga, a diferencia del neutrón.
• La carga de un átomo dependerá de la
diferencia entre la cantidad de protones y la
cantidad de electrones.
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ELECTROSTÁTICA
• Es la interacción eléctrica entre cargas o
cuerpos cargados en reposo.
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CARGA ELEMENTAL
• Se simboliza con una letra e minúscula y se mide en
coulomb (C).
• El valor corresponde a:
e = 1,602  10-19 (C)
• El protón y el electrón tienen una carga igual a la carga
elemental. La del protón es +e y la del electrón es -e.
• La carga eléctrica puede existir solo en múltiplos
enteros: no puede existir la carga de medio electrón,
por ejemplo.
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CARGA ELÉCTRICA EN LOS CUERPOS
• La carga eléctrica de un cuerpo corresponde a la
suma algebraica de sus cargas positivas y
negativas.
• Si un objeto se encuentra eléctricamente neutro,
no podemos decir que no tiene partículas
cargadas, sino que tiene igual cantidad de cargas
positivas y negativas.
• Si un cuerpo tiene carga neta positiva, por
ejemplo, significa que tiene más protones que
electrones.
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• Ejemplo 1:
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• Ejemplo 2: si un cuerpo tiene 200 protones y 100
electrones, ¿cuál es su carga eléctrica en C?
Desarrollo:
Carga positiva:
200  1,6  10-19 (C) = 320  10-19 (C)
Carga negativa:
100  -1,6  10-19 (C) = -160  10-19 (C)
Carga total:
320  10-19 (C) -160  10-19 (C) = 160  10-19 (C)
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INTERACCIONES ELÉCTRICAS
• Esta interacción se manifiesta mediante
fuerzas de atracción y repulsión.
• Los posibles estados de los cuerpos son:
neutro, cargado negativamente y cargado
positivamente.
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Fuerzas eléctricas entre los cuerpos
• Los cuerpos cargados interactúan a través de
fuerzas eléctricas que pueden ser de
atracción o repulsión, dependiendo de cuál
sea la carga de los objetos.
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-
-
SE REPELEN
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0
0
NO INTERACTÚAN
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+
+
SE REPELEN
16
-
0
SE ATRAEN
17
-
+
SE ATRAEN
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+
0
SE ATRAEN
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LEY DE COULOMB
• Charles Coulomb descubrió en 1777, que la fuerza de
atracción o de repulsión es directamente
proporcional a las cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de las distancias.
F es la fuerza de atracción o repulsión entre las cargas y se mide en N.
k es la constante de Coulomb (k = 9  109 Nm2/C2).
q1 y q2 son las cargas de los cuerpos medidas en C.
d es la distancia entre ellos, medida en m.
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• EJEMPLO 1: determinar la fuerza que actúa
sobre las cargas eléctricas q1 = 1  10-6 (C) y
q2= 2,5  10-6 (C), que se encuentran en reposo
a una distancia de 5 cm.
Solución:
La fuerza de repulsión tiene un valor de 9 (N)
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• Ejemplo 2: determinar la fuerza que actúa
sobre las cargas eléctricas q1 = -1,25  10-9 (C) y
q2 = 2  10-5 (C), que se encuentran en reposo
a una distancia de 10 cm.
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LA CONSERVACIÓN DE LA CARGA
• Los protones y electrones son materia, por lo
tanto, no pueden crearse ni destruirse dentro de
un sistema.
• Podemos enunciar el principio de conservación
de la carga eléctrica:
“ LA CARGA ELÉCTRICA EN UN SISTEMA SE
CONSERVARÁ, A MENOS QUE ACTÚE ALGÚN
AGENTE EXTERNO”
• Por lo tanto, la carga final del sistema es igual a la
carga inicial del sistema.
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¿Cómo se cargan los cuerpos?
• Un cuerpo neutro puede ser cargado por
diferentes métodos. El conjunto de estos
procedimientos se conoce como métodos de
carga y los más comunes son: fricción,
contacto e inducción.
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Carga por Fricción
• Es un método de carga en el que se frotan dos
cuerpos, inicialmente neutros, y al hacerlo
intercambian cargas eléctricas.
• Muchos materiales al ser frotados con otro
material adquieren carga eléctrica, como el
ámbar con la piel de animal o un globo con el
pelo.
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• La carga con la que queda cada cuerpo
depende, únicamente, de los materiales que
lo componen. Por ejemplo, si frotamos vidrio
con seda, el vidrio queda positivo y la seda
negativa, y si frotamos el caucho con la piel
de un animal, el caucho queda negativo y la
piel positiva.
• Conclusión: la carga por fricción es un método
en el cual, a partir de dos cuerpos
eléctricamente neutros, se pueden obtener
dos cuerpos con cargas eléctricas opuestas.
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Carga por Contacto
• Consiste en poner en contacto un cuerpo
neutro con un cuerpo cargado, quedando,
finalmente, ambos cuerpos con la misma
carga (tanto en cantidad como en signo).
• El contacto entre cuerpos puede ser
simultáneo o sucesivo, los que no tienen el
mismo efecto.
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Carga por Inducción
• Es un método en el que se carga un cuerpo
eléctricamente neutro utilizando un cuerpo
cargado o inductor. Luego de la inducción, el
cuerpo inicialmente neutro, queda con la carga
opuesta a la del inductor.
• Es un proceso que debe realizarse manteniendo
una secuencia muy ordenada, ya que consta de
varios pasos que si no se realizan
apropiadamente no producen la carga del
cuerpo.
• Antes, debemos comprender el concepto de
polarización.
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• Polarización: para polarizar un cuerpo neutro,
se le debe aproximar, sin tocarlo, un objeto
cargado positiva o negativamente. Al hacerlo,
las cargas del cuerpo neutro se ven atraídas (o
repelidas) por el objeto cargado. Esto produce
que las cargas que se encuentran dispersas y
desordenadas en el cuerpo neutro se separen
y se “agrupen” de tal forma que las cargas de
signo distinto a las del objeto cargado se
acerquen a él, mientras que las de igual signo
se alejan.
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• Inicialmente se tiene un cuerpo
eléctricamente neutro.
• Luego, se acerca (sin tocarse) un cuerpo
cargado (inductor), lo que provoca que el
cuerpo neutro se polarice.
• Luego, se conecta el cuerpo a tierra (que es
neutra), para liberar carga eléctrica.
• A continuación, se elimina la conexión a tierra,
sin alejar el cuerpo cargado del inductor.
• Finalmente, al retirar el inductor, el cuerpo
queda cargado.
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ELECTRICIDAD - Colegio Miguel de Cervantes, Punta Arenas.