Fundamentos de electrostática

La electrización

La electrización es el efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro. Son una serie de fenómenos que se dan en nuestro entorno como resultado de la interacción de las cargas localizadas en la materia. Los cuerpos se pueden electrizarse por contacto con otros cuerpos cargados y la carga eléctrica se puede transportar. La electrización en un cuerpo se consigue extrayendo del mismo las cargas de un signo y dejando en él las de signo contrario. Se puede crear electricidad estática frotando un globo en tu ropa. Los electrones se desplazan de la ropa al globo, con lo que el globo se carga negativamente y la ropa positivamente. La electricidad estática resultante atraerá pequeños objetos ligeros, como trozos de papel.

Los primeros descubrimientos que se tuvieron noticia en relación con los fenómenos eléctricos, fueron realizados por los griegos en la Antigüedad. De estos se puede mencionar a Tales, quien al observar un trozo de ámbar, un mineral de color amarillento que proviene de la fosilización de las resinas de árbol de madera blanda, este ámbar al ser frotado con una piel animal, adquiría la capacidad de atraer cuerpos ligeros. Este experimento fue uno de los primeros indicios de la electrización. Ya con los años, gracias a las investigaciones de William Gilbert al observar que algunos cuerpos se comportan de manera similar al experimento del ámbar y que está atracción se produce en cuerpos aunque estos no sean ligeros.

En la actualidad se conoce que las sustancias pueden ser electrizadas al ser frotadas con otra sustancia.

La electrización de un cuerpo se consigue extrayendo del mismo las cargas de un signo y dejando en él las de signo contrario. En tal caso, el cuerpo adquiere una carga eléctrica neta no nula.

Las cargas eléctricas

Las cargas eléctricas están divididas en diversas clases:

• Las cargas positivas: Las cargas positivas de un átomo son sus protones. Cuando un átomo tiene exceso de carga positiva, se dice que él es un catión, o sea, un ión con menos electrones del que protones. En la verdad, lo que cambia en los átomos es la cantidad de electrones, pues estos “giran” en torno al núcleo. Así, todo tipo de conexión es hecha exclusivamente por el cambio o reparto de electrones. Cuando se dice que un átomo volcó un ión catión es porque él perdió electrones, pero su número de protones continúa el mismo.

• Las cargas negativas: Una carga negativa es una característica eléctrica de una partícula en la escala subatómica. Físicamente, se mantiene la reacción inversa a las partículas cargadas positivamente, creando un campo electromagnético, lo que demuestra un cierto nivel de fuerza, manteniendo las dos partículas en un Estado unido y reactiva. Cuando dos cargas negativas se encuentran, una fuerza conocida como la repulsión se ejerce, haciendo que ambas partículas para alejar el uno del otro. Inversamente, las exposiciones carga negativa la fuerza de atracción sobre una carga positiva, conocida como ley de Coulomb. Estas dos propiedades principio de cargas negativas constituyen la base general de las leyes de la electrodinámica.

La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia que se presenta en dos tipos. Éstas llevan ahora el nombre con las que Benjamin Franklin las denominó: cargas positivas y negativas. Con el advenimiento de la teoría cuántica relativista, se pudo demostrar formalmente que las partículas, además de presentar carga eléctrica (sea nula o no), presentan un momento magnético intrínseco, denominado “spin”, que surge como consecuencia de aplicar la teoría de la relatividad especial a la mecánica cuántica.

Un objeto que tiene un exceso de electrones está cargado negativamente, y un objeto que tiene una deficiencia de electrones está cargado positivamente. De esta manera se menciona el enunciado principal de la Ley de la electrostática, que postula que las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen.

Conductos y aislantes

Un trozo de materia está compuesto de muchos átomos dispuestos de una manera peculiar de acuerdo al material. Algunos materiales, principalmente hablando de los metales, poseen un gran número de electrones libres, que pueden moverse a través del material. Los materiales que poseen esta habilidad de transferir carga de un objeto a otro, se les denomina conductores. En otras palabras podemos definir que un conducto es un material a través del cual se transfiere fácilmente la carga. Ejemplos de buenos conductores son los metales.

De esta manera como hay buenos conductos existen materiales que realizan el mismo efecto pero al contrario, siendo estos denominados aislantes, los cuales son materiales que se resisten al flujo de carga. Buenos ejemplos de aislantes son la ebonita, el plástico, la mica, baquelita, azufre y el aire.

Carga por contactos y por inducción

La carga por contacto, se produce cuando un cuerpo neutro es cargado con sólo tocarlo o tener contacto con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva. Esto se debe a que habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea en mayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción y manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

En caso que el objeto sea un buen conductor la carga se distribuye en toda su superficie porque las cargas iguales se repelen entre sí, pero si se trata de un mal conductor puede ser necesario tocar con la barra varias partes del objeto para obtener una distribución de carga más o menos uniforme.

La inducción es un proceso de carga 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 hecho a través de su famoso experimento de la cometa, que le permitió comprobar que los rayos son un efecto eléctrico. Franklin descubrió también que la carga fluye con facilidad hacia o desde objetos puntiagudos y así se construyó el primer pararrayos.

Polarización de la carga

La polarización de la carga sucede cuando, por inducción, un lado de la molécula o átomo se hace ligeramente más positivo, por lo que decimos que el átomo está eléctricamente polarizado.. Cuando se acerca una carga negativa externa por la izquierda, las cargas del átomo neutro o molécula se reacomodan de tal manera que el lado izquierdo es ligeramente más positivo y el derecho, ligeramente negativo. Todos los átomos o moléculas próximos a una superficie se polarizan eléctricamente. La molécula de agua es un dipolo eléctrico, porque está eléctricamente polarizada en su estado normal, entonces, entonces, la distribución de la carga eléctrica no es uniforme. Existe más carga negativa de un lado de la molécula que del otro.

La inducción no se limita a los conductores, cuando acercamos una barra cargada a un aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante; lo que ocurre es un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios átomos y moléculas.

Se presenta el fenómeno de polarización cuando trozos de papel neutros son atraídos por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared.

Citar este texto en formato APA: _______. (2011). WEBSCOLAR. Fundamentos de electrostática. https://www.webscolar.com/fundamentos-de-electrostatica. Fecha de consulta: 26 de diciembre de 2024.