Ley de Coulomb

LEY DE COULOMB

1. Cargas Eléctricas

600 Ac: El ámbar adquiere la propiedad de atraer cuerpos ligeros.

Actualidad: Decimos que el ámbar esta electrizado, que posee carga eléctrica, o bien que está cargado eléctricamente.

Electrón en griego significa: Ámbar

Es posible comunicar carga eléctrica a cualquier material solido frotándolo con otro material.

Demostración:

• Barra de plástico es electrizada por frotación con una piel y se pone en contacto con dos esferas pequeñas de corcho serán repelidas por la barra y entre sí.
• Barra de vidrio pasa exactamente lo mismo
• Si una esfera que ha estado en contacto con una barra de plástico se pone cerca de una esfera que estuvo en contacto con una barra de vidrio, ambas se atraen.
• Cargas iguales se repelen
• Cargas distintas se atraen

Las fuerzas repulsivas o atractivas son tan grandes que la interacción gravitacional entre dos cuerpos eléctricamente cargados puede despreciarse.

Excepción:

• Sobre un cuerpo cargado puede actuar el campo gravitacional de un cuerpo grande como la tierra, en este caso la Fuerza Eléctrica y Gravitatoria pueden ser magnitudes comparables.

Dos cuerpos también pueden actuar entre sí por medio de la interacción magnética.

Ej: Atracción de objetos de hierro por un imán permanente.

Fuerzas magnética

Son un aspecto de las interacciones entre partículas cargadas en movimiento.

Ej: Un electroimán manifiesta interacciones magnéticas cuando pasa una corriente eléctrica por sus bobinas.

Electroestática: Carga en reposo

1. Estructura atómica

Las interacciones, causantes de la estructura de los átomos y moléculas son primordialmente las interacciones entre partícula con cargas eléctricas.

Piezas fundamentales:

• Electrón: cargado negativamente.
• Protón: cargado positivamente.
• Neutrón: de carácter neutro.

La carga negativa del electrón es de igual magnitud que la carga positiva del protón y no se ha observado nunca una carga menor. Su carga es la unidad fundamental y natural de carga.

Núcleo:

• Compuesto por protones y neutrones.
•  Carga positiva
• Diámetro esférico de 10-14m.

Fuera del núcleo

• Se encuentra el electrón
• Carga negativa
• Misma cantidad que el protón

Átomo eléctricamente neutro: la suma algebraica de las cargas positivas y cargas negativas de los electrones son nulas.

Ionización

Extracción de uno o más electrones, ion positivo

Ganancia de uno o más electrones, ion negativo

ESTRUCTURA DE BOHR

Los electrones se representan mejor por distribución de cargas eléctricas.

Las distribuciones de cargas eléctricas determinan:

• El tamaño del átomo que es casi diez mil veces mayores que el diámetro del núcleo.
• La masa del protón y neutrón son aproximadamente iguales
• La masa del protón es 1837 veces la del electrón
• Ej: hidrogeno pesa: 1,674x10-27kg

• Protones: 1,674x10-27kg
• Neutrones: 1,676x10-27kg
• Electrones: 9,113x10-31kg

Numero atómico: es el número de protones del núcleo, en estado no ionizado, este número es igual al de electrones extranucleares.

Todo cuerpo material tiene un número enorme de partículas cargadas:

• Protones en el núcleo
• Electrones fuera del núcleo
• Cuando el número de electrones como el de protones es igual el cuerpo en conjunto es eléctricamente neutro.

Exceso  carga negativa (obtenida por ganancia de electrones) a un cuerpo:

• Adicionar carga negativa
• Eliminar carga positiva del mismo

Exceso carga positiva (obtenida por la pérdida de electrones) a un cuerpo:

• Adicionar carga positiva
• Eliminar carga negativa del mismo

Principio de Conservación Universal de la Carga

Establece que la carga algebraica de todas las cargas eléctricas de cualquier sistema cerrado es constante.la carga se transfiere de un cuerpo al otro.

1. Conductores y Aisladores

Conductores: materiales que permiten el movimiento de la carga eléctrica de una parte del material a otra. Ej: cable de cobre

Aisladores: materiales que no permiten el movimiento de la carga eléctrica. Ej: cinta de goma e hilo de nylon.

• Los metales son buenos conductores mientras que los no metales son aisladores.
• Los metales forman iones positivos en disolución eso indica que los átomos de un metal liberan fácilmente uno o más electrones exteriores. Ej: el hilo de cobre, se desprenden de cada átomo algunos electrones exteriores y pueden moverse libremente por el metal.
• Al conjunto libre de electrones se lo denomina gas electrónico.
• En los aisladores no hay electrones libres.

1.  Carga por inducción

Utilización de la barra de plástico

• Al cargar por contacto una esfera de medula de sauco algunos electrones excedentes del plástico son trasferidos a la bola, quedando el plástico con una carga menor
• Otro método de utilizar la barra de plástico para cargar a otros cuerpo, por la que el plástico puede comunicar una carga de signo opuesto sin perder nada de su propia carga (carga por inducción)

• A) Hay dos esferas metálicas neutras en contacto, sostenidas por aislantes.

Se aproxima una barra de plástico cargada negativamente.

• B) Los electrones libres de las esferas metálicas son repelidas hacia la izquierda y alejados ligeramente de la barra.
•  Entonces los electrones se acumulan formando un exceso de carga negativa en la superficie izquierda de la esfera más alejada.
• Y uno exceso de carga positiva en la superficie derecha de la esfera más próxima.
• Como se desarrollan las cargas inducidas, ejercen fuerzas (hacia la derecha) sobre los electrones libres del interior de la esfera.
• Y en un tiempo corto el sistema alcanza el equilibrio.
• Cuando se quita la barra, la nube eléctrica de las esferas se mueve hacia la derecha y se establece la condición neutral.
• C) supongamos que se separan las esferas mientras la barra de plástico esta cerca
• D) si ahora se separa la barra, nos encontramos con dos esferas metálicas cargadas ( con cargas opuestas que se atraen entre sí)
• E) cuando están separadas por una gran distancia, entonces los dos tipos de cargas de distribuyen uniformemente sobre sus respectivas esferas.

[pic 1]

• A) se carga por inducción una sola esfera metálica
• C) la palabra “tierra” significa que la esfera está conectada a tierra, los electrones son repelidos a tierra, atraves de un hilo conductor.
• Así la Tierra adquiere una carga negativa igual a la carga positiva inducida por la esfera.

[pic 2]

En la actualidad sabemos que las cargas negativas son las que se mueven realmente en un conductor metálico, a menudo es conveniente describir un proceso como si fueran las cargas positivas las que se movieran.

1. Ley de Coulomb

La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que las separan.