Fundamentos de la electricidad. Cargas eléctricas y materiales de conducción

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Las cargas negativas repelen a las cargas negativas. Las cargas positivas también se repelen entre sí.

Si encontramos una carga desconocida, para preguntarle su tipo de carga le acercamos una carga positiva. Si se aleja la carga desconocida de la carga positiva es porque se trata de una carga positiva; si la carga —antes desconocida— es atraída por la carga positiva sabremos en ese momento que es negativa.

Si una partícula no se aleja ni se acerca de una carga positiva, entonces no es una carga sino una partícula neutra.

Con apoyo de esta información proporcionada por el Instituto Latinoamericano de la Comunicación Educativa, realizamos este esquema para la fácil comprensión del tema. Así como la interpretación del postulado que enuncia: “Las cargas de igual signo se repelen, mientras que las de diferente signo se atraen”.

[pic 6]

Con apoyo de estas definiciones, podemos moldear nuestro concepto de electrones libres que nos servirá más adelante:

“No todos los electrones están fijamente ligados al núcleo atómico, aunque giran alrededor de éste. Algunos de ellos se liberan de la estructura atómica y quedan en disposición de conducir la corriente eléctrica. Estos electrones se denominan libres o de conducción.” Lang(1990)

Con base a la información anterior y junto con otros datos proporcionados por Lang, desarrollamos este diagrama que muestra el comportamiento de los electrones libres.

[pic 7]

Materiales:

En base a las definiciones de Lang (1990) para la clasificación de materiales se elaboró el siguiente mapa:

[pic 8]

La ley de Coulomb

Se define los antecedentes de la Ley de Coulomb, para después definir la Ley como tal:

Charles Agustin Coulomb, estudió las fuerzas de interacción entre partículas con carga eléctrica. En el caso de cargas puntuales (cuerpos con carga eléctrica que son muy pequeños en comparación con la distancia que los separa) Coulomb encontró que: La fuerza eléctrica es proporcional a: (Cuando se reduce la distancia entre las cargas puntuales, la fuerza eléctrica aumenta y cuando aumenta esta distancia la fuerza eléctrica disminuye) Facultad de Química UNAM (2012)[pic 9]

Coulomb enunció: “La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales, es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”.

Se expresa con claridad en estos diagramas:

[pic 10]

Ley del ohm

Los antecedentes expuestos por Pérez Montiel (2000) se resumen en:

Esta ley tiene el nombre del físico alemán Georg Ohm, que, en un tratado publicado en 1827, halló valores de tensión y corriente que pasaba a través de unos circuitos eléctricos simples que contenían una gran cantidad de cables. El presentó una ecuación para explicar sus resultados experimentales. Esta ecuación es conocida como la Ley de Ohm, la cual relaciona el valor de la resistencia de un conductor con la intensidad de corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre sus extremos.

La ley de Ohm se define como:

La ley de Ohm establece que la intensidad eléctrica que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos, existiendo una constante de proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha constante de proporcionalidad es la conductancia eléctrica, que es inversa a la resistencia eléctrica.

La ecuación matemática que describe esta relación es:

[pic 11]

donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, Ges la conductancia en siemens y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente. Pérez (2000)