Los Fenómenos electrostáticos y electrodinamicos.

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Al realizar experimentos con varios cuerpos electrizados, se halla que pueden separarse en dos grupos:

1er grupo

Constituido por los cuerpos cuyo comportamiento es igual al de una barra de vidrio que se frota con seda. Podemos observar que todos los cuerpos electrizados de este conjunto se repelen unos a otros. Decimos que tales cuerpos están electrizados positivamente, o bien, que al ser frotados, adquirieron una carga eléctrica positiva.

2do grupo

Constituido por los cuerpos que se comportan como una barra de goma(o resina) frotada con un trozo de tela de lana. También podemos observar que todos los cuerpos de este grupo se repelen unos a otros, pero atraen a los cuerpos del grupo anterior. Por lo tanto decimos que los cuerpos de este segundo conjunto se encuentran electrizados negativamente, o bien, que adquirieron carga negativa cuando se les froto.

En el Sistema Internacional de Unidades de Medida, la magnitud fundamental es la intensidad cuya unidad es el ampere o amperio, A, siendo la carga una magnitud derivada cuya unidad es el coulomb o culombio C

LEY DE COULOMB

Las cargas del mismo signo se repelen; las cargas de signo contrario se atraen. La fuerza con la que lo hacen es tanto mayor cuantos mayores son las cargas, y tanto menor cuanto más lejos están una de la otra, y depende además del medio que separa ambas cargas.

La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario

EJEMPLO

Sea la masa m=50 g=0.05 kg, la longitud del hilo d=50 cm=0.5 m. Se ha medido el ángulo que hace los hilos con la vertical q =22º, determinar la carga q de las bolitas.

La separación entre las cargas es x=2·0.5·sen(22º)=0.375 m

La fuerza F de repulsión entre las cargas vale

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De las ecuaciones de equilibrio

Tsen22º=F

Tcos22º=0.05·9.8

Eliminamos T y despejamos la carga q, se obtiene 1.76·10-6 C ó 1.76 mC.

UNIDADES QUE SE UTILIZAN EN LA LEY DE COULOMB

Como en todos los cálculos de magnitudes físicas, utilizamos diversas unidades de medidas. Para estos cálculos, las unidades son las siguientes:

F: Newton (1 newton es igual a la fuerza necesaria para mover 1 kilogramo a lo largo de 1 metro cada segundo)

Carga (q1, q2): Coulumb (1 Coulomb es igual a 6.28 X 1018 electrones)

Distancia (d): Metro (Unidad de medida en el sistema métrico)

K: La constante dieléctrica se determina por la fuerza de rechazo electrostático en dos cargas de la misma magnitud, que en el vacío es de 8.988 X 109 Newton, por cada metro al cuadrado y dividido entre el cuadrado de la carga. Para fines prácticos, el valor se redondea a 9 X 109 Nm2/q2. Entonces tendremos las siguientes fórmulas:

F = (k) q1 X q2 Para distancias fijas.

F = (k) q1 X q2 / d2 para distancias variables.

Si desarrollamos esta última fórmula, tendremos:

F= (9X109 m2 / q2) X q1 X q2 / d2

Esta fórmula es válida para el Vacío. En el caso de que las cargas estén en un medio diferente, entonces se dividirá la constante entre el coeficiente dieléctrico del medio. Las fórmulas entonces quedarán como sigue:

F = (k / e) q1 X q2 Para distancias fijas.

F = (k / e) q1 X q2 / d2 para distancias variables.

¿PORQUE SE ELECTRIZAN UN CUERPO?

El famoso político y científico norteamericano, Benjamín Franklin, después de realizar un gran número de observaciones experimentales, hallo que cuando dos cuerpos se frotan entre sí, si uno de ellos se electrizan positivamente, el otro adquiría necesariamente electricidad negativa.

Por ejemplo, cuando frotamos con una tela de seda una barra de vidrio, este adquiere una carga eléctrica positiva, y la seda quedara electrizada negativamente.

Al buscar una explicación de este hecho, Franklin formulo la teoría de que los fenómenos eléctricos se producen por la existencia de un “fluido eléctrico” que se encuentra en todo los cuerpos.

En la actualidad sabemos que la teoría de Franklin era por lo menos, parcialmente correcta.

De acuerdo con los descubrimientos realizados en este siglo, se sabe que en realidad el proceso de electrización consiste en la transferencia de carga eléctrica entre los cuerpos que se frotan. Pero dicha transferencia no se efectúa mediante el fluido eléctrico que Franklin imagino, si no por el paso de electrones de un cuerpo hacia el otro.

La moderna teoría atómica enseña que toda materia esta constituida, básicamente, por las partículas denominadas protones, neutrones y electrones. Los protones poseen carga positiva, los neutrones no tienen carga eléctrica, y los electrones no tienen carga eléctrica, y los electrones poseen carga negativa.

En un cuerpo neutro (no electrizado) el número de protones es igual al de electrones. Cuando frotamos dos cuerpos entre si hay una transferencia de electrones de un cuerpo hacia otro. El que pierde electrones presenta un exceso de protones, es decir, queda electrizado positivamente. Es obvio que el otro cuerpo quedara electrizado negativamente, y tendrás así, un exceso de electrones.

Como se sabe, los protones y los neutrones se localizan en el núcleo del átomo, y sus posiciones no se pueden cambiar por la simple fricción de un cuerpo con otro. Por el frotamiento solamente se llegan a intercambiar electrones entre los dos objetos.

La fricción entre los cuerpos es una manera de hacer que se aproximen los