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ELECTROSTÁTICA - Sobre los fenómenos eléctricos.

Jaula de Faraday y Péndulo Electrostático El chasquido que escuchamos al pasar un peine por los cabellos secos, o al quitarnos una prenda de vestir cuando es baja la humedad atmosférica; la desagradable sensación que algunas veces percibimos en los dedos al descender de un vehículo que estuvo en movimiento; los relámpagos y los rayos que se producen durante ciertas tormentas; la chispa que producen los encendedores que se usan en la cocina: todos ellos son hechos que obedecen a idénticas leyes naturales.

El capítulo de la Física que se ocupa de estos fenómenos y de otros similares, en los que intervienen cargas eléctricas, se llama ELECTROSTÁTICA, y de su estudio nos ocuparemos en este texto.

Las cargas eléctricas.

Antes de seguir adelante sería necesario establecer qué se entiende por carga eléctrica o, al menos, enumerar algunas propiedades que las caracterizan. Para ello será conveniente repasar brevemente algunos conceptos referidos a la estructura de los átomos.

Recordemos que cada átomo posee un núcleo constituido por protones y neutrones, y que los distintos elementos químicos se diferencian entre sí por la cantidad de protones que contienen sus núcleos (número atómico). Los elementos naturales son 92, desde el hidrógeno (número atómico 1) hasta el uranio (número atómico 92).

Cada protón posee una unidad de lo que llamamos carga eléctrica a la que asignamos signo positivo; los neutrones carecen de carga eléctrica.

Alrededor del núcleo se desplazan electrones, describiendo distintas órbitas. Cada uno de ellos posee una carga eléctrica de igual valor que la del protón, a la que se atribuye signo negativo. Normalmente, la cantidad de electrones y la cantidad de protones son iguales en cada átomo.

En estas condiciones ocurre que la igualdad numérica de cargas de ambos signos determina la neutralidad eléctrica del átomo, es decir, que se comporta hacia el exterior como si no poseyera carga alguna.

La cantidad de protones del núcleo es invariable, salvo el caso de la transformación espontánea de los elementos radioactivos, o de la ruptura del núcleo, como ocurre en los reactores nucleares.

Resulta en cambio muy sencillo agregar o quitar electrones de la órbita más externa, por el simple y rápido procedimiento de frotar entre sí dos cuerpos de diferentes sustancias, como haremos repetidamente en nuestras experiencias de clase. En este caso, uno de los cuerpos pierde electrones, que se incorporan al otro: el primero queda cargado positivamente y el segundo negativamente.

Estos cuerpos conservarán la carga adquirida durante algún tiempo, que dependerá de su naturaleza y de las condiciones en que se realice la experiencia. Debe advertirse que cuando la humedad atmosférica es alta los cuerpos se descargan más rápidamente, lo que puede dificultar o impedir un resultado satisfactorio.

Sobre el comportamiento eléctrico de algunos materiales.

  Ciertos materiales como el vidrio, la porcelana, el telgopor y diversas calidades de plástico tienen la particularidad de que los electrones son cedidos o ganados únicamente por átomos o moléculas individuales: en el telgopor frotado con lana, solo queda electrizada la superficie sometida a fricción, quedando el resto de su masa en estado neutro. Dicho en otra forma, las cargas eléctricas no se trasladan a los átomos vecinos. Si tocamos con otro cuerpo la zona electrizada sólo intercambiará cargas en el lugar de contacto, sin alterar el estado eléctrico del resto. Estos materiales se denominan "aislantes eléctricos".

Otros materiales (especialmente los metales) se caracterizan porque, al recibir o entregar electrones, éstos se distribuyen en toda su extensión: podemos cargarlos eléctricamente por cualquier punto de su superficie, y recoger las cargas por cualquier otro punto. Estos materiales se llaman "conductores eléctricos". En ellos hay siempre una cantidad de electrones compartidos por toda la masa del cuerpo, que se trasladan libremente por él.

Interacción entre cargas eléctricas.

  La existencia de cargas eléctricas en un cuerpo se manifiesta por la acción de las fuerzas que es capaz de ejercer sobre otros cuerpos (cargados o no) que se encuentran en sus proximidades o en contacto con él.

Se percibirá que no hemos definido qué son las cargas eléctricas. Hemos establecido dónde residen; hemos dicho que protones y electrones poseen una unidad de carga, que en los cuerpos pueden acumularse cargas de uno o de otro signo, y que en esas condiciones tienen la propiedad de ejercer fuerzas (llamadas, fuerzas eléctricas) sobre otros cuerpos.

La cualidad que tienen los cuerpos cargados eléctricamente de ejercer fuerzas nos brinda una herramienta para encarar su estudio, esto es, para determinar las leyes que regulan su comportamiento.

Una vez realizadas las experiencias de laboratorio aconsejadas, y razonando adecuadamente acerca de ellas, habremos determinado algunas propiedades interesantes de las cargas eléctricas, y sabremos de cierta manera qué son por los efectos que producen.

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INDICE DE PRACTICAS   (cada título es un hipervínculo).

Electrostática Circuitos Eléctricos Efectos Magnéticos de las Corrientes Ferromagnetismo Inducción de corrientes y aplicaciones tecnológicas

Autoría.

  Ing. Agustín J. Frascino - Córdoba - Argentina Las guías constructivas y de trabajos prácticos aquí presentadas fueron creadas por el Ing. Agustín J. Frascino (QEPD 15-II-08) con la ayuda del Ing. Sergio San Román con el objeto de fomentar el trabajo experimental en la Enseñanza de la Física, aún en los casos en que la escasez de recursos económicos parecerían forzar a docentes y alumnos a contentarse con clases de tiza y pizarrón.

Para quienes decidan armar algunos de los aparatos aquí propuestos, nos permitimos recordarles que bajo costo no significa baja calidad o montaje descuidado. Recomendamos trabajar con prolijidad, respetando las dimensiones y materiales indicados. Los resultados serán a menudo sorprendentes, y en el camino se habrá aprendido algo más que Física.

Estas guías pueden reproducirse libre y gratuitamente, con la sola condición de mencionar su procedencia y autoría.

Fragmento de video donde se muestra el uso del Électróforo de Volta, Electroscopio, Jaula de Faraday y Molinete Eléctrico
Fragmento de video donde se muestra el uso del Ping Pong Eléctrico