Cargas Eléctricas

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(1)Cargas Eléctricas.

(2) Evolución del conocimiento de la electricidad. 640-546 A.C.. B. Franklin. Charles Coulomb. 1500. K. F. Gauss. 1600. G.S. Ohm. 1700. G. R. Kirchhoff. 1800. A. M. Ampère. 1900. M. Faraday. 2000. J. K. Maxwell.

(3) Temas . Concepto de carga eléctrica. Tipos de cargas eléctricas. Conservación y Cuantización de carga eléctrica. Aislantes y Conductores. Concepto de carga puntual. Ley de Coulomb.. 3.

(4) Concepto de carga eléctrica. Desde la antigua Grecia, los filósofos de la época ya conocían la existencia del ámbar y que al frotarlo este atraía trocitos de ámbar. En 1820, Hans Christian Oersted encontró que al pasar una corriente eléctrica por una alambre esta desviaba la aguja magnética de una brújula. 1831-1879 Se introducen los conceptos de carga eléctrica, fuerza electromagnética, campo, corriente, energía potencial electrostática, etc. James Clerk Maxwell puso las ideas de Faraday en lo que se conoce como las ecuaciones de Maxwell. 1950 se conoce ya la existencia de cuatro fuerzas de la naturaleza: la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y la fuerza Gravitacional. 1967 Glashow, Salam débil. y Weinberg enuncian la teoría electro 4.

(5) Qué es la carga eléctrica?. La carga eléctrica es una propiedad de la materia que se manifiesta en las fuerzas de atracción y repulsión que ocurre entre los cuerpos que la poseen. Existen dos tipos de carga: positiva y negativa Cargas iguales se repelen, cargas diferentes se atraen. (Benjamin Franklin).

(6) Concepto de carga eléctrica. Existen dos tipos de Carga. Positiva Protones Negativa Electrones. Modelo Atómico de Bohr. Modelo de la Mecánica Cuántica. Los materiales que tienen igual carga positiva y negativa. Se les llama eléctricamente neutros. En la naturaleza los objetos son eléctricamente neutr0 6.

(7) Concepto de carga eléctrica. Propiedades de la Carga Eléctrica La carga eléctrica se conserva. .  En un átomo neutro, las cargas positiva y negativa tienen la misma Magnitud.  La carga esta cuantizada y su unidad fundamental es 𝑒 = 𝑝 = 1.6𝑥10−19 𝐶 En el sistema SI la unidad de carga es el Coulomb. 7.

(8) Carga eléctrica y estructura de la materia Constituyentes de la materia Partícula. Masa (Kg). Carga (C). Electrón. 9.1𝑥10−31. −1.6𝑥10−19. Protón. 1.67𝑥10−27. 1.6𝑥10−19. Neutrón. 1.67𝑥10−27. 0. 8.

(9) Resumen: Carga Electrica i) Dualidad de la carga: Todas las partículas cargadas pueden dividirse en positivas y negativas, de forma que las de un mismo signo se repelen mientras que las de signo contrario se atraen.. ii) Conservación de la carga: En cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado se conserva. Es decir, la suma algebraica de cargas positivas y negativas presente en cierto instante no varía.. iii) Cuantización de la carga: La carga eléctrica siempre se presenta como un múltiplo entero de una carga fundamental, que es la del electrón..

(10) Estructura de la materia. 10.

(11) Subpartículas. 11.

(12) Acelerador de Partículas. 12.

(13) Cuantización y conservación de la carga eléctrica La Cuantización de la carga eléctrica implica la existencia de una carga fundamental: la del electrón, cuyo valor es 𝑒 = 1.6021892𝑥10−19 𝐶. “La carga de un cuerpo siempre se puede expresar como un múltiplo entero de la carga fundamental”, es decir. Q=Ne.

(14) Conservación de la carga eléctrica. La carga no se crea ni se destruye, sólo se transfiere.  entre átomos entre moléculas  entre cuerpos La suma de todas las cargas de un sistema Cerrado es constante”. 14.

(15) Conductores, Aislantes y Semiconductores Dependiendo de los mecanismos de transporte de cargas, los materiales se clasifican en tres categorias: Conductores, Aislantes ( o no conductores) y Semiconductores.. “Los electrones son libres de moverse en el material conductor”. Ejemplos de conductores son los metales, ya que en ellos los electrones tienen libertad de movimiento al encontrarse débilmente ligados al nucleo. 15.

(16) Aislantes Los aislantes son por ejemplo, madera, plástico, vidrio, etc. “Los electrones estan ligados a los átomos por lo cual no se mueven, Esto implica que no conducen”. 16.

(17) Semiconductores. Los semiconductores son de un tipo especial de material debido a que presentan características especiales, es decir se pueden comportar como conductores o aislantes, esto depende de las condiciones en que se utilicen.. 17.

(18) Redistribución de carga En los conductores la carga se distribuirá alrededor de la superficie hasta que se logra el equilibrio. Lo anterior, implica que la carga solo reside en la superficie, no Dentro. En objetos simétricos, la carga se distribuye uniformemente. En objetos no simétricos, la carga se acumula en las puntas afiladas. En cambio, en los materiales aislantes la carga no se mueve, es decir, permanece localizada alrededor de la región de contacto.. 18.

(19) Carga por Inducción ¿Cómo cargamos eléctricamente un objeto? Por inducción implica que se induce una carga sin tocar. “Este proceso aplica (principalmente) para materiales conductores” 1. Cargando por inducción (dos conductores aislados). 2.Cargando por inducción (1 conductor a tierra). 19.

(20) Carga por Inducción ¿Cómo cargamos eléctricamente un objeto? Por inducción – En este caso se induce una carga sin tocar. Un proceso similar aplica para materiales aislantes 3.Cargando por inducción a un no conductor.. 20.

(21) Carga por Inducción ¿Cómo cargamos eléctricamente un objeto? Por inducción – En este caso se induce una carga sin tocar. Un proceso similar aplica para materiales aislantes 3. Cargando por inducción a un no conductor.. 21.

(22) Carga por Inducción El electroscopio es un dispositivo empleado para detectar la existencia de carga eléctrica en un cuerpo. Al acercar un cuerpo cargado, por inducción, las láminas adquieren carga y se separan.. 22.

(23) Carga por Inducción. 23.

(24) Carga por Contacto ¿Cómo cargamos eléctricamente un objeto? Por contacto – En este caso se transfiere carga de un cuerpo a otro.. 24.

(25) Carga por frotamiento ¿Cómo cargamos eléctricamente un objeto? Por frotamiento – En este caso se transfiere carga entre dos cuerpos inicialmente neutros, pero que terminan cargados.. 25.

(26) Carga por frotamiento. L. 26.

(27) Carga por Frotamiento A continuación se presentan algunos valores típicos de carga obtenida por el mecanismo triboeléctrico, muy común en nuestra vida diaria.. 27.

(28) Interacción entre cargas En la figura se muestra una bola, inicialmente neutra, al ser tocada se carga por contacto e inmediatamente hay una repulsión entre los cuerpos. Lo anterior permite establecer que “cargas de igual signo se repelen”, de manera similar se puede mostrar que “cargas de signos opuestos se atraen”.. Para cargar una varilla se debe frotar con un material adecuado, para transferir cargas entre ellos. Sin embargo, para saber si está cargado es necesario que interactúe con otro cuerpo y ver el efecto de dicha interacción. 28.

(29) Electrostática. L. 29.

(30) Electrostática. L. 30.

(31) Ley de Coulomb. 31.



(34) 34.

(35) Expresión vectorial de la Ley de Coulomb Z. q1. r1. r 21= r 2− r 1. q2. F 12= k. r2. q1 q2 2 r 12. ur. Y X. k: Constante de Coulomb, cuyo valor depende del sistema de unidades y del medio en el que trabajemos. 9 N m2/C2 S.I. k = 9·10 En el vacío C.G.S. k = 1 dyna cm2/u.e.e2 1 C = 3·109 u.e.e..

(36) 36.

(37) Constantes auxiliares Permitividad del Vacío (o): Se define de forma que k=. 1 4 πε o. o= 8.85·10-12 C2/N m2 Si el medio en el que se encuentran las cargas es distinto al vacío, se comprueba que la fuerza eléctrica es  veces menor, de esta forma se define la Permitividad del Medio como  =  o.. Siendo  la Constante Dieléctrica del Medio Así, 1 k'= 4 πε.

(38) Ley de Coulomb. Sistemas de Cargas. 38.



(41) Ley de Coulomb vs Ley de Newton. 41.

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