Cargas Eléctricas
Historia de la electricidad
Uno de sus hitos iniciales puede situarse hacia el año 600 a. C., cuando el filósofo griego Tales de Mileto observó que frotando una varilla de ámbar con una piel o con lana, se obtenían pequeñas cargas que atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la aparición de una chispa.
Es posible que el filósofo griego Tales de Mileto, que vivió en torno al 600 a.C., ya supiera que el ámbar adquiere la propiedad de atraer objetos ligeros al ser frotado. Otro filósofo griego, Teofrasto, afirmaba en un tratado escrito tres siglos después que otras sustancias poseen esa propiedad. Sin embargo, el primer estudio científico de los fenómenos eléctricos no apareció hasta el 1600 d.C., cuando se publicaron las investigaciones del médico británico William Gilbert, quien aplicó el término ‘eléctrico’ (del griego elektron, ‘ámbar’) a la fuerza que ejercen esas sustancias después de ser frotadas. También distinguió entre las acciones magnética y eléctrica.
Cargas electrostáticas
Casi seguro que has realizado el experimento de frotar tu bolígrafo con un paño para ver cómo después atraía pequeños trozos de papel. Este fenómeno es un fenómeno electrostático, observado por el griego Tales de Mileto en el siglo VII A.C., cuando comprobó que al frotar un trozo de ámbar con un paño de lana, éste, de manera prodigiosa, atraía pequeñas plumas, pequeñas pajas, etc.
Realicemos el siguiente experimento: frotemos enérgicamente dos barritas de vidrio con un trozo de seda, colgamos una de un soporte y le acercamos la otra. Observaremos que las dos barritas se repelen.
Si tomamos ahora una barra de ebonita (resina artificial) o de ámbar, la frotamos con una piel de gato o con un paño de lana y lo acercamos a la barrita de vidrio colgada, observaremos que las dos se atraen.
De estos experimentos podemos deducir que estas sustancias, si son frotadas enérgicamente, adquieren una nueva propiedad que antes no tenían, que es la de atraer o repeler otros cuerpos que también han sido frotados. Diremos que estos cuerpos se han electrizado, es decir, que han adquirido una carga eléctrica.
Cuando se electrizan dos cuerpos por frotamiento, hay una transformación de la energía mecánica del movimiento del paño en energía calorífica, que sirve para liberar algunos de los electrones situados en las capas periféricas de los átomos, los cuales pasan de un material al otro.
De esta manera, uno de los materiales queda cargado positivamente y el otro negativamente.
Desde la antigüedad, y de manera arbitraria, se ha llamado electricidad positiva a la que adquiere el vidrio al ser frotado, debido a que al dejar ir electrones se queda con carga positiva, ya que hay más protones que electrones. Por el mismo motivo se ha llamado electricidad negativa a la que adquieren la ebonita o el ámbar cuando se quedan con un exceso de electrones.
Así pues, podemos comprobar que si acercamos dos cuerpos cargados con electricidad del mismo signo se repelen; si los cuerpos tienen electricidad de signo distinto se atraen.
Ley de Coulomb
En el experimento realizado anteriormente hemos observado que existían fuerzas de atracción o de repulsión entre los distintos cuerpos cargados, dependiendo de sus signos. La ley de Coulomb nos permite cuantificar esta fuerza en función de las magnitudes que intervienen.
La ley de Coulomb dice que la fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de sus cargas (Q y Q’) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa (r).
Donde K = constante que depende del medio que rodea las dos cargas.
Ojo: en este ultimo video, los protones no deberian giran alrededor del atomo.
Electroscopio
El electroscopio es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas eléctricas y su signo.
El electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electrifica y las laminillas cargadas con igual signo que el objeto se repelen, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera y las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal.
Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos.
Campo Eléctrico
Fluye de la imaginación brillante de un gran genio llamado Michael Faraday, quien introduce el concepto de líneas de fuerza, para luego mas tarde James Clerk Maxwell en base a esto pudo representar los campos eléctricos.
Botella de Leyden
La botella de Leydenes un dispositivo eléctrico realizado con una botella de vidrio que permite almacenar cargas eléctricas. Históricamente la botella de Leyden fue el primer tipo de condensador.
La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas comportándose como un condensador o capacitor. La varilla metálica y las hojas de estaño conforman la armadura interna. La armadura externa esta constituida por la capa que cubre la botella. La misma botella actúa como un material dieléctrico (aislante) entre las dos capas del condensador. El nombre de condensador proviene de las ideas del siglo XIX sobre la naturaleza de la carga eléctrica que asimilaban ésta a un fluido que podía almacenarse tras su condensación en un dispositivo adecuado como la botella de Leyden.
