CARGAS ELÉCTRICAS Y ELECTRIZACIÓN

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ASIGNATURA: 
ELECTROMAGNETISMO Y 
ELECTROTECNIA
CLASE 1
MARTES 15 DE MARZO 2022
INTRODUCCIÓN.
Históricamente, la electricidad y el magnetismo
fueron tratados como fenómenos distintos y
estudiados como ciencias diferentes. Sin embargo, los
descubrimientos de Oersted y luego de Ampére, al
observar que la aguja de una brújula variaba su
posición al pasar corriente a través de un conductor
situado próximo a ella, demostraron que había alguna
influencia entre ambos. También los estudios de
Faraday, en el mismo campo, sugerían que la
electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de
un mismo fenómeno. La idea anterior fue propuesta y
materializada por el físico inglés James Clerk Maxwell
a través de un conjunto de ecuaciones.
James Clerk Maxwell (1831-1879), luego de
estudiar los fenómenos eléctricos y magnéticos
concluyó que son producto de una misma interacción,
denominada interacción electromagnética, lo que le
llevó a formular, alrededor del año 1850, las
ecuaciones antes citadas, que llevan su nombre, en las
que se describe el comportamiento del campo
electromagnético. Estas ecuaciones dicen
esencialmente que:
1. Existen portadores de cargas eléctricas, y las líneas
del campo eléctrico parten desde las cargas
positivas y terminan en las cargas negativas.
2. No existen portadores de carga magnética; por lo
tanto, el número de líneas del campo magnético
que salen desde un volumen dado, debe ser igual al
número de líneas que entran a dicho volumen.
3. Un imán en movimiento o, dicho de otra forma, un
campo magnético variable, genera una corriente
eléctrica llamada corriente inducida.
4. Cargas eléctricas en movimiento generan campos
magnéticos.
El Electromagnetismo describe los fenómenos
físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas
eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello
campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las
sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una
teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un
número muy grande de partículas y a distancias
grandes respecto de las dimensiones de éstas, el
Electromagnetismo no describe los fenómenos
atómicos y moleculares, para los que es necesario usar
la Mecánica Cuántica.
El electromagnetismo ha sido la base de la llamada
segunda revolución industrial, fundamentalmente en
los aspectos de la conversión electromecánica de
energía y las comunicaciones.
Actualmente las aplicaciones electromagnéticas,
máquinas eléctricas, dispositivos eléctricos, aparatos
de medición y con aplicación en diversos campos del
conocimiento, computadores, telefonía celular y
muchísimas otras aplicaciones mas dominan toda la
técnica moderna. La miniaturización y creciente
velocidad de los circuitos electrónicos hacen cada vez
más necesaria la modelación de estos fenómenos
mediante la teoría de campos.
La teoría electromagnética no solo reviste una
importancia histórica sino que indispensable para el
funcionamiento del mundo actual.
UNIDAD I. ELECTRIZACIÓN Y LEY DE COULOMB.
APRENDIZAJES ESPERADOS
1. Reconocer las propiedades de las cargas eléctricas.
2. Electrizar cuerpos neutros utilizando los procedimientos
analizados en clases.
3. Calcular la fuerza eléctrica entre cargas puntuales
aplicando Ley de Coulomb y superposición.
CONTENIDOS
1. CARGA ELÉCTRICA. Propiedades de la carga eléctrica.
2. ELECTRIZACIÓN DE CUERPOS. Frotación, contacto e
inducción.
3. LEY DE COULOMB. Ley de Coulomb para cargas
puntuales y principio de superposición.
CARGAS ELÉCTRICAS
Los antiguos griegos ya sabían que al frotar ámbar (
resina fósil) con una piel, esta adquiría la propiedad de atraer
cuerpos ligeros tales como trozos de paja y pequeñas semillas,
fenómeno descubierto por el filósofo griego Tales de Mileto hace
2500 años. Casi 2000 años después el médico inglés William
Gilbert observó que algunos otros materiales se comportan como
el ámbar al frotarlos y que la atracción que ejercen se manifiesta
sobre cualquier otro cuerpo, aún cuando no sea ligero. Como la
designación griega correspondiente al ámbar es electron, Gilbert
comenzó a utilizar el término "eléctrico" para referirse a todo
material que se comportaba como aquél, lo que derivó en los
términos electricidad y carga eléctrica.
EXPERIMENTOS QUE PONEN EN EVIDENCIA LA
EXISTENCIA DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS.
Conclusión. Hay dos clases de carga, la que adquiere la varilla de
caucho y la que adquiere la de vidrio. La experiencia nos muestra
que cargas de la misma clase se repelen y cargas de distinta clase
se atraen.
La conclusión de tales experiencias es que sólo hay dos tipos
de carga y que cargas similares se repelen y cargas diferentes
se atraen. Benjamín Franklin denominó positivas a las que
aparecen en el vidrio y negativas a las que aparecen en la
ebonita (o plástico).
Franklin, después de numerosas observaciones
experimentales, descubrió que cuando se frotan dos cuerpos, si
uno de ellos se electriza positivamente, el otro adquiere,
necesariamente, carga negativa. Así, cuando se frota vidrio con
seda, además de adquirir aquél carga eléctrica positiva, la seda
se electrifica negativamente. Buscando una explicación que
justificara este hecho, formuló la hipótesis de que estos
fenómenos se producen debido a la existencia de un "fluido
eléctrico" que se transfiere de un cuerpo a otro. Un cuerpo no
electrizado tendría una "cantidad normal" de fluido. El
frotamiento sería la causa de la transferencia y el cuerpo que
recibiera más fluido quedaría electrizado positivamente mientras
que el que lo perdiera quedaría electrizado negativamente. Así,
conforme a estas ideas, no habría creación ni destrucción de
electricidad, sino únicamente una transferencia de electricidad.
En la actualidad se sabe que la teoría estaba
parcialmente acertada. El proceso de electrización
consiste en transferencia de carga eléctrica, pero no
debido al fluido imaginado por Franklin, sino por el
paso de electrones de un cuerpo hacia otro.
La teoría atómica moderna afirma que toda
materia está constituida, básicamente, por
partículas: protones, electrones y neutrones y la
carga eléctrica es una propiedad de estas partículas.
Los primeros poseen carga positiva (el tipo de carga
con que se electrifica el vidrio), los segundos, carga
negativa (el tipo de carga con que se electrifica la
ebonita) y los neutrones carecen de carga eléctrica.
Son las únicas partículas fundamentales que poseen
esta propiedad.
Electrones y protones pese a ser partículas de
diferente tamaño y masa, tienen la misma cuantía de
carga eléctrica. Sin embargo son de diferente clase.
Protones entre sí se repelen y electrones entre sí se
repelen, sin embargo protones y electrones se atraen.
Para diferenciar la clase de carga usamos signos. La
carga del protón se dice positiva, mientras que la de
los electrones se dice negativa.
MODELO PLANETARIO 
DE ÁTOMO
CUERPOS CARGADOS ELECTRCAMENTE. Cuando decimos que
un objeto esta cargado, lo que queremos decir es que el número
de electrones es diferente al número de protones; así entendemos
que un cuerpo esta cargado positivamente cuando tiene un déficit
de electrones y decimos que el cuerpo está cargado
negativamente cuando tiene un exceso de electrones.
CUERPOS ELECTRICAMENTE NEUTROS Un cuerpo es
eléctricamente NEUTRO cuando la suma de las cargas positivas es
igual a la suma de las cargas negativas. También se le llama
cuerpo descargado.
❑ PROPIEDADES DE LA CARGA ELÉCTRICA.
A) CUANTIZACIÓN. La carga mínima que existe en la naturaleza
corresponde a la cantidad de carga del electrón. No hay
partículas fundamentales en la naturaleza con carga eléctrica
menores a la del electrón. Todo cuerpo cargado tiene una
cantidad de carga Q que es un múltiplo entero de la carga
electrónica.
Cuerpo cargado con carga Q: Q=Ne
e = unidad fundamental de carga eléctrica.
Generalmente el número N es muy grande, razón
por la cual las cargas eléctricas no se expresan en
términos de la carga del electrón.
En el SIU la unidad de carga es el Coulomb que
corresponde a la cantidad de cargaque transportan
6,241511018 electrones.
1C = 6,241511018e
La carga del electrón en términos del Coulomb es
e = 1,602176410-19 C 1,610-19 C
PREFIJOS. mC (mili Coulomb) = 10-3 C;
C (micro Coulomb) = 10-6 C.
nC (nano Coulomb) = 10-9 C

B) CONSERVACION. Cuando se frota una varilla de vidrio con
seda, aparece en la varilla una carga positiva. La medición nos
dice que en la seda aparece una consiguiente carga negativa.
Esto indica que la acción de frotar no crea carga eléctrica, sino
que solo la transfiere de un objeto a otro, alterando ligeramente
la neutralidad eléctrica en cada una. Esta hipótesis de la
conservación de la carga eléctrica ha soportado un amplio
escrutinio experimental, tanto a gran escala como a nivel
atómico y jamás se han encontrado excepciones.
Un ejemplo interesante de la conservación de la carga surge
cuando un electrón ( carga = -e) y un positrón ( carga = +e) se
acercan entre sí. Las dos partículas pueden simplemente
desaparecer, convirtiéndose toda su energía de reposo en
energía radiante. La carga neta es cero tanto antes como
después del acontecimiento y la carga se conserva. Otro
ejemplo, un neutrón ( q = 0) se transforma en un protón ( q =
+e) y un electrón ( q = -e) mas otra partícula neutra ( q = 0) el
neutrino. La carga total es cero tanto antes como después de la
desintegración y la carga se conserva.
Electrización de los cuerpos
Todos los átomos y por consiguiente, todos los cuerpos
en estado natural tienen igual cantidad de electrones que de
protones; para cargarlos eléctricamente bastará con alterar el
número de cualquiera de ellos, aunque a decir verdad, es más
fácil alterar a los primeros, pues los segundos se encuentran
firmemente unidos en el núcleo atómico. Así pues hay varios
métodos para cargar eléctricamente a los cuerpos, de los
cuales veremos solamente los siguientes:
a) Frotamiento
b) Contacto
c) Inducción (o influencia)
Frotamiento
Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros
ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con
carga negativa.
Si frotamos una barra de vidrio con un paño de
seda, hay una transferencia de electrones de la barra
de vidrio al paño de seda. Algo similar sucede cuando
frotamos una lápiz de pasta con un paño de lana, la
transferencia de electrones es ahora del paño al lápiz.
Los cuerpos cargados
por frotamiento
quedan con cargas de
la misma magnitud
pero de signos
diferentes.
CONTACTO
Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro
previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo
tipo de carga, es decir, si tocamos un cuerpo neutro con otro
cargado positivamente, el primero también queda con carga
positiva. La electrización de contacto se exalta intensificando éste
por frotamiento y es tanto más evidente cuanto más aislante es
uno de los materiales
INDUCCIÓN
Precisemos dos términos:
Inducción y Polarización
(Acción a 
distancia)
(Separación de las 
cargas)
Electrización por Inducción
Escena 1: Hay un cuerpo neutro.
Escena 2: Se acerca por la
izquierda un cuerpo electrizado
(Inductor). El cuerpo neutro se
polariza.
Escena 3: Se conecta a tierra el
cuerpo neutro.
Escena 4: Se retira el cuerpo
inductor y se desconecta el
cuerpo neutro. El cuerpo
inicialmente neutro queda
electrizado.
+++
+++
-- ++
-- ++
+++
+++
-- ++
-- ++
- - - -
- - - -
ELECTROSCOPIO
Es un instrumento
que está esencialmente
constituido por dos hojas
metálicas u otro material
conductor que se localizan
dentro de un recipiente
transparente y que son
conectadas al exterior por
un elemento metálico. Su
función es detectar si un
cuerpo está o no cargado
eléctricamente. Sin
embargo no detecta el tipo
de carga eléctrica.
ELECTROSCOPIO
Un objeto cargado eléctricamente que se acerca
o toca un electroscopio produce una separación de las
hojas. De este modo, el electroscopio permite
averiguar si un objeto está o no cargado de
electricidad estática.
❑ CUERPOS CONDUCTORES Y AISLANTES.
Si sujetamos una varilla de cobre, no podemos hacer que
quede cargada, por mucho que la frotemos con material alguno.
Sin embargo si equipamos la varilla con una mango de plástico,
seremos capaces de cargar la varilla. La explicación es que la
carga puede fluir fácilmente en ciertos materiales, llamados
conductores, de los cuales el cobre es un ejemplo. En otros
materiales, llamados aislantes, las cargas no fluyen en la
mayoría de los casos; si colocamos cargas en un aislante, como
la mayor parte de los plásticos, las cargas permanecen donde
las pusimos. La varilla de cobre no puede ser cargada porque
toda carga que coloquemos en ella fluirá fácilmente a lo largo de
ella y a través de nuestro cuerpo (que también es conductor) y
a tierra. Sin embargo el mango de plástico es aislante bloquea el
paso permitiendo que la varilla de cobre quede cargada.
El vidrio, el agua químicamente pura y los plásticos son
ejemplos de aislantes comunes. El cobre, los metales en
general, el agua de llave y el cuerpo humano son ejemplos de
cuerpos conductores.
Cuando los átomos de cobre se unen para formar el cobre
sólido, sus electrones exteriores no permanecen unidos a los
átomos, sino que quedan en libertad de moverse dentro de la red
reticular rígida formada por los centros de los iones cargados
positivamente. A estos electrones se les llama electrones de
conducción.
El experimento mostrado en
la figura demuestra la movilidad de
la carga en un conductor. Una varilla
de vidrio cargada negativamente
atrae cualquier extremo de una
varilla de cobre suspendida y no
cargada. Los electrones (móviles) de
conducción) son repelidos por la
varilla de vidrio cargada
negativamente y se mueven hacia el
otro extremo mas alejado de la
varilla dejando el extremo mas
cercano con carga neta positiva. Algo
similar ocurre si la varilla de vidrio
tiene carga positiva.
Hilos 
aislantes
+++ ----
-- barra de
cobre
barra de
V vidrio
io
EJEMPLO 1. Explique el
procedimiento mediante el
cual una barra de plástico
logra atraer trozos de papel?
EJEMPLO 2. Si le dan a
usted dos esferas de metal
montadas sobre pies
aislantes portátiles. Halle
una manera de darles
cargas opuestas e iguales.
Puede emplear una varilla
de vidrio frotada con seda,
pero no puede tocar las
esferas. ¿Necesariamente
las esferas deben ser del
mismo tamaño para que el
método fundione?
EJERCICIO 1. Una esfera metálica cargada positivamente, toca la
esfera de un electroscopio y posteriormente es alejada. ¿Cuál de
las siguientes figuras representa la configuración de las hojas del
electroscopio y sus cargas?
EJERCICIO 2. Se tiene un electroscopio cargado negativamente,
producto de lo cual se produce una separación de las hojas. Si
acercamos una esfera cargada positivamente a la esfera metálica
del electroscopio, se espera que las hojas del electroscopio
I) Se separen aún mas
II) Se acerquen
III) Permanezcan igual
IV) Se acerquen y luego se alejen
Es(son) correcta(s)
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo IV
E) Falta información para determinar lo que sucede
- + + 
+ + + 
+ + 
+ + + 
+ + 
- -
- -
- -
-
EJERCICIO 3. Tres bloques metálicos iguales y descargados están en
contacto y descansan sobre una superficie horizontal aislante. Al
bloque A se acerca una barra aislante cargada positivamente sin
tocarlo. En estas condiciones, y después de un tiempo, los bloques B
y C se separan de A quedando los tres bloques separados y
posteriormente la barra aislante se aleja. Al respecto se afirma que:
I) Los tres bloques quedan descargados
II) A y C quedan con carga positiva
III) B se mantiene descargado mientras que A queda con carga
negativa y C quedan con carga positiva.
Es(son) correcta(s)
A B C
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III A B C
D) Sólo I y II
E) I, II y III
+++++++++
EJERCICIO 4. Considere cuatro cuerpos electrizados, tales que A
repele a B y atraea C, A su vez C repele a D. Si sabemos que D es
positivo, ¿ cuáles son los signos de B y C?
A) Positiva y positiva. A B
B) Negativa y negativa.
C) Positiva y negativa.
D) Negativa y positiva. A C
E) No se puede determinar
C D (+)
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	Diapositiva 16: Electrización de los cuerpos
	Diapositiva 17: Frotamiento
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	Diapositiva 21: Electrización por Inducción
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	Diapositiva 23: ELECTROSCOPIO
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	Diapositiva 26: EJEMPLO 1. Explique el procedimiento mediante el cual una barra de plástico logra atraer trozos de papel? 
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