• ELECTRIZACIÓN
• CARGA ELÉCTRICA
• LEI DE COULOMB
• PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN
• INTENSIDADE DO CAMPO ELÉCTRICO
• FORZA ELÉCTRICA E FORZA GRAVITATORIA

   Hedwig Eva Maria Kiesler, é un personaxe polifacético, que compaxinou a súa vea artística como actriz de Hollywood co seu enxeño como inventora de sistemas que utilizaban o espectro ensanchado, e que no futuro darían lugar ás tecnoloxías Bluetooth e Wi-Fi.

ELECTRIZACIÓN

• Hai días secos nos que os pelos cústanos máis peitealos.
• Cando nos sacamos un xersei pola noite na habitación notamos un pequeno chasquido, ata na escuridade vemos un escintileo.
• Ás veces dous separadores de plástico cústanos separalos, están como pegados.
• Ao tocar a porta do coche notamos unha pequena descarga.
• Nas tormentas escoitamos con temor os tronos que veñen logo da caída dun raio.

Estas son manifestacións de fenómenos de electrización. Este fenómeno xa era coñecido polos filósofos gregos. Estes frotaban un anaco de ámbar (resina fósil) cunha pel e atraían pequenos obxectos. En grego ámbar é elektron, de aí vén o nome de electrización para este fenómeno que consiste en adquirir carga eléctrica cando un corpo é frotado. Electricidade, electrón, electrización teñen todas a mesma raíz grega que provén da palabra ámbar. Podemos reproducir este experimento frotando unha barra de plástico para atraer pequenos anacos de papel.

Que é a carga eléctrica? Como xa vimos ao estudar os átomos estes teñen tantos electróns na cortiza como protones no núcleo. Neste caso o átomo é neutro. Pero pode non selo, recorda tamén os iones que se formaban no enlace iónico. Se se formaba un ion positivo era porque perdía electróns negativos da súa cortiza, quedaba con máis protones que neutrones. Pero non se pode perder un electrón se outro átomo non o gaña, neste caso fórmase un ion negativo, que terá máis electróns na cortiza que protones no núcleo. Xa que logo na electrización facemos pasar electróns duns corpos a outros. Uns corpos perden electróns e outros os gañan, pero a carga total débese conservar, pois non aparecen nin desaparecen cargas. Isto coñécese como principio de conservación da carga eléctrica.

Para estudar o fenómeno da electrización podemos utilizar un péndulo eléctrico. É moi fácil de construír, basta un anaco de poliestireno expandido (coñecido como porexpán ou corcho branco) recubierto de papel aluminio e colgalo dun fío. Cando frotamos un material de plástico e achegámolo ao péndulo eléctrico observamos un fenómeno de electrización, o plástico atrae ao péndulo eléctrico. Observa o seguinte vídeo:

No vídeo observamos o seguinte:

• Cando achegamos a barra de plástico ao péndulo non ocorre nada.
• Logo de frotar a barra de plástico cunha pel e achegala ao péndulo este é atraído cara a ela.
• Cando se tocan a boliña do péndulo e a barra sepáranse inmediatamente.
• Logo de haberse separado o péndulo e a barra repélense, afástanse un do outro.
• Cando tocamos o péndulo e a barra coa man xa non mostran o fenómeno da electrización.

Que está ocorrendo en cada un destes apartados?

Esta experiencia mostra os tres tipos de electrización que podemos observar na materia.

1. Electrización por frotamento.

Cando frotamos un corpo con outro corpo poden pasar cargas eléctricas (electróns) dun corpo ao outro. Un queda cargado positivamente (o que perde electróns) e outro queda cargado negativamente (o que gaña electróns). Neste caso a barra de plástico arrinca electróns da pel e cárgase negativamente e a pel perde electróns e cárgase positivamente.

2. Electrización por inducción.

Cando achegamos un corpo con carga eléctrica a outro corpo neste prodúcese unha separación de cargas. As cargas do mesmo signo afástanse e as cargas de distinto signo achéganse ao corpo electrizado. Estas últimas, que están máis cerca do corpo electrizado, fan que os dous corpos se atráian.

3. Electrización por contacto.

No caso anterior se se tocan os corpos as cargas de distinto signo que están próximas anúanse, e o resultado é que ambos corpos quedan cargados coa mesma carga por transferencia de cargas dun corpo ao outro.

Que ocorre cando electrizamos dous péndulos á vez? A carga que adquiren é do mesmo signo e se repelerán. Vémolo no seguinte vídeo:

Un electroscopio é un aparello que contén dúas láminas metálicas que se poden separar. Se o electroscopio adquire carga as dúas láminas metálicas cárganse co mesmo signo e as láminas sepáranse. Canta máis carga adquira máis se separan as láminas do electroscopio. Se tocamos o electroscopio coa man descargamos o electroscopio e as láminas xúntanse.

O electroscopio tamén o podemos utilizar para pescudar se dous corpos cárganse con distinto tipo de carga. Fíxate no seguinte vídeo. Achegamos ao electroscopio dous corpos cargados diferentes: unha barra de metacrilato (transparente) e unha barra de poliestireno (branca). Fíxache no comportamento do electroscopio cando achegamos as barras.

Observamos que:

• Cando achegamos o metacrilato electrizado as láminas do electroscopio sepáranse. Sabemos que o metacrilato adquire carga positiva. Xa que logo as láminas de electroscopio sepáranse por estar cargadas ambas con carga positiva.
• Cando achegamos o poliestireno electrizado as láminas do electroscopio xúntanse. Si o poliestireno cargásese positivamente como o metacrilato as láminas separaríanse máis e non o fan, xúntanse. O poliestireno induce unha carga diferente que anula os efectos da carga positiva, é a carga negativa.
• O mesmo ocorre cando actuamos ao revés, electrizamos o electroscopio co poliestireno e achegamos logo o metacrilato.

Temos xa que logo dous tipos de cargas: positivas, en corpos que perden electróns, e negativas, en corpos que gañan electróns. 

Podemos construír un electroscopio cun tarro de marmelada, un tapon de cortiza, un arame e uns anacos de papel aluminio.

Outro aparello que nos permite almacenar carga eléctrica consiste nunha lámina metálica que se suxeita por un mango illante, é o electróforo de Volta. Observa o vídeo:

Saberías dicir por que se carga?

Universo Mecánico - 28 - Electricidade estática

CARGA ELÉCTRICA

As cargas positivas están materializadas polos protones do núcleo dos átomos, e as negativas polos electróns da cortiza. Na materia non as apreciamos cando están en igual número unas que outras, dise que a materia é neutra. Pero si pasan electróns duns corpos a outros observamos fenómenos asociados a estas cargas, un corpo que perdeu electróns queda cargado positivamente e o corpo que gaña electróns queda cargado negativamente.

As cargas ímolas medir nunha unidade que se chama culombio (C). Recibe este nome en honor a Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806) físico francés ao que debemos a lei de atracción de cargas.

A carga do electrón ten un valor de q(e⁻) = −1,6·10⁻¹⁹C

Si dividimos a carga dun culombio pola carga do electrón atopamos que un culombio é a carga que corresponde a 6,25·10¹⁸ electróns. Como a carga do culombio é moi grande úsanse frecuentemente submúltiplos do mesmo.

1μC = 10⁻⁶C      1nC = 10⁻⁹C      1pC = 10⁻¹²C

LEI DE COULOMB

A resposta debémoslla ao físico francés Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806). 

Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806)

A Lei de Coulomb, di que a intensidade da forza de repulsión ou de atracción entre dúas cargas é directamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao cadrado da distancia que as separa.

Esta forza é de atracción no caso de cargas de distinto signo, e é de repulsión no caso de cargas do mesmo signo.

Imaxinemos dúas cargas eléctricas de valor +q₁ e −q₂ separadas unha distancia r.

A forza é de atracción, e terá signo negativo.

Para dúas cargas eléctricas de valor +q₁ e +q₂ separadas unha distancia r.

A forza é de repulsión, e terá signo positivo.

Para dúas cargas eléctricas de valor −q₁ e −q₂ separadas unha distancia r.

A forza é de repulsión, e terá signo positivo.

A expresión vectorial desta lei é:

Se o seu módulo é negativo, é unha forza de atracción, se é positivo, é unha forza de repulsión.

K, é unha constante con unidades, chamada constante de Coulomb. Representa a forza con que se atraen dúas cargas dun culombio separadas un metro de distancia. Debemos pensar que o culombio é unha carga moi grande, nunca a imos ter como carga estática. De feito definiuse a partir da corrente eléctrica, de aí o seu valor tan alto. 

O seu valor no baleiro é o seguinte en unidades do S.I. No aire aproximadamente ten o mesmo valor.

Notar que é un valor moi alto, compárese por exemplo coa constante de gravitación universal. O que nos indica que as forzas eléctricas son forzas moi notables, que podemos apreciar aínda en corpos con pouca carga.

SIMULACIÓN: LEI DE COULOMB, en phet.colorado.edu

PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN

Como as forzas son vectores, estas sumaranse vectorialmente.

Segundo o Principio de superposición, cando unha carga interaccione cun conxunto de cargas puntuales, a forza resultante é a suma vectorial de cada unha das forzas de interacción.

INTENSIDADE DO CAMPO ELÉCTRICO

O campo eléctrico é a perturbación que os corpos con carga producen no espazo.

En cada punto do espazo podemos medir o valor da intensidade do campo eléctrico creado por unha carga Q. Para iso colocaremos nese punto unha carga q de proba, e mediremos a forza de interacción que experimenta.

A intensidade do campo eléctrico, E, creado por unha carga Q no punto onde se atopa outra carga q, é o valor da forza eléctrica por unidade de carga que crea nese punto.

Para calculala dividimos a forza eléctrica pola carga situada nese punto:

O valor da intensidade do campo eléctrico nun punto é directamente proporcional á carga que crea o campo, e inversamente proporcional ao cadrado da distancia ao punto.

As súas unidades son N/C.

Universo Mecánico - 29 - O campo eléctrico

SIMULACIÓN: CARGAS E CAMPOS, en phet.colorado.edu

FORZA ELÉCTRICA E FORZA GRAVITATORIA

A forza gravitatoria e a forza eléctrica presentan semellanzas e diferenzas entre elas.