ELECTROESTATICA

Electrostática

La electrostática estudia las interacciones entre cargas eléctricas en reposo en un sistema inercial, nombre que reciben aquellos sistemas de referencia en que se cumplen las Leyes de Newton, en particular el Principio de Acción y Reacción de la Mecánica, lo que asegura que no es un sistema acelerado. Recuérdese que todo sistema que se mueve con velocidad constante respecto de un sistema inercial, es a su vez inercial.

Electromagnetismo 

El Electromagnetismo está fundamentado en el conocimiento del campo eléctrico y del campo magnético. Sin un análisis previo de estos campos, es imposible abordar la teoría electromagnética. Por este motivo, el libro de Electrostática pretende aportar un conocimiento del campo eléctrico, un conocimiento construido desde la fenomenología, que tratada desde el inicio, con las características propias de la época en la que se observan, y llevadas al conocimiento actual con el mayor rigor posible, pretende cubrir el máximo de detalles. Construimos dicho conocimiento a partir del tratamiento general que hacemos de los campos. Estudiamos su naturaleza, sus características y buscamos magnitudes que, tratadas en coordenadas cartesianas y curvilíneas, nos permitan describir y analizar tales campos. Aplicamos dichas magnitudes al campo eléctrico para establecer sus propiedades. Entre todas ellas, destacamos aquella que nos permite sustituir el campo eléctrico por otro campo escalar, campo que llamamos potencial eléctrico. La aplicación de las ecuaciones de Laplace y de Poisson, el método de las imágenes, el desarrollo multipolar, las aproximaciones numéricas… son distintos métodos para determinar dicho potencial. Familiarizados con el campo eléctrico en el vacío, nos preguntamos por el efecto que produce un campo eléctrico en un medio material. La respuesta de estos medios, medios conductores y dieléctricos, es distinta, y a la luz de este comportamiento analizamos las causas que producen los distintos fenómenos eléctricos que han sido observados. De esta forma establecemos la densidad de corriente y la corriente que fluye en un circuito.Otra cuestión fundamental que tratamos es la energía asociada al campo eléctrico, que junto con la requerida al campo magnético, nos permitirá conocer la energía en el campo electromagnético.Electrostática explica toda la fenomenología que rodea al campo eléctrico, fenomenología que queda completamente tratada mediante todos.

Carga Electrica

Las cargas eléctricas son partículas que ejercen fuerzas atractivas y repulsivas entre ellas. Por ser partículas, tienen una masa que se opone a ser acelerada por fuerza alguna, y sufre la atracción gravitacional del centro de la Tierra, como todos los demás cuerpos sobre la superficie del mundo.Se dividen en dos tipos diferentes: las cargas positivas y las cargas negativas. Una positiva y una negativa se atraen entre sí. Si se atraen, deben ser de distinta carga.Las cargas negativas repelen a las cargas negativas. Las cargas positivas también se repelen entre sí.Si encontramos una carga desconocida, para preguntarle su tipo de carga le acercamos una carga positiva. Si se aleja la carga desconocida de la carga positiva es porque se trata de una carga positiva; si la carga —antes desconocida— es atraída por la carga positiva sabremos en ese momento que es negativa.Si una partícula no se aleja ni se acerca de una carga positiva, entonces no es una carga sino una partícula neutra.Los átomos están constituidos por un núcleo y una corteza(órbitas) En el núcleo se encuentran muy firmemente unidos los protones y los neutrones. Los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga. Alrededor del núcleo se encuentran las órbitas donde se encuentran girando sobre ellas los electrones. Los electrones tienen carga negativa.   Ambas cargas la de los protones(positiva) y la de los electrones(negativa) son iguales, aunque de signo contrario.La carga eléctrica elemental es la del electrón. El electrón es la partícula elemental que lleva la menor carga eléctrica negativa que se puede aislar. Como la carga de un electrón resulta extremadamente pequeña se toma en el S.I.(Sistema Internacional) para la unidad de Carga eléctrica el Culombio que equivale a 6,24 10E18 electrones.Para denominar la carga se utiliza la letra Q y para su unidad la C.
Ejemplo: Q = 5 C
Los protones son de carga eléctrica positiva y se repelen entre sí. Los electrones son de carga eléctrica negativa y se repelen entre sí. Los neutrones no tienen carga eléctrica.Entre los electrones y los protones se ejercen fuerzas de atracción. Puesto que los electrones giran a gran velocidad alrededor del núcleo existe también una fuerza centrípeta que tiende a alejar del núcleo a los electrones. Entre dichas fuerzas se establece un equilibrio, de tal manera que los electrones giran en las órbitas y no son atraídos por los protones del núcleo y tampoco se salen de sus órbitas.

Electrización

Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargas eléctricas, se dice que ha sido electrizado. La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática.Para explicar como se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está hecha de átomos, y los átomos de partículas cargadas, un núcleo rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra (no electrizada), tiene el mismo número des cargas positivas y negativas. Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros. Si un material tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en contacto con otro, se dice que es más positivo en la serie Triboeléctrica. Si un material tiende a capturar electrones cuando entra en contacto con otro material, dicho material es más negativo en la serie triboeléctrica.Un ejemplo de materiales ordenados de más positivo a más negativa es el siguiente:Piel de conejo, vidrio, pelo humano, nylon, lana, seda, papel, algodón, madera, ámbar, polyester, poliuretano, vinilo (PVC), teflón.El vidrio frotado con seda provoca una separación de las cargas por que ambos materiales ocupan posiciones distintas en la serie triboeléctrica, lo mismo se puede decir del ámbar y del vidrio. Cuando dos materiales no conductores entran en contacto uno de los materiales puede capturar electrones del otro material. La cantidad de carga depende de la naturaleza de los materiales (de su separación en la serie triboeléctrica), y del área de la superficie que entra en contacto. Otro de los factores que intervienen es el estado de las superficies, si son lisas o rugosas (entonces, la superficie de contacto es pequeña). La humedad o impurezas que contengan las superficies proporcionan un camino para que se recombinen las cargas. La presencia de impurezas en el aire tiene el mismo efecto que la humedad.

algunos puntos serian:

1. La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas denominadas positivas y negativas. Los objetos no cargados poseen cantidades iguales de cada tipo de carga.
2. Cuando un cuerpo se frota la carga se transfiere de un cuerpo al otro, uno de los cuerpos adquiere un exceso de carga positiva y el otro un exceso de carga negativa. En cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado la carga total o neta no cambia.
3. Los objetos cargados con carga del mismo signo, se repelen.
4. Los objetos cargados con cargas de distinto signo, se atraen.

FORMAS DE ELECTRIZACIÓN

Cuando un cuerpo cargado eléctricamente se pone en contacto con otro inicialmente neutro, puede transmitirle sus propiedades eléctricas. Este tipo de electrización denominada por contacto se caracteriza porque es permanente y se produce tras un reparto de carga eléctrica que se efectúa en una proporción que depende de la geometría de los cuerpos y de su composición. Existe, no obstante, la posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante otro cargado sin ponerlo en contacto con él. Se trata, en este caso, de una electrización a distancia o por inducción o influencia. Si el cuerpo cargado lo está positivamente la parte del cuerpo neutro más próximo se cargará con electricidad negativa y la opuesta con electricidad positiva. La formación de estas dos regiones o polos de características eléctricas opuestas hace que a la electrización por influencia se la denomine también polarización eléctrica. A diferencia de la anterior este tipo de electrización es transitoria y dura mientras el cuerpo cargado se mantenga suficientemente próximo al neutro. Finalmente, un cuerpo puede ser electrizado por frotamiento con otro cuerpo.

Electrización por frotamiento

La electrización por frotamiento se explica del siguiente modo. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la barra de ámbar, con lo cual ésta queda cargada negativamente y aquél positivamente. En términos análogos puede explicarse la electrización del vidrio por la seda. En cualquiera de estos fenómenos se pierden o se ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Esta es la explicación, desde la teoría atómica, del principio de conservación de la carga eléctrica formulado por Franklin con anterioridad a dicha teoría sobre la base de observaciones sencillas.

 Algunos ejemplos serian :

 1) frotar el peine en el cabello. 

2) frotar un globo en el cabello.

Electrización por contacto

La electrización por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo es porque sus correspondientes átomos poseen un defecto de electrones, que se verá en parte compensado por la aportación del cuerpo neutro cuando ambos entran en contacto, El resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos positivo y el neutro adquiere carga eléctrica positiva. Aun cuando en realidad se hayan transferido electrones del cuerpo neutro al cargado positivamente, todo sucede como si el segundo hubiese cedido parte de su carga positiva al primero. En el caso de que el cuerpo cargado inicialmente sea negativo, la transferencia de carga negativa de uno a otro corresponde, en este caso, a una cesión de electrones.

Algunos ejemplos serian :

1) Uniendo un disco de cobre y otro de cinc, separados por un placa de mica, se produce electricidad estática, de signo positivo sobre el cobre y negativo sobre el cinc. 

2) Las mismas placas, separadas por paños mojados en agua acidulada, desarrolan electricidad dinámica, del mismo signo que en el ejemplo anterior. 

3) La electrización se puede demostrar fácilmente frotando ligeramente a la piel un globo inflado y acercándole una varilla de ebonita, la cual ha sido frotada por un pedazo de lana, se observa que el globo es repelido por la varilla. 

Electrización por inducción

La electrización por influencia o inducción es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a que éstas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsión sobre los electrones atómicos convertirá esa zona en positiva. En ambos casos, la separación de cargas inducida por las fuerzas eléctricas es transitoria y desaparece cuando el agente responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro.

Conductores, aisladores y semiconductores

Cuando un cuerpo neutro es electrizado, sus cargas eléctricas, bajo la acción de las fuerzas correspondientes, se redistribuyen hasta alcanzar una situación de equilibrio. Algunos cuerpos, sin embargo, ponen muchas dificultades a este movimiento de las cargas eléctricas por su interior y sólo permanece cargado el lugar en donde se depositó la carga neta. Otros, por el contrario, facilitan tal redistribución de modo que la electricidad afecta finalmente a todo el cuerpo. Los primeros se denominan aisladores y los segundos conductores.Esta diferencia de comportamiento de las sustancias respecto del desplazamiento de las cargas en su interior depende de su naturaleza íntima. Así, los átomos de las sustancias conductoras poseen electrones externos muy débilmente ligados al núcleo en un estado de semilibertad que les otorga una gran movilidad, tal es el caso de los metales. En las sustancias aisladoras, sin embargo, los núcleos atómicos retienen con fuerza todos sus electrones, lo que hace que su movilidad sea escasa.Entre los buenos conductores y los aisladores existe una gran variedad de situaciones intermedias.

unidad en que se mide la carga electrica. 

La unidad con que se mide la carga eléctrica es el coulomb (C), en honor a Charles Coulomb,  y que corresponde a lo siguiente:
1 Coulomb = 6,25x1018 electrones. Por lo que la carga del electrón es de 1,6x10-19 C.