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CARGA ELECTRICA
Es el exceso de carga de un cuerpo, ya sea positiva o negativa. Es la ausencia, perdida o
ganancia de electrones.
1.1 COMO SE CARGAN LOS CUERPOS
1.1.1 CARGA POR FRICCION:
En la carga por fricción se transfieren electrones por la fricción del contacto de un
material con el otro. Aun cuando los electrones mas internos de un átomo están
fuertemente unidos al núcleo, de carga opuesta, los mas externos de muchos átomos
están unidos muy débilmente y pueden desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a
los electrones exteriores en el átomo varia de una sustancia a otra. Por ejemplo los
electrones son retenidos con mayor fuerza en el hule que en la piel de gato y si se frota
una barra de aquel material contra la piel de un gato, se transfieren los electrones de este
al hule. Por consiguiente la barra queda con un exceso de electrones y se carga
negativamente. A su vez, la piel queda con una deficiencia de electrones y adquiere una
carga positiva. Los átomos con deficiencia de electrones son iones, iones positivos
porque su carga neta es positiva. Si se frota una barra de vidrio o plástico contra un
trozo de seda tienen mayor afinidad por los electrones que la barra de vidrio o de
plástico; se han desplazado electrones de la barra hacia la seda.
1.1.2.CARGA POR CONTACTO:
Es posible transferir electrones de un material a otro por simple contacto. Por ejemplo,
si se pone en contacto una varilla cargada con un cuerpo neutro, se transferirá la carga a
este. Si el cuerpo es un buen conductor, la carga se dispersara hacia todas las partes de
su superficie, debido a que las cargas del mismo tipo se repelen entre si. Si es un mal
conductor, es posible que sea necesario hacer que la varilla toque varios puntos del
cuerpo para obtener una distribución mas o menos uniforme de la carga.
1.1.3.CARGA POR INDUCCIÓN:
Podemos cargar un cuerpo por un procedimiento sencillo que comienza con el
acercamiento a él de una varilla cargada. Considerese la esfera conductora no cargada,
suspendida de un hilo aislador, que se muestra en la figura (1). Al acercarle la varilla
cargada negativamente, los electrones de conducción que se encuentran el la superficie
de la esfera emigran hacia el lado lejano de esta; como resultado, el lado lejano de las
esfera se carga negativamente y el cercano queda con carga positiva. La esfera oscila
acercándose a la varilla, porque la fuerza de atracción entre el lado cercano de aquella y
la propia varilla es mayor que la de repulsión entre el lado lejano y la varilla. Vemos
que tiene una fuerza eléctrica neta, aun cuando la carga neta en las esfera como un todo
sea cero. La carga por inducción no se restringe a los conductores, si no que se puede
presentar en todos los materiales.
1.1.4.CARGA POR EL EFECTO FOTOELÉCTRICO:
Es un efecto de formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se
produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación electromagnética. En
el efecto fotoeléctrico externo se liberan electrones en la superficie de un conductor
metálico al absorber energía de la luz que incide sobre dicha superficie. Este efecto se
emplea en la célula fotoeléctrica, donde los electrones liberados por un polo de la célula,
el fotocátodo, se mueven hacia el otro polo, el ánodo, bajo la influencia de un campo
eléctrico.
1.1.5.CARGA POR ELECTROLISIS:
La mayoría de los compuestos inorgánicos y algunos de los orgánicos se ionizan al
fundirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos; es decir, sus moléculas se
disocian en especies químicas cargadas positiva y negativamente Si se coloca un par de
electrodos en una disolución de un electrólito (compuesto ionizable) y se conecta una
fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolución se mueven
hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. Al llegar a los
electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en átomos
neutros o moléculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la
diferencia de potencial o voltaje aplicado.
1.1.6. CARGA POR EL EFECTO TERMOELECTRICO:
Es la electricidad generada por la aplicación de calor a la unión de dos materiales
diferentes. Si se unen por ambos extremos dos alambres de distinto material (este
circuito se denomina termopar), y una de las uniones se mantiene a una temperatura
superior a la otra, surge una diferencia de tensión que hace fluir una corriente eléctrica
entre las uniones caliente y fría. Este fenómeno fue observado por primera vez en 1821
por el físico alemán Thomas Seebeck, y se conoce como efecto Seebeck.
1.2 CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA SEGÚN SUS PROPIEDADES
ELÉCTRICAS:
1.2.1. CONDUCTORES:
Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad. Un buen
conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil
millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica. El
fenómeno conocido como superconductividad se produce cuando al enfriar ciertas
sustancias a un temperatura cercana al cero absoluto su conductividad se vuelve
prácticamente infinita. En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada
por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.
1.2.2. SUPERCONDUCTORES
Son aquellos que no ofrecen resistencia al flujo de corriente eléctrica. Los
superconductores también presentan un acusado diamagnetismo, es decir, son repelidos
por los campos magnéticos. La superconductividad sólo se manifiesta por debajo de una
determinada temperatura crítica Tc y un campo magnético crítico Hc, que dependen del
material utilizado. Antes de 1986, el valor más elevado de Tc que se conocía era de 23,2
K (−249,95 °C), en determinados compuestos de niobio-germanio. Para alcanzar
temperaturas tan bajas se empleaba helio líquido, un refrigerante caro y poco eficaz. La
necesidad de temperaturas tan reducidas limita mucho la eficiencia global de una
máquina con elementos superconductores, por lo que no se consideraba práctico el
funcionamiento a gran escala de estas máquinas.
1.2.3. SEMICONDUCTORES
Son los materiales sólidos o líquidos capaces de conducir la electricidad mejor que un
aislante, pero peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de
conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las
propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el
aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o
el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores
puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con
impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede
aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales.
Las propiedades de los semiconductores se estudian en la física del estado sólido.
1.2.4. AISLANTES:
Son materiales en los que las cargas se mueven con mucha dificultad y ofrecen una
elevada resistencia al paso de la electricidad. Materiales: lana de madera, fibra de vidrio,
yeso, caucho, lucita, ebonita, porcelana y algunos polímeros.
Indice1. Estructura de la materia.2. Ley De Coulomb 3. Fuerza de atracción entre los cuerpos
5. Formas de cargar un cuerpo6. Carga Electrica
1. Estructura de la materia.
1. Estructura atómica de la materia. QUÉ es la materia? Según el diccionario, es "aquello que constituye la sustancia del universo físico". La Tierra, los mares, la brisa, el Sol, las estrellas, todo lo que el hombre contempla, toca o siente, es materia. También lo es el hombre mismo. La palabra materia deriva del latín mater, madre. La materia puede ser tan dura como el acero, tan adaptable como el agua, tan informe como el oxígeno del aire. A diferentes temperaturas puede presentar diferentes fases, pero cualquiera que sea su forma, está constituida por las mismas entidades básicas, los átomos.Las radiaciones ionizantes y sus efectos también son procesos atómicos o nucleares.2.- Indica cual es la partícula portadora de cada clase de carga eléctrica:a.- Carga positiva: PROTONES b.- Carga negativa: ELECTRONES3.- ¿Qué es un electrón libre?Electrón, tipo de partícula elemental de carga negativa que forma parte de la familia de los leptones y que, junto con los protones y los neutrones, forma los átomos y las moléculas. Los electrones están presentes en todos los átomos y cuando son arrancados del átomo se llaman electrones libres.4. Explica cómo una átomo puede carga eléctrica positiva o negativa.Un átomo eléctricamente neutro tiene el mismo número de protones que de electrones. Todo cuerpo material contiene gran número de átomos y su carga global es nula salvo si ha perdido o captado electrones, en cuyo caso posee carga neta positiva o negativa, respectivamente. Sin embargo, un cuerpo, aunque eléctricamente neutro, puede tener cargas eléctricas positivas en ciertas zonas y cargas positivas en otras.En todo proceso, físico o químico, la carga total de un sistema de partículas se conserva. Es lo que se conoce como principio de conservación de la carga.Las cargas eléctricas del mismo tipo interaccionan repeliéndose y las cargas de distinto tipo interaccionan atrayéndose. La magnitud de esta interacción viene dada por la ley de Coulomb.5.a.- Conductor eléctrico, cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad.5.b.- Aislante, cualquier material que conduce mal el calor o la electricidad y que se emplea para suprimir su flujo.5.c.- Electrolitos: Desde el punto de vista Fisicoquímico los conductores más importantes son los del tipo electrolíticos, es decir los electrolitos; estos se distinguen de los conductores electrónicos, como los metales por el hecho de que el paso de una corriente eléctrica va acompañada por el transporte de materia.
Cuando pasa una corriente eléctrica a través de un conductor electrolito, el transporte de materia se manifiesta en las discontinuidades del sistema. Por ej., si en una disolución acuosa diluida en un ácido se sumergen dos alambres, preferentemente de platino, unidos a los 2 polos de una batería voltaica que actúa como fuente de corriente, se desprenden en los alambres burbujas de hidrogeno y oxigeno respectivamente, si la disolución electrolítica contuviera una sal de cobre o plata se liberaría el metal correspondiente en lugar de hidrogeno. Los fenómenos asociados con la electrólisis fueron estudiados por Faraday y la nomenclatura que utilizó y que se emplea todavía fue ideada por Whewell.5.d.- Semiconductor, material sólido o líquido capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Las propiedades de los semiconductores se estudian en la física del estado sólido.
Interacciones electricas1. ¿Cómo interactúan dos cuerpos que tenga carga eléctrica de igual signo?Se repelen2.- ¿ Cómo interactúan dos cuerpos que tenga carga eléctrica de signos contrarios?Se atraen3.- ¿Cómo se manifiesta la interacción entre dos cuerpos eléctricamente cargados?Existe movimiento de electrones
2. Ley De Coulomb
1.- Ley de Coulomb.Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la ley de CoulombSegún la cual la fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas.2.- Expresión matemática. La ley de CoulombMediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las
separa.El valor de la constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que se exprese F, q, q’ y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale 9·10-9 Nm2/C2.4. Compara la ley de de Coulomb con la ley de gravitación universal.Obsérvese que la ley de Coulomb tiene la misma forma funcional que la ley de la Gravitación Universal
3. Fuerza de atracción entre los cuerpos
La interacción entre dos cuerpos de masa M y m se describe en término de una fuerza atractiva, cuya dirección es la recta que pasa por el centro de los dos cuerpos y cuyo módulo viene dado por la expresiónG es la constante de la gravitación universal G=6.67·10-11 Nm2/kg2, y r es la distancia entre los centros de los cuerpos
Aceleración de la gravedad
Se denomina intensidad del campo gravitatorio, o aceleración de la gravedad g en un punto P distante r del centro del planeta de masa M, a la fuerza sobre la unidad de masa situada en el punto P.
Fuerza centralLa fuerza de atracción entre un planeta y el Sol es central y conservativa. La fuerza de repulsión entre una partícula alfa y un núcleo es también central y conservativa. En este apartado estudiaremos la primera, dejando para más adelante la segunda, en el estudio del fenómeno de la dispersión, que tanta importancia tuvo en el descubrimiento de la estructura atómica.Una fuerza es central, cuando el vector posición r es paralelo al vector fuerza F. El momento de la fuerza M= Fr=0 y de la relación entre le momento de las fuerzas que actúa sobre una partícula y el momento angular, (Teorema del momento angular) se concluye que El momento angular permanece constante en módulo, dirección y sentido.El momento angular L de una partícula es el vector producto vectorial L=rmv, perpendicular al plano determinado por el vector posición r y el vector velocidad v. Como el vector L permanece constante en dirección, r y v estarán en un plano perpendicular a la dirección fija de L.De aquí, se concluye que la trayectoria del móvil estará contenida en un plano perpendicular al vector momento angular L
Fuerza conservativaSupongamos que una partícula de masa m se mueve desde la posición A hasta la posición B en las proximidades de uncuerpo fijo de masa M.Vamos a calcular el trabajo realizado por la fuerza de atracción F.El trabajo infinitesimal es el producto escalar del vector fuerza F por el vector desplazamiento dl, tangente a la trayectoria.
dW=F·dl=F·dl·cos(180-θ)=-F·dl·cosθ=-F·dr.donde dr es el desplazamiento infinitesimal de la partνcula en la dirección radial.Para calcular el trabajo total, integramos entre la posición inicial A, distante rA del centro de fuerzas y la posición final B, distante rB del centro fijo de fuerzas.El trabajo W no depende del camino seguido por la partícula para ir desde la posición A a la posición B. La fuerza de atracción F, que ejerce el cuerpo fijo de masa M sobre la partícula de masa m es conservativa. La fórmula de la energía potencial esEl nivel cero de energía potencial se ha establecido en el infinito, para r=∞, Ep=0El hecho de que la fuerza de atracción sea conservativa, implica que la energía total (cinética más potencial) de la partícula es constante, en cualquier punto de la trayectoria.
Ecuación de la trayectoria
) se expresa el momento angularPara obtener ecuación de la trayectoria r=r( y la energía en coordenadas polares y se integra la ecuación diferencial resultante, tal como veremos en la siguiente página.
denominado excentricidad defineEl resultado es una cónica cuyo parámetro el tipo de trayectoria
Clase de cónica Descripción geométrica Descripción física
Elipse <1 E<0
Parábola =1 E=0
Hipérbola >1 E>0
Así, una elipse se define en geometría como el tipo de cónica cuya excentricidad es menor que la unidad. Para que una partícula sometida a una fuerza central, atractiva, inversamente proporcional al cuadrado de las distancias al centro de fuerzas, describa dicha trayectoria tiene que tener una energía total negativa (E<0).Volviendo a la geometría de la elipse en la primera ley de Kepler, la posición más cercana al foco r1 se . Es decir,==0 y la posición más alejada r2 se obtiene cuando obtiene cuando Los semiejes a y b de la elipse valen
PeriodoSe denomina periodo al tiempo que tarda el móvil en dar una vuelta completa. En el applet que estudia la segunda ley de Kepler y en la figura vemos que el radio vector que une el Sol con el planeta barre en el
intervalo de tiempo comprendido entre t y t+dt el área de color rojo de forma triangular.
y la base del triángulo es unEl ángulo del vértice de dicho triángulo es d . El área del triángulo es (base por altura dividido porarco de longitud rd dos)
Integrando la ecuación del momento angular expresado en coordenadas polaresab, que es igual aLa primera integral es el área total de la elipse la suma de las áreas de todos triángulos infinitesimales. La integral del segundo miembro es el periodo P del planeta, por tantoEsta ecuación se puede transformar para obtener la relación entre el periodo de la órbita de un planeta P y el semieje mayor de la elipse a, denominada tercera ley de Kepler.
4. ¿Cómo se define un campo eléctrico?
El concepto físico de campoLas cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para ejercer su influencia sobre otras, de ahí que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de acción a distancia. Cuando en la naturaleza se da una situación de este estilo, se recurre a la idea de campo para facilitar la descripción en términos físicos de la influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea.La noción física de campo se corresponde con la de un espacio dotado de propiedades medibles. En el caso de que se trate de un campo de fuerzas éste viene a ser aquella región del espacio en donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia. Así, la influencia gravitatoria sobre el espacio que rodea la Tierra se hace visible cuando en cualquiera de sus puntos se sitúa, a modo de detector, un cuerpo de prueba y se mide su peso, es decir, la fuerza con que la Tierra lo atrae. Dicha influencia gravitatoria se conoce como campo gravitatorio terrestre. De un modo análogo la física introduce la noción de campo magnético y también la de campo eléctrico o electrostático.
El campo eléctricoEl campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. Así, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, de atracciones o de repulsiones sobre ella.
1. ¿Cómo se define el vector intensidad de campo eléctrico?
2. La fuerza eléctrica que en un punto cualquiera del campo se ejerce sobre la carga unidad positiva, tomada como elemento de
comparación, recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico y se representa por la letra E. Por tratarse de una fuerza la intensidad del campo eléctrico es una magnitud vectorial que viene definida por su módulo E y por su dirección y sentido. En lo que sigue se considerarán por separado ambos aspectos del campo E.
3. ¿Cuál es su expresión matemática?
La expresión del módulo de la intensidad de campo E puede obtenerse fácilmente para el caso sencillo del campo eléctrico creado por una carga puntual Q sin más que combinar la ley de Coulomb con la definición de E. La fuerza que Q ejercería sobre una carga unidad positiva 1+ en un punto genérico P distante r de la carga central Q viene dada, de acuerdo con la ley de Coulomb, pero aquélla es precisamente la definición de E y, por tanto, ésta será también su expresión matemáticaPuesto que se trata de una fuerza electrostática estará aplicada en P, dirigida a lo largo de la recta que une la carga central Q y el punto genérico P, en donde se sitúa la carga unidad, y su sentido será atractivo o repulsivo según Q sea negativa o positiva respectivamente.Si la carga testigo es distinta de la unidad, es posible no obstante determinar el valor de la fuerza por unidad de carga en la forma:Donde F es la fuerza calculada mediante la ley de Coulomb entre la carga central Q y la carga de prueba o testigo q empleada como elemento detector del campo. Es decir:E=KQq/rª /=KQ/rªexpresión idéntica a la (9.2).A partir del valor de E debido a Q en un punto P y de la carga q situada en él, es posible determinar la fuerza F en la formaF = q · E (9.4)Expresión que indica que la fuerza entre Q y q es igual a q veces el valor de la intensidad de campo E en el punto P.Esta forma de describir las fuerzas del campo y su variación con la posición hace más sencillos los cálculos, particularmente cuando se ha de trabajar con campos debidos a muchas cargas.La unidad de intensidad de campo E es el cociente entre la unidad de fuerza y la unidad de carga; en el SI equivale, por tanto, al newton (N)/coulomb (C).
5. Formas de cargar un cuerpo
1. Explica brevemente los siguientes procesos para cargar un cuerpo:
A.- Electrizacion Por ContactoSe 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 toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva.
B.- Electrizacion Por FrotamientoAl frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con
carga negativa.Si frotas una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda.Si frotas un lápiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño a al lápiz.
C.- Electrizacion Por Inducción Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste.En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamenteDecimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.
2.- Explica en términos de movimiento de electrones lo que ocurre cuando:A.- Un objeto con carga positiva se conecta a tierra:Existe un flujo de electrones de tierra hasta la carga, carga neutra.B.- Una esfera con carga negativa se pone en contacto con una neutra:Existe un flujo de electrones de la carga hacia tierra.C.- Una barra con carga positiva se acerca a una placa metálica neutra y aislada:Se atraen los cuerpos.
6. Carga Electrica
1. A.- La carga está cuantizada: la carga de un cuerpo cargado siempre es un múltiplo entero de una carga elemental que corresponde a la carga del electrón. Es decir:Dondeq = carga eléctrican = número enteroe- = electrónLos electrones pueden desplazarse a través de ciertos cuerpos que reciben el nombre de conductores.B.- La carga se conserva: al electrizar un cuerpo no se está creando carga, sólo se transmite carga (electrones) de un cuerpo a otro. La carga total siempre la permanece constante.2. ¿Cómo se define la unidad de carga eléctrica en el sistema MKS?
En amperios3. ¿Cuál es la unidad elemental de carga eléctrica?La unidad con la cual se mide la carga eléctrica es el coulomb (C), en honor a Charles Coulomb. Corresponde a la siguiente carga:
1 Coulomb = 6,25x10 18 electrones
de donde podemos decir que la carga del electrón es igual aPara cargas más pequeñas se usan los submúltiplos:1 coulomb = 3x10 9 stat-coulomb (stc)1 milicoulomb = 1mC = 0,001 C = 1x10 –3 C1 microcoulomb = 1?C = 0,000001 C = 1x10 – 6 C
2. Explica brevemente las siguientes propiedades de la carga eléctrica:3. Investiga los valores y completa la siguiente tabla:
PARTICULA CARGA (Coulomb) MASA (Kilogramos)
ELECTRÓN 1,602 x 10 –19 9,109 x 10-31
PROTON 1,6019 x 10 -19 1,676 x 10-27
NEUTRON 1,675 x 10-27
ALFA
Carga eléctrica De Wikipedia, la enciclopedia libre
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Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.
En física, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnética. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad de la partícula para intercambiar fotones.
Una de las principales características de la carga eléctrica es que se conserva, 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. Qi=Qf
La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e. A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se han podido observar libres en la naturaleza.[1]
Contenido
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1 Unidades 2 Historia 3 Naturaleza de la carga
o 3.1 Carga eléctrica elemental 4 Propiedades de las cargas
o 4.1 Principio de conservación de la carga o 4.2 Invariante relativista
5 Densidad de carga eléctrica o 5.1 Densidad de carga lineal o 5.2 Densidad de carga superficial o 5.3 Densidad de carga volumétrica
6 Formas para cambiar la carga eléctrica de los cuerpos
7 Véase también 8 Referencias 9 Enlaces externos
[editar] Unidades
En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de
un amperio, y se corresponde con la carga de 6,241 509 × electrones aproximadamente.[2]
[editar] Historia
Artículo principal: Historia del electromagnetismo.
Experimento de la cometa de Benjamín Franklin.
Desde la Antigua Grecia se conoce que al frotar ámbar con una piel, ésta adquiere la propiedad de atraer cuerpos ligeros tales como trozos de paja y plumas pequeñas. Su descubrimiento se le atribuye al filósofo griego Tales de Mileto (ca. 639-547 a.C.), quién vivió hace unos 2500 años.[3]
El médico inglés William Gilbert (1540-1603) observó que algunos materiales se comportan como el ámbar al frotarlos y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier cuerpo, aun cuando no fuera ligero. Como el nombre griego correspondiente al ámbar es elektron, Gilbert comenzó a utilizar el término eléctrico para referirse a todo material que se comportaba como aquél, lo que originó los términos electricidad y
carga eléctrica. Además, en los estudios de Gilbert se puede encontrar la diferenciación de los fenómenos eléctricos y magnéticos.[3]
El descubrimiento de la atracción y repulsión de elementos al conectarlos con materiales eléctricos se atribuye a Stephen Gray. El primero en proponer la existencia de dos tipos de carga es Charles du Fay, aunque fue Benjamin Franklin quién al estudiar estos fenómenos descubrió como la electricidad de los cuerpos, después de ser frotados, se distribuía en ciertos lugares donde había más atracción; por eso los denominó (+) y (-).[3]
Sin embargo, fue solo hacia mediados del siglo XIX cuando estas observaciones fueron planteadas formalmente, gracias a los experimentos sobre la electrólisis que realizó Michael Faraday, hacia 1833, y que le permitieron descubrir la relación entre la electricidad y la materia; acompañado de la completa descripción de los fenómenos electromagnéticos por James Clerk Maxwell.
Posteriormente, los trabajos de Joseph John Thomson al descubrir el electrón y de Robert Millikan al medir su carga, fueron de gran ayuda para conocer la naturaleza discreta de la carga.[3]
[editar] Naturaleza de la carga
La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia que se presenta en dos tipos. Éstas llevan ahora el nombre con las que Benjamin Franklin las denominó: cargas positivas y negativas.[4] Cuando cargas del mismo tipo se encuentran se repelen y cuando son diferentes se atraen. Con el advenimiento de la teoría cuántica relativista, se pudo demostrar formalmente que las partículas, además de presentar carga eléctrica (sea nula o no), presentan un momento magnético intrínseco, denominado espín, que surge como consecuencia de aplicar la teoría de la relatividad especial a la mecánica cuántica.
[editar] Carga eléctrica elemental
Las investigaciones actuales de la física apuntan a que la carga eléctrica es una propiedad cuantizada. La unidad más elemental de carga se encontró que es la carga que tiene el electrón, es decir alrededor de 1,602 176 487(40) × 10-19 culombios y es conocida como carga elemental.[5] El valor de la carga eléctrica de un cuerpo, representada como q o Q, se mide según el número de electrones que posea en exceso o en defecto.[6]
En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C) y se define como la cantidad de carga que a la distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerza de 9×109 N.
Un culombio corresponde a 6,241 509 × electrones.[2] El valor de la carga del electrón fue determinado entre 1910 y 1917 por Robert Andrews Millikan y en la actualidad su valor en el Sistema Internacional de acuerdo con la última lista de constantes del CODATA publicada es:[5]
Como el culombio puede no ser manejable en algunas aplicaciones, por ser demasiado grande, se utilizan también sus submúltiplos:
1 miliculombio =
1 microculombio =
Frecuentemente se usa también el sistema CGS cuya unidad de carga eléctrica es el Franklin (Fr). El valor de la carga elemental es entonces de aproximadamente 4,803×10–
10 Fr.
[editar] Propiedades de las cargas
[editar] Principio de conservación de la carga
En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva.
En un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera, sólo existe una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.[4]
Al igual que las otras leyes de conservación, la conservación de la carga eléctrica está asociada a una simetría del lagrangiano, llamada en física cuántica invariancia gauge. Así por el teorema de Noether a cada simetría del lagrangiano asociada a un grupo uniparamétrico de transformaciones que dejan el lagrangiano invariante le corresponde una magnitud conservada.[7] La conservación de la carga implica, al igual que la conservación de la masa, que en cada punto del espacio se satisface una ecuación de continuidad que relaciona la derivada de la densidad de carga eléctrica con la divergencia del vector densidad de corriente eléctrica, dicha ecuación expresa que el cambio neto en la densidad de carga dentro de un volumen prefijado es igual a la integral de la densidad de corriente eléctrica sobre la superficie que encierra el volumen, que a su vez es igual a la intensidad de corriente eléctrica :
Esta propiedad se conoce como cuantización de la carga y el valor fundamental corresponde al valor de carga eléctrica que posee el electrón y al cual se lo representa como e. Cualquier carga q que exista físicamente, puede escribirse como siendo N un número entero, positivo o negativo.
Por convención se representa a la carga del electrón como -e, para el protón +e y para el neutrón, 0. La física de partículas postula que la carga de los quarks, partículas que componen a protones y neutrones toman valores fraccionarios de esta carga elemental. Sin embargo, nunca se han observado quarks libres y el valor de su carga en conjunto, en el caso del protón suma +e y en el neutrón suma 0.[8]
Aunque no tenemos una explicación suficientemente completa de porqué la carga es una magnitud cuantizada, que sólo puede aparecer en múltiplos de la carga elemental, se han propuestos diversas ideas:
Paul Dirac mostró que si existe un monopolo magnético la carga eléctrica debe estar cuantizada.
En el contexto de la teoría de Kaluza-Klein, Oskar Klein encontró que si se interpretaba el campo electromagnético como un efecto secundario de la curvatura de un espacio
tiempo de topología , entonces la compacidad de comportaría que el momento lineal según la quinta dimensión estaría cuantizado y de ahí se seguía la cuantización de la carga.
La existencia de cargas fraccionarias en el modelo de quarks, complica el panorama, ya que el modelo estándar no aclara porqué las cargas fraccionarias no pueden ser libres. Y sólo pueden ser libres cargas que son múltiplos enteros de la carga elemental.
[editar] Invariante relativista
Otra propiedad de la carga eléctrica es que, así como la masa es un invariante relativista, la carga eléctrica también lo es. Eso quiere decir que todos los observadores, sin importar su estado de movimiento y su velocidad, podrán siempre medir la misma cantidad de carga.[6] Así, a diferencia del espacio, el tiempo, la energía o el momento lineal, cuando un cuerpo o partícula se mueve a velocidades comparables con la velocidad de la luz, el valor de su carga no variará. El valor de la carga no varía de acuerdo a cuán rápido se mueva el cuerpo que la posea.
[editar] Densidad de carga eléctrica
Se llama densidad de carga eléctrica a la cantidad de carga eléctrica que se encuentra en una línea, superficie o volumen. Por lo tanto se distingue en estos tres tipos de densidad de carga.[9] Se representaría con las letras griegas lambda (λ) para densidad de carga lineal, sigma (σ) para densidad de carga superficial y ro (ρ) para densidad de carga volumétrica.Puede haber densidades de carga tanto positivas como negativas. No se debe confundir con la densidad de portadores de carga.
A pesar de que las cargas eléctricas son cuantizadas con q y, por ende, múltiplos de una carga elemental, en ocasiones las cargas eléctricas en un cuerpo están tan cercanas entre sí, que se puede suponer que están distribuidas de manera uniforme por el cuerpo del cual forman parte. La característica principal de estos cuerpos es que se los puede estudiar como si fueran continuos, lo que hace más fácil, sin perder generalidad, su tratamiento. Se distinguen tres tipos de densidad de carga eléctrica: lineal, superficial y volumétrica.
[editar] Densidad de carga lineal
Se usa en cuerpos lineales como, por ejemplo hilos.
Donde es la carga encerrada en el cuerpo y es la longitud. En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se mide en C/m (culombios por metro).
[editar] Densidad de carga superficial
Se emplea para superficies, por ejemplo una plancha metálica delgada como el papel de aluminio.
donde es la carga encerrada en el cuerpo y es la superficie. En el SI se mide en C/m2
(culombios por metro cuadrado).
[editar] Densidad de carga volumétrica
Se emplea para cuerpos que tienen volumen.
donde es la carga encerrada en el cuerpo y el volumen. En el SI se mide en C/m3 (culombios por metro cúbico).
3.2 PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.
En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica.
Conservación de la Energía
La energía mecánica total de un sistema es constante cuando actúan dentro del sistema sólo fuerzas conservativas. Asimismo podemos asociar una función energia potencial con cada fuerza conservativa. Por otra parte, la energia mecanica se pierde cuando esta presentes furzas no conservativas, como la friccíon.
En el estudio de la termodinámica encontraremos que la energia pude transformarse en energia interna del sistema. Por ejemplo, cuando un bloque desliza sobre una superficie rugoza, la energia mecanica perdida se transforma en energía interna almacenada temporalmente en el bloque y en la superficie, lo que se evidencia por un incremento mensurable en la temperatura del bloque. Veremos que en una escala submicroscópica esta energía interna está asociada a la vibracion de los atomos en torno a sus posiciones de eqilibrio. Tal movimiento atómico interno tiene energía cinetica y potencial. Por tanto, si a este incremento en la energía interna del sistema lo incluimos en nuetra expresión de la energía, la energia total se conserva
Este es sólo un ejemplo de cómo podemos analizar un sistema aislado y encontrar siempre que su energía total no cambia, siempre que se tomen en cuenta todas las formas de energía. Esto significa que, la energía nunca pude crearse ni destruirse. La energía puede transformarse de una forma en otra, pero la energía total de un sistema aislado siempre es constante. Desde un punto de vista universal, podemos decir que la energía total del universo es constante. Si una parte del universo gana energía en alguna forma, otra parte debe perder una cantidad igual de energía. No se ha encontrado ninguna violacion a este principio.
Un objeto que se mantiene a cierta altura h sobre el suelo no tiene energia cinetica, pero, hay una energia potencial gravitacional asociada igual a mgh relativa al suelo si el campo gavitacional está incluido como parte del sistema. Si el objeto se suelta, cae hacia el piso, y conforme cae su velocidad y en consecuencia su energía cinetica aumenta,en tanto que la energía potencial disminuye. Si se ignoran los factores como la resistencia del aire, toda la energía potencial que el objeto pierde cuando cae aparece como energía cinetica. En otras palabras, las suma de las energías cineticas y potencial, conocida como energía mecanica E, permanece constante en el tiempo. Este es un ejemplo de la conservación de la energía. En el caso de un objeto en caida libre, este principio nos dice que cualquier aumento (o disminución) en la energía potencial se acompaña por una disminución (o aumento) igual en la energía cinetica.
Puesto que la energía mecanica total E se define como la suma de las energías cinetica y potencial, podemos escribir.
E=K + U
Por consiguiente, es posible aplicar la conservacion de la energía en la forma Ei =Ef, o
Ki + Ui = Kf +Uf
La conservación de la energía requiere que la energía mecanica total de un sistema permanezca constante en culquier sistema aislado de objetos que interactuan sólo a atraves de fuerzas conservativas.
Energía potencial
Un objeto con energía cinetica puede realizar trabajo sobre otro objeto, como lo ilustra el movimiento de un martillo de un martillo que clava un clavo en la pared. Veremos ahora que un objeto tambien puede ralizar trabajo por efecto de la energía que produce su posición en el espacio. Cuando un objeto cae en un campo gravitacional, el campo ejerce una fuerza sobre el en la direccion de su movimiento, efectuando trabajo sobre el, con lo cual incrementa su energía cinetica. Concidere un ladrillo que se dejo caer desde el reposo directamente sobre el clavo de una tabla que está horizontal sobre el suelo. Cuando es soltado el ladrillo cae hacia la tierra ganando velocidad y, en consecuencia, ganando energía cinetica. Gracias a su posición en el espacio, el ladrillo tiene energía potencial (tiene el potencial para hacer trabajo), la cual se convierte en energía conforme cae. En el momento en que el ladrillo llega al suelo, efectua trabajo sobre el clavo encajándolo en la tabla. La energía que un objeto tiene debido a su posición en el espacio recive el nombre de energia potencial gravitacional. Es la energia mantenida por un campo gravitacional y transferida al objeto conforme este cae.
Las unidades de la energía potencial gravitacional son las mismas que las del trabajo. Esto significa que la energía potencial pude expresarse en joule, erg o pie/libra. La energia potencial, como el trabajon y la energía cinetica, es una cantidad escalar.
Advierta que la energía potencial gravitacional asociada a un objeto solo depende de la altura vertical de este sobre la superficie dce la tierra. De acuerdo con esto, observamos que el trabajo hecho por lña fuerza de la gravedad sobre un objeto conforme este cae verticalmente hacia la tierra es el mismo que si empezara en el mismo punto y se deslizara por una pendiente sin fricción hacia la tierra.
En problemas de trabajo que abarquen a la energia potencial gravitacional, siempre es necesario establecer igual a cero su valor en algun punto. La elección del nivel del cero es pór completo arbitraria puesto que la cantidad importante es la diferencia en la energía potencial y esta diferencia es independiente de la elección del nivel cero.
Ccon frecuencia es conveniente elegir la superficie de la tierra como la posicion de referencia para energía potencial cero, pero, otra vez, esto no es importante. Casi siempre, el planteamiento del problema indica un nivel conveniente que elegir.
Sistemas Conservativos
Fuerzas conservativas
Son las fuerzas que se encuentran en la naturaleza pueden dividirse en dos categorias: conservativas y no conservativas.
Una fuerza es conservativa si el trabajo que hace sobre una particula que se mueve entre dos puntos cualesquiera es independiente de la trayectoria seguida pro la partícula. Ademas, el trabajo hecho por una fuerza conservativa ejercida sobre una partícula que se muve por una trayectoria cerrada es cero.
La fuerza de la gravedad es conservativa. El trabajo realizado por la fuerza gravitacional sobre un objeto que se mueve entre dos puntos culesquiera cerca de la superficie de la tierra es
WG = mgyi - mgyf
Apartir de esto de esto vemos que WG sólo depende de las coordenadas inicial y final del objeto y, en consecuencia es independiente de la trayectoria. Además, WG es cero cuando el objeto se mueve por cualquier trayectoria cerrada (donde yi = yf ).
Podemos asociar una funcion de energía potencial con cualquier fuerza conservativa.
Ug = mgy
La energía potencial gravitacional es la energía almacenada en el campo gravitacional cuando el objeto se levanta contra el campo.
Las funciones de energia potencial son definidas sólo para fuerzas conservativas. En general, el trabajo W hecho sobre un objeto por una fuerza conservativa es igual al valor inicial de la energia potencial asociada al objeto menos el valor final:
Wc = Ui - Uf
Fuerzas no conservativas
Una fuerza es no concervativa si produce un cambio en la energía mecánica. Por ejemplo, si alguien mueve un objeto sobre una superficie horizontal y lo regresa a la misma posición y al mismo estado de movimiento, pero encuentra que fue necesario realizar una cantidad de trabajo neta sobre el objeto, entonces algo debe haber disipado esa energía tranferida al objeto. Esa fuerza disipativa se conoce como fricción entre la superficie y el objeto. La fricción es una fuerza disipativa o “noconservativa”. Por contraste, si el objeto se levanta, se requiere trabajo, pero la energía se recupera cuando el objeto deciende. La ruerza gravitacional es una fuerza no disipativa o “conservativa”.
Suponga que usted mueve un libro entre dos puntos sobre una mesa. Si el libro se mueve en una linea recta entre los dos puntos A y B, la perdida de energía mecánica debido a la fricción es mayor (en valor absoluto) que -fd. Por ejemplo, la perdida de la energía mecanica por la fricción a lo largo de la trayectori semicircular es igual a -f("d/2), donde d es el diametro del circulo.
La masa y la energía
Otro principio importante la conservación de la masa, nos dice que en cualquier tipo de proceso, fisico o químico, la masa no pude crearse ni destruirse. Es decir la masa antes del proceso es igual a la masa despúes del proceso.
Durante siglos, para los cientificos la energía y la masa aparecian como dos cantidades que se conservaban de manera independiente. Sin embargo, en 1905 Einstein hizo el increíble descubrimiento de que la masa, o inercia, de cualquier
sistema es una medida de la energía total de este. Por cosiguiente, la energía y la masa son conceptos relacionados. La relacion entre los dos está dada por la más famosa formula de Einstein.
E = mc
Donde c es la velocidad de la luz y E es la energía eqivalente de una masa m, la masa aumenta con la velocidad ; sin embargo , esta dependencia es insignificante para v<< c. En consecuencia, las masas que utilizamos para describir situaciones en nuestras experiencias cotidianas siempre se consideran como masa en reposo.
La energía asociada con incluso una pequeña cantidad de materia es enorme. Por ejemplo, la energía de 1kg de cualquier sustancia es:
E = mc=(1kg) (3x10 m/s ) = 9x10 J
!Esto es equivalente al contenido de energía de aproximadamente 15 millones de barriles de petróleo crudo (aproximadamente el consumo de 1 día en Estados Unidos)! Si esta energía pudiera liberarse facilmeante, como trabajo útil, nuestros recursos energéticos serían ilimitados.
En realidad, solo una pequeña fracción de la energía contenida en una muestra de material puede liberarse a travéz de procesos químicos o nucleares. Los efectos son más grandes en las reacciones nucleares donde se observan de manera cotidiana cambios fraccionarios en la energía, y por tanto en la masa, de aproximadamente 10 . Un buen ejemplo es la enorme cantidad de energía liberada cuando el núcleo de uranio 235 se divide en dos núcleos mas pequeños. Esto se debe a que el núcleo de 235U tiene mas masa que la suma de las masas de los núcleos producto. La imponente naturaleza de la energía que se libera en dichas reacciones se demuestra claramente en la explosión de una arma nuclear.
De una manera breve la ecuación E = mc nos dice que la energía tiene masa. Siempre que la energía de un objeto tiene algún cambio, su mas cambia . Si E es el cambio en la energía de un objeto, su cambio de masa es:
m=E
c
Cada vez que la energía E en cualquier forma se aplica a un objeto, el cambio en la masa del objeto es m= E/c. No obstante, debido a que c es tan grande, los cambios en la masa en cualquier experimento mecánico o reacción química ordinarios son demasiado pequeños para detectarse.
¿Cómo se llama el instrumento de medida que cuantifica la corriente eléctrica?
Intensidad, amperímetro. Diferencia de Potencial, voltímetro. Potencia, wattímetro. Resistencia, ohmmetro. Comercialmente vienen en un sólo dispositivo (o conjunto de instrumentos) que se llama TESTER.
Efecto punta De Wikipedia, la enciclopedia libre
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Efecto punta: En ausencia de luz o de calor los electrones escapan sin dificultad alguna desde la superficie de menor volumen. La cantidad de electrones que escapan mueven la llama de la vela.
Efecto punta es el nombre de un efecto que se produce por la acumulación de energía en esta parte de un cuerpo.
Cuando un material posee carga eléctrica, esta se distribuye por todo el cuerpo (superficie, si se trata de conductores). La densidad de carga es la carga por unidad de volumen o superficie en el cuerpo de manera que si la carga se distribuye en el cuerpo, su densidad será mayor en las zonas de menos volumen o menos superficie. Por esto se produce una acumulación de energía en las zonas del material acabadas en punta donde su volumen es menor y se concentra mayor cantidad de carga, de manera que si el material está expuesto a un campo eléctrico externo, tenderá a interactuar con éste por la zona de mayor densidad de carga, es decir, en la punta.
A este efecto se le conoce como efecto punta. Fue descubierto por Benjamin Franklin, quien lo ilustró en su obra de 1753, "Almanaque del pobre Richard". Es de especial interés en muchas aplicaciones como el pararrayos, inventado por el propio Franklin tras sus experimentos con una cometa en días de tormenta. Para realizar dichos experimentos, Franklin lanzaba una cometa de seda, con una punta metálica en la parte más alta, unida a un cordel también de seda. Del cordel colgaba una llave, que unía el dispositivo con tierra (carga eléctrica neutra), provocando así la descarga del rayo.
Debido al "efecto punta" cuando nos encontramos en una tormenta de rayos no debemos levantar los brazos hacia arriba y no se deben despegar demasiado del cuerpo, ya que podríamos acumular carga en nuestro cuerpo, y por efecto punta podríamos atraer la descarga de un rayo. En estos casos lo más recomendable es colocarse de rodillas y pegar los brazos al cuerpo, para estar al máximo contacto con el suelo (tierra) y en caso de no perder nuestra carga con el suelo, no inducirla con nuestros brazos.
El efecto corona es un fenómeno eléctrico que se produce en los conductores de las líneas de alta tensión y se manifiesta en forma de halo luminoso a su alrededor. Dado que los conductores suelen ser de sección circular, el halo adopta una forma de corona, de ahí el nombre del fenómeno.
El efecto corona está causado por la ionización del aire circundante al conductor debido a los altos niveles de tensión de la línea. En el momento que las moléculas de aire se ionizan, éstas son capaces de conducir la corriente eléctrica y parte de los electrones que circulan por la línea pasan a circular por el aire. Tal circulación producirá un incremento de temperatura en el gas, que se tornará de un color rojizo para niveles bajos de temperatura, o azulado para niveles altos. La intensidad del efecto corona, por lo tanto, se puede cuantificar según el color del halo, que será rojizo en aquellos casos leves y azulado para los más severos.
La primera forma de efecto corona registrada fue el fuego de San Telmo. En clima tormentoso en el mar, en ocasiones aparecían luces como flamas rojizas o azuladas en la parte superior de los mástiles de los barcos. Los marineros lo asociaban con una forma de protección y lo nombraron en honor a su patrono, Erasmo de Formia (Sant Elmo).
En el curso de las investigaciones sobre la electroestática en el siglo XVII, se observó por primera vez el mismo fenómeno en laboratorio. Por lo general, también se le daba el nombre de corona. Ahora normalmente se utiliza el término de efecto corona para describir este fenómeno de descarga de gas eléctrico externo.
El efecto corona puede ser suprimido utilizando anillos anticorona.
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1 Los Efectos 2 Dónde ocurre 3 Cálculo de la tensión crítica disruptiva 4 Cálculo de las pérdidas de potencia 5 Véase también 6 Referencias
o 6.1 Bibliografía o 6.2 Enlaces externos
[editar] Los Efectos
Generación de luz Ruido audible Ruido de radio Vibración resultante del viento eléctrico Deterioro de los materiales como consecuencia de un bombardeo de iones Generación de ozono, óxidos de nitrógeno y la presencia de humedad, ácido nítrico Disipación de la energía
[editar] Dónde ocurre
Alrededor de conductores de línea En espaciadores y amortiguadores Aislante eléctricos dañados - de cerámica o un material diferente de la cerámica Aislantes contaminados En los extremos vivos de ensambles de aislantes y manguitos aisladores En cualquier punto de su equipo eléctrico, donde la fuerza del campo eléctrico exceda
los 3MV/m En ciertos árboles de gran tamaño. Esto origina temor supersticioso en la gente que no
conoce el tema.
[editar] Cálculo de la tensión crítica disruptiva
El efecto corona se producirá cuando la tensión de la línea supere la tensión crítica disruptiva del aire, es decir, aquel nivel de tensión por encima del cual el aire se ioniza. La fórmula más utilizada para la determinación de la tensión crítica disruptiva es la propuesta por el ingeniero americano F.W. Peek:
Donde:
Vc es el valor de tensión crítica disruptiva en kV. δ es el factor de densidad del aire. r es el radio del conductor en centímetros. DMG es la distancia media geométrica entre fases. RMG es el radio medio geométrico. n es el número de conductores por fase. kr es el coeficiente de rugosidad del conductor empleado, cuyo valor suele ser:
o 1 para conductores nuevos.o 0,98 - 0,93 para conductores viejos (con protuberancias).o 0,87 - 0,83 para cables formados por hilos.
km es el coeficiente medioambiental, cuyo valor suele ser: o 1 cuando el aire es seco.o 0,8 para aire húmedo o contaminado.
kg es el factor de cableado.
El cálculo de RMG y DMG dependerá en cada caso de la geometría de la línea eléctrica.
El factor de densidad del aire se calcula como:
Donde:
T es la temperatura del aire en grados celsius P es la presión del aire en milímetros de mercurio.
[editar] Cálculo de las pérdidas de potencia
Para aquellos casos en los que se produce el efecto corona, la pérdida de potencia se calcula según la fórmula:
Donde:
Pc es la pérdida de potencia en kW/km.
δ es el factor de densidad del aire. f es la frecuencia de la línea en Hz DMG es la distancia media geométrica entre fases. RMG es el radio medio geométrico. Vs es el valor de la tensión fase-neutro (o tensión simple) en kV. Vc es el valor de tensión crítica disruptiva en kV.
Robert J. Van de Graaff De Wikipedia, la enciclopedia libre
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Robert Van de Graaff (Alabama, 20 de diciembre de 1901 - 16 de enero de 1967) físico estadounidense. Formado en la Universidad de Alabama, estudió durante algunos años en la Universidad de la Sorbona de París, así como en la universidad de Oxford, en la que se doctoró en el año 1928. A su regreso a los Estados Unidos trabajó primero en Princeton y, a partir de 1931, pasó a formar parte de la plantilla del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).
Entre sus desarrollos más notables destaca el generador eléctrico de alto voltaje que lleva su nombre, construido en el año 1931. Se trata de un dispositivo en el que las partículas elementales se someten a un intenso campo eléctrico a fin de acelerarlas. La generación del campo necesario para ello se logra mediante la acumulación de carga eléctrica sobre un electrodo aislado transportada gracias a una correa aislante.
Lugar de nacimiento y/o fecha de nacimiento: Tuscaloosa, 1901-Boston, 1967Físico estadounidense. Profesor en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, realizó diversos trabajos relacionados con la física nuclear y desarrolló generadores electrostáticos de muy alto voltaje (varios millones de voltios) para el estudio de las partículas atómicas
Generador de Van de Graaff De Wikipedia, la enciclopedia libre
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Generador de Van De Graaff
El generador de Van de Graaff es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. Las diferencias de potencial así alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los 5 mega voltios . Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X, esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y física nuclear.
Contenido
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1 Descripción 2 Historia 3 Generadores de Van de Graaff en exhibición 4 Enlaces externos
[editar] Descripción
El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la esfera por inducción en la cinta, ya que la varilla metálica o peine, esta muy próxima a la cinta pero no en contacto. La carga, transportada por la cinta, pasa al terminal esférico nulo por medio de otro peine o varilla metálica que se encarga de producir energía.
[editar] Historia
Este tipo de generador eléctrico fue desarrollado inicialmente por el físico Robert J. Van de Graaff en el MIT alrededor de 1929 para realizar experimentos en física nuclear en los que se aceleraban partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos a gran velocidad. Los resultados de las colisiones nos informan de las características de los núcleos del material que constituye el blanco. El primer modelo funcional fue exhibido en octubre de 1929 y para 1931 Van de Graaff había producido un generador capaz de alcanzar diferencias de potencial de 1 megavoltio. En la actualidad existen generadores de electricidad capaces de alcanzar diferencias de voltaje muy superiores al generador de Van de Graaff pero directamente emparentados con él. Sin embargo, en la mayor parte de los experimentos modernos en los que es necesario acelerar cargas eléctricas se utilizan aceleradores lineales con sucesivos campos de aceleración y ciclotrones. Muchos museos de ciencia están equipados con generadores de Van de Graaff por la facilidad con la que ilustra los fenómenos electrostáticos.
El generador del Van der Graaff es un generador de corriente constante, mientras que la batería es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se conectan.
[editar] Generadores de Van de Graaff en exhibición
Uno de los generadores más grandes de Van de Graaff del mundo, construido por el mismo Robert J. Van de Graaff, está ahora en exhibición permanente en el museo de Boston de la ciencia. Con dos esferas de aluminio conjuntas de 4,5 metros que están estáticas en unas columnas altas, este generador puede alcanzar a menudo 2 millones de Voltios.
Generador de Van de Graaff De Wikipedia, la enciclopedia libre
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Generador de Van De Graaff
El generador de Van de Graaff es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. Las diferencias de potencial así alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los 5 mega voltios . Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X, esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y física nuclear.
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[editar] Descripción
El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la esfera por inducción en la cinta, ya que la varilla metálica o peine, esta muy próxima a la cinta pero no en contacto. La carga, transportada por la cinta, pasa al terminal esférico nulo por medio de otro peine o varilla metálica que se encarga de producir energía.
[editar] Historia
Este tipo de generador eléctrico fue desarrollado inicialmente por el físico Robert J. Van de Graaff en el MIT alrededor de 1929 para realizar experimentos en física nuclear en los que se aceleraban partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos a gran velocidad. Los resultados de las colisiones nos informan de las características de los núcleos del material que constituye el blanco. El primer modelo funcional fue exhibido en octubre de 1929 y para 1931 Van de Graaff había producido un generador capaz de alcanzar diferencias de potencial de 1 megavoltio. En la actualidad existen generadores de electricidad capaces de alcanzar diferencias de voltaje muy superiores al generador de Van de Graaff pero directamente emparentados con él. Sin embargo, en la mayor parte de los experimentos modernos en los que es necesario acelerar cargas eléctricas se utilizan aceleradores lineales con sucesivos campos de aceleración y ciclotrones. Muchos museos de ciencia están equipados con generadores de Van de Graaff por la facilidad con la que ilustra los fenómenos electrostáticos.
El generador del Van der Graaff es un generador de corriente constante, mientras que la batería es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se conectan.
[editar] Generadores de Van de Graaff en exhibición
Uno de los generadores más grandes de Van de Graaff del mundo, construido por el mismo Robert J. Van de Graaff, está ahora en exhibición permanente en el museo de Boston de la ciencia. Con dos esferas de aluminio conjuntas de 4,5 metros que están estáticas en unas columnas altas, este generador puede alcanzar a menudo 2 millones de Voltios.
alterna (ver figura 7) y de esta manera poder utilizar el motor, dándole elmovimiento al eje inferior y consiguiendo así el movimiento de la banda.Figura 6. Figura 7.Con todo este procedimiento dimos por terminado nuestro proyecto, junto conmuchas inconvenientes que se nos fueron dando en el camino. Por lo que acontinuación están las imágenes del proyecto terminado desde diferentes vistas.Diferentes vistas de nuestro generador de Van der Graff.
13
Vista de planta Vista Lateral Izquierda Vista Frontal
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CONCLUSIONES
Como grupo concluimos que el generador de Van der Graff ha sido un proyectoque nos ha ayudado a desarrollar nuestras ideas y a respetar a los de losdemás, y que por muy sencillo o muy complicado que sea el trabajo siempre sepresentan obstáculos que cuesta superar pero con la ayuda de ideas y lainventiva, estos se van evitando poco a poco y de esta manera lo solucionamosen conjunto. Además, aprendimos la importancia de la combinación de losmateriales a utilizar porque de ellos depende el éxito del proyecto y la diferenciade los motores, ya que utilizamos varios mientras construíamos el proyecto.
RECOMENDACIONES
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Es recomendable el buen uso de los materiales a utilizar, tanto en los rodillos,como en la banda transportadora, pues de ellos depende el buen funcionamientodel proyecto. Además, recomendamos la unión del grupo, pues a la hora deencontrarnos con algún problema, es mejor pensar en grupo que uno solo. Y hayque tener mucho cuidado con los motores, pues no todos se pueden conectar directamente a la corriente alterna, sino que necesitamos de fuentes de voltajepara el buen funcionamiento de los que lo necesitan.
