1. La carga eléctrica

B.Franklin y la cometa

Imagen en Wikimedia. Dominio público

En la antigua Grecia, hace 26 siglos, Thales de Mileto conseguía atraer objetos ligeros, como plumas, frotando ámbar con una piel de gato.

Mucho más tarde, en el año 1600, un investigador inglés, William Gilbert, encontró que numerosos materiales (vidrio, azufre, sal, resina, ...) presentaban, al ser frotados, propiedades similares a las del ámbar, los llamó eléctricos. El motivo de este nombre es que el ámbar en griego es elektron.

En el siglo XVIII, el francés Charles du Fay observó que materiales idénticos frotados de la misma manera se repelían. Por ello llegó a la conclusión de que hay dos tipos de fenómenos eléctricos: atractivos y repulsivos.

A mediados de ese siglo, el científico estadounidense Benjamin Franklin estableció la teoría del fluido eléctrico: Franklin consideró la electricidad como un tipo de fluido invisible presente en toda la materia, estableciendo que el hecho de frotar superficies aislantes transfería este fluido de un objeto a otro, constituyendo este movimiento lo que él denominó corriente eléctrica.

De forma análoga supuso que cuando la materia contenía poco de este fluido se encontraba cargada negativamente, mientras que si la poseía en exceso se encontraba cargada positivamente. Así, identificó el término positivo con el tipo de carga adquirido al frotar con cuero una varilla de vidrio (electricidad vítrea) y como negativo el adquirido al frotar con cuero un trozo de ámbar.

Pre-conocimiento

La naturaleza de los rayos

Experimento de la cometa de Franklin
Imagen de R.C. Cooley en Wikimedia. CC0

Franklin realizó en 1752 una experiencia que permitió comprobar la naturaleza eléctrica de los rayos.

En esta famosa experiencia, voló una cometa durante una tormenta. La cometa era de seda para que resistiese la humedad y en su parte más alta llevaba una punta metálica para atraer la electricidad, ya que había observado que la botella de Leyden se descargaba más rápidamente si había un conductor terminado en punta.

Franklin observó que, mientras el cordel estaba seco, nada ocurría, pero al mojarse se hacía conductor de la electricidad. Para comprobar este carácter eléctrico, Franklin puso una llave atada al cordel y al acercar otro objeto conductor a la llave saltaban chispas, lo cual demostraba su hipótesis. Había construido el primer pararrayos de la historia.

Este experimento es muy peligroso y más de un investigador murió intentando reproducirlo ¡¡De hecho Franklin tuvo mucha suerte de sobrevivir a él!!

En este enlace puedes saber más sobre este experimento y su desarrollo.

En el siglo XIX, Michael Faraday propuso la existencia de partículas cargadas dentro de la materia.


El descubrimiento del electrón en 1897 por J.J. Thomson y el posterior del protón por E. Rutherford, permitieron considerar la carga eléctrica como una propiedad de la materia que produce la interacción electrostática.

Así, el estudio del átomo ha revelado la existencia de dos tipos de carga eléctrica en la materia:

  • Partículas cargadas positivamente, como los protones (p+)
  • Partículas cargadas negativamente, como los electrones (e-)

Actividad

Importante

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia, comparable a la de la masa, que también verifica el principio de conservación y que permite explicar ciertos comportamientos de la misma.

cargas eléctricas
Imagen de Chanchocan en Wikipedia. CC

Las características de la carga eléctrica responsable de la interacción electrostática son:

a) Las cargas pueden ser positivas y negativas. Los cuerpos neutros poseen la misma cantidad de cargas positivas que de negativas.

b) La electrización consiste en ganar o perder electrones. Por tanto, la carga eléctrica está cuantizada, es decir, siempre es múltiplo de la carga del electrón.

c) Los cuerpos cargados con carga del mismo signo se repelen y los que tienen carga de distinto signo se atraen.

d) La carga eléctrica en un sistema aislado se conserva. En los procesos de electrización, la carga se transmite de un cuerpo a otro; nunca se ha observado la creación o destrucción de carga neta.

    Actividad

    En el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) se usa como unidad de carga eléctrica el culombio (C),  que tiene una carga igual a la de 6,3·1018 electrones.

    1 e = 1.6·10-19 C

    AV - Pregunta de Elección Múltiple

    Pregunta

    Un cuerpo eléctricamente neutro:

    Respuestas

    No contiene cargas eléctricas.

    Tiene el mismo número de protones que de neutrones.

    Tiene el mismo número de protones que de electrones.

    Solo tienen neutrones.

    Retroalimentación

    Importante

    conductor de cobre
    Imagen de Scott Ehardt en Wikipedia. CC0

    Un cuerpo será conductor de la electricidad si el material del que se compone ofrece poca resistencia al paso de los electrones a través de él, posibilitando la transmisión de electricidad. 

    No todas las sustancias permiten la circulación de electrones libres. Son conductoras todas las sustancias que tienen cargas eléctricas con libertad para moverse. Los mejores conductores son los metales.  

    Aquellos materiales que no son conductores serán aislantes (no permiten la circulación de cargas eléctricas libres, como la madera, el plástico, el aire, la cerámica y el vidrio) o semiconductores (no son ni conductores ni aislantes, pero pueden ser lo uno o lo otro dependiendo de las condiciones en las que se encuentren, como el silicio).

    AV - Actividad de Espacios en Blanco

    Completa el párrafo siguiente rellenando los huecos con las palabras que faltan:
    "Los fenómenos han sido estudiados por el hombre desde la antigüedad. Los griegos ya descubrieron la por frotamiento entre un trozo de y un trozo de piel; pero no son éstos los únicos materiales que pueden adquirir una carga eléctrica.

    Benjamín Franklin, mediante sus experimentos en electrostática, estableció que si al frotar dos cuerpos uno de ellos se electriza positivamente, el otro lo hará negativamente. De estos razonamientos dedujo que existen dos tipos de cargas eléctricas, las que denominó respectivamente y negativas.

    Toda la materia está formada por . Éstos están constituidos por partículas subatómicas que poseen eléctrica; así, los contienen una carga positiva, mientras que los la poseen negativa.

    Un átomo en condiciones normales es eléctricamente neutro, ya que posee cantidad de cargas positivas y negativas. 

    El , el y la son las tres formas por las que se  puede electrizar un cuerpo.

     

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    Actividad

    Importante

    Como la carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia, comparable a la de la masa, también verifica el principio de conservación por tanto: 

    Principio de conservación de la Carga

    La carga total de un sistema aislado permanece siempre constante.

    AV - Pregunta Verdadero-Falso

    Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones relativas a las propiedades de la carga:

    Pregunta 1

    Existen tres tipos de carga eléctrica: positiva, negativa y neutra.

    Pregunta 2

    Las cargas del mismo signo se atraen mientras que las de distinto signo se repelen.

    Pregunta 3

    El valor de la carga de un cuerpo puede tomar cualquier valor.

    Importante

    inducción
    Imagen de Lalo49 en Wikimedia. Dominio público

    Hoy en día se sabe que existen diferentes formas de cargar un cuerpo, esto es, de electrizarlo:

    » Electrización por frotamiento: se produce cuando se frotan materiales con distinta capacidad para retener electrones. Cuando este tipo de electrización ocurre, cada uno de los cuerpos que rozan queda cargado con cargas de distinto signo.

    » Electrización por contacto: se produce cuando se pone en contacto un cuerpo con otro previamente electrizado. En este caso ambos cuerpos quedan cargados por cargas del mismo signo.

    » Electrización por inducción:es un tipo de electrización que no precisa de contacto directo entre los materiales. Se produce cuando se acerca un cuerpo cargado eléctricamente a otro cuerpo neutro (que tiene el mismo número de cargas positivas que negativas). Entonces se produce una interacción eléctrica entre las cargas del objeto electrizado y las del cuerpo neutro, dando como resultado que la distribución de cargas se altera pues el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en la parte más próxima del cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae. En el diagrama abajo presente se muestra el procedimiento para electrificar un cuerpo por inducción. Observa que, de nuevo, la carga obtenida por este método es de signo opuesto del cuerpo cargado original.