Carga eléctrica

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Ficheru:Cargues electricas.png
Tipu d'interacción (curiosa o repulsiva) ente cargues d'igual y distinta naturaleza.

La carga eléctrica ye una propiedá física intrínseca de delles partícules subatómiques que se manifiesta por aciu fuerzas d'atracción y repulsión ente elles pola mediación de campos electromagnéticos. La materia cargada eléctricamente ye influyida polos campos electromagnéticos, siendo, de la mesma, xeneradora d'ellos. La denominada interacción electromagnética ente carga y campu eléctrico ye una de los cuatro interacciones fundamentales de la física. Dende'l puntu de vista del modelo estándar la carga eléctrica ye una midida de la capacidá que tien una partícula pa intercambiar fotones.

Una de les principales característiques de la carga eléctrica ye que, en cualquier procesu físicu, la carga total d'un sistema aislláu siempres se caltien. Esto ye, la suma alxebraica de les cargues positives y negatives nun varia nel tiempu.

La carga eléctrica ye de naturaleza discreta, fenómenu demostráu esperimentalmente por Robert Millikan. Por razones históriques, a los electrones asignóse-yos carga negativa: –1, tamién espresada –y. Los protones tienen carga positiva: +1 o +y. A los quarks asígnase-yos carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, anque nun-y los pudo reparar llibres na naturaleza.[1]

Unidaes[editar | editar la fonte]

Nel Sistema Internacional d'Unidaes la unidá de carga eléctrica denominar culombiu o coulomb (símbolu C). Defínese como la cantidá de carga que pasa pola sección tresversal d'un conductor eléctricu nun segundu, cuando la corriente eléctrica ye d'un amperiu, y correspuéndese con:

  • 1 culombiu = 6,242 x 10 18 electrones llibres[2]

Hestoria[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Hestoria del electromagnetismu
Esperimentu de la cometa de Benjamín Franklin.

Dende la Antigua Grecia conozse que al estregar ámbare con una piel, ésta adquier la propiedá d'atraer cuerpos llixeros tales como cachos de paya y plumes pequenes. El so descubrimientu atribúyese-y al filósofu griegu Tales de Mileto (ca. 639-547 a. C.), quién vivió fai unos 2500 años.[3]

En 1600 el médicu inglés William Gilbert reparó que dellos materiales pórtense como l'ámbare al estregalos y que l'atracción qu'exercen manifiéstase sobre cualquier cuerpu, entá cuando nun fuera llixeru. Como'l nome griegu correspondiente al ámbare ye ἤλεκτρον (ēlektron), Gilbert empezó a utilizar el términu eléctricu pa referise a tou material que se portaba como aquél, lo qu'anició los términos eletricidá y carga eléctrica. Amás, nos estudios de Gilbert puede atopase la diferenciación de los fenómenos eléctricos y magnéticos.[3]

El descubrimientu de l'atracción y repulsión de elementos al conectalos con materiales eléctricos atribuyir a Stephen Gray. El primeru en proponer la esistencia de dos tipos de carga ye Charres du Fay, anque foi Benjamin Franklin quién al estudiar estos fenómenos afayó como la eletricidá de los cuerpos, dempués de ser estregaos, distribuyir en ciertos llugares onde había más atracción; por eso denominar (+) y (-).[3]

Sicasí, foi solo escontra mediaos del sieglu XIX cuando estes observaciones fueron plantegaes formalmente, gracies a los esperimentos sobre la electrólisis que realizó Michael Faraday, escontra 1833, y que-y dexaron afayar la relación ente la eletricidá y la materia; acompañáu de la completa descripción de los fenómenos electromagnéticos por James Clerk Maxwell.

Darréu, los trabayos de Joseph John Thomson al afayar el electrón y de Robert Millikan al midir la so carga, fueron de gran ayuda pa conocer la naturaleza discreta de la carga.[3]

Naturaleza de la carga[editar | editar la fonte]

La carga eléctrica ye una propiedá intrínseca de la materia que se presenta en dos tipos. Estes lleven agora'l nome coles que Benjamin Franklin denominar: cargues positives y negatives.[4] Cuando cargues del mesmu tipu atopen se repelen y cuando son distintos atráense. Col advenimiento de la teoría cuántica relativista, pudo demostrase formalmente que les partícules, amás de presentar carga eléctrica (sía nula o non), presenten un momentu magnéticu intrínsecu, denomináu espín, que surde de resultes d'aplicar la teoría de la relatividá especial a la mecánica cuántica.

Carga eléctrica elemental[editar | editar la fonte]

Les investigaciones actuales de la física apunten a que la carga eléctrica ye una propiedá cuantizada. La unidá más elemental de carga atopóse que ye la carga que tien el electrón, ye dicir alredor de 1,602 176 487(40) × 10-19 culombios (C) y ye conocida como carga elemental.[5] El valor de la carga eléctrica d'un cuerpu, representada como q o Q, midir según el númberu d'electrones que tenga por demás o en defectu.[6]

Esta propiedá conozse como cuantización de la carga y el valor fundamental correspuende al valor de carga eléctrica que tien el electrón y al cual representar como y. Cualquier carga q qu'esista físicamente, puede escribise como siendo N un númberu enteru, positivu o negativu.

Por convención representar a la carga del electrón como -y, pal protón +y y pal neutrón, 0. La física de partícules postula que la carga de los quarks, partícules que componen a protones y neutrones tomen valores fraccionarios d'esta carga elemental. Sicasí, nunca se repararon quarks llibres y el valor de la so carga en xunto, nel casu del protón suma +y y nel neutrón suma 0.[7]

Anque nun tenemos una esplicación abondo completa de porqué la carga ye una magnitú cuantizada, que namá puede apaecer en múltiplos de la carga elemental, s'han propuestos diverses idees:

  • Paul Dirac amosó que si esiste un monopolo magnéticu la carga eléctrica ten de tar cuantizada.
  • Nel contestu de la teoría de Kaluza-Klein, Oskar Klein atopó que si s'interpretaba'l campu electromagnético como un efectu secundariu de la combadura d'un espaciu tiempu de topoloxía , entós la compacidad de portaría que'l momentu llineal según la quinta dimensión taría cuantizado y de ende siguíase la cuantización de la carga.


Nel Sistema Internacional d'Unidaes la unidá de carga eléctrica denominar culombiu (símbolu C) y defínese como la cantidá de carga qu'a la distancia de 1 metro exerz sobre otra cantidá de carga igual, la fuerza de 9×109 N.

Un culombiu correspuende a la carga de 6,241 509 × 1018 electrones.[8] El valor de la carga del electrón foi determináu ente 1910 y 1917 por Robert Andrews Millikan y na actualidá'l so valor nel Sistema Internacional acordies con la postrera llista de constantes del CODATA publicada ye:[5]


Como'l culombiu puede nun ser afechiscu en delles aplicaciones, por ser demasiáu grande, utilícense tamién los sos submúltiplos:

1 miliculombio =
1 microculombio =

Frecuentemente úsase tamién el sistema CGS que la so unidá de carga eléctrica ye'l Franklin (Fr). El valor de la carga elemental ye entós d'aprosimao 4,803×10–10 Fr.

Propiedaes de cargar[editar | editar la fonte]

Principiu de caltenimientu de la carga[editar | editar la fonte]

En concordanza coles resultancies esperimentales, el principiu de caltenimientu de la carga establez que nun hai destrucción nin creación neta de carga eléctrica, y afirma qu'en tou procesu electromagnéticu la carga total d'un sistema aislláu caltiense.

Nun procesu de lletrización, el númberu total de protones y electrones nun s'alteria, namá esiste una separación de les cargues eléctriques. Por tanto, nun hai destrucción nin creación de carga eléctrica, esto ye, la carga total caltiense. Pueden apaecer cargues eléctriques onde antes nun había, pero siempres lu fadrán de cuenta que la carga total del sistema permaneza constante. Amás esti caltenimientu ye local, asocede en cualquier rexón del espaciu por pequeña que sía.[4]

Al igual que les otres ley de caltenimientu, el caltenimientu de la carga eléctrica ta acomuñada a una simetría del lagrangiano, llamada en física cuántica invariancia gauge. Asina pol teorema de Noether a cada simetría del lagrangiano acomuñada a un grupu uniparamétrico de tresformamientos que dexen el lagrangiano invariante correspuénde-y una magnitú caltenida.[9] El caltenimientu de la carga implica, al igual que'l caltenimientu de la masa, qu'en cada puntu del espaciu satisfaise una ecuación de continuidá que rellaciona la derivada de la densidá de carga eléctrica cola diverxencia del vector densidá de corriente eléctrica, dicha ecuación espresa que'l cambéu netu na densidá de carga dientro d'un volume prefijado ye igual a la integral de la densidá de corriente eléctrica sobre la superficie que zarra'l volume, que de la mesma ye igual a la intensidá de corriente eléctrica :


Invariante relativista[editar | editar la fonte]

Otra propiedá de la carga eléctrica ye que ye un invariante relativista. Eso quier dicir que tolos observadorye, ensin importar el so estáu de movimientu y el so velocidá, van poder siempres midir la mesma cantidá de carga.[6] Asina, a diferencia del espaciu, el tiempu, la enerxía o'l momentu llineal, cuando un cuerpu o partícula mover a velocidaes comparables cola velocidá de la lluz, el valor de la so carga nun va variar.

Densidá de carga eléctrica[editar | editar la fonte]

Llámase densidá de carga eléctrica a la cantidá de carga eléctrica por unidá de llargor, área o volume que s'atopa sobre una llínea, una superficie o una rexón del espaciu, respectivamente. Polo tanto estremar nestos trés tipos de densidá de carga.[10] Representar coles lletres griegues lambda (λ), pa densidá de carga llineal, sigma (σ), pa densidá de carga superficial y ro (ρ), pa densidá de carga volumétrica.
Puede haber densidaes de carga tantu positives como negatives. Nun se debe confundir cola densidá de portadores de carga.

A pesar de que les cargues eléctriques son cuantizadas con q y, poro, múltiplos d'una carga elemental, n'ocasiones les cargues eléctriques nun cuerpu tán tan cercanes ente sigo, que puede suponese que tán distribuyíes de manera uniforme pol cuerpu del cual formen parte. La característica principal d'estos cuerpos ye que-y los puede estudiar como si fueren continuos, lo que fai más fácil, ensin perder xeneralidá, el so tratamientu. Estrémense tres tipo de densidá de carga eléctrica: llineal, superficial y volumétrica.

Densidá de carga llineal[editar | editar la fonte]

Usar en cuerpos llineales como, por casu filos.


Onde ye la carga zarrada nel cuerpu y ye'l llargor. Nel Sistema Internacional d'Unidaes (SI) midir en C/m (culombius por metro).

Densidá de carga superficial[editar | editar la fonte]

Emplégase para superficies, por casu una plancha metálica delgada como'l papel de aluminiu.

onde ye la carga zarrada nel cuerpu y ye la superficie. Nel SI midir en C/m2 (culombios por metro cuadráu).

Densidá de carga volumétrica[editar | editar la fonte]

Emplegar pa cuerpos que tienen volume.


onde ye la carga zarrada nel cuerpu y el volume. Nel SI midir en C/m3 (culombios por metro cúbicu).

Formes pa camudar la carga eléctrica de los cuerpos[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Lletrización

Denominar lletrización al efeuto de ganar o perder cargues eléctriques, de normal electrones, producíu por un cuerpu eléctricamente neutru. Los tipos d'electrificación son los siguientes:

  1. Lletrización per contactu: Cuando ponemos un cuerpu cargáu en contactu con un conductor puede dase una tresferencia de carga d'un cuerpu al otru y asina el conductor queda cargáu, positivamente si "dexó electrones" o negativamente si los "ganó".
  2. Lletrización per resfregón: Cuando estregamos un aislante con ciertu tipu de materiales, dellos electrones son tresferíos del aislante al otru material o viceversa, de cuenta que cuando se dixebren dambos cuerpos queden con cargues opuestes.
  3. Carga per inducción: Si averamos un cuerpu cargáu negativamente a un conductor aislláu, la fuerza de repulsión ente'l cuerpu cargáu y los electrones de valencia na superficie del conductor fai qu'estos se muevan a la parte más alloñada del conductor al cuerpu cargáu, quedando la rexón más cercana con una carga positiva, lo que se nota al haber una atracción ente'l cuerpu cargáu y esta parte del conductor. Sicasí, la carga neta del conductor sigue siendo cero (neutru).
  4. Carga pol Efectu Fotoeléctricu: Asocede cuando se lliberar electrones na superficie d'un conductor al ser irradiáu por lluz o otra radiación electromagnético.
  5. Carga por Electrólisis: Descomposición química d'una sustanza, producida pol pasu d'una corriente eléctrica continua.
  6. Carga per Efectu Termoeléctricu: Significa producir eletricidá pola acción del calor.

Vease tamién[editar | editar la fonte]

Referencies[editar | editar la fonte]

  1. Eric W. Weisstein. «Charge» (inglés). Consultáu'l 12 de febreru de 2008.
  2. carga+de+un culombiu&hl=ye&sa=X&vei=0ahUKEwiIpKayoMjLAhUFXhQKHbTOAkkQ6AEITzAH#v=onepage&q=la%20carga%20de%20un%20culombiu&f=false Sistemes de carga y arranque gm 11 cf pag 9 en Google llibros
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 Profs. Casatroja - Ferreira. «Electrostática». Consultáu'l 21 de febreru de 2008.
  4. 4,0 4,1 Willians Barreto. «Carga eléctrica». Consultáu'l 26 de febreru de 2008.
  5. 5,0 5,1 «The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty: elementary charge». NIST. Consultáu'l 28 de febreru de 2008.
  6. 6,0 6,1 «Electromagnetismu y Óptica». Archiváu dende l'orixinal, el 3 de xunu de 2007. Consultáu'l 27 de febreru de 2008.
  7. Particle Data Group. «Los graciosos quarks». Consultáu'l 27 de febreru de 2008.
  8. Calculáu como 1/y, onde y ye'l valor de la carga elemental.
  9. María Lourdes Dominguez Carrascoso. «Simetría y lleis de conservación». Archiváu dende l'orixinal, el 19 de febreru de 2009. Consultáu'l 26 de febreru de 2008.
  10. Universidad Michoacana de San Nicolás de Fidalgu. «Densidá de carga eléctrica». Consultáu'l 28 de febreru de 2008.

Bibliografía[editar | editar la fonte]

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]

Plantía:Wikiversidad

Plantía:Wikilibros





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