CARGA ELÉCTRICA EJERCICIOS RESUELTOS PDF
Al desarrollarse la teoría del átomo (finales del año 1 800) se logra establecer que un cuerpo queda electrizado debido a que experimenta desequilibrio electrónico (queda con un exceso o defecto de electrones).
Con esto queda establecido que los electrones son portadores de algo, con lo cual un cuerpo al ganarlos o perderlos queda electrizado.
¿QUÉ ES LA CARGA ELÉCTRICA ?
La carga eléctrica es aquella propiedad que presentan los cuerpos cuando estos poseen un exceso o defecto de electrones y que consiste en atraer objetos livianos.
La carga es positiva si existe un defecto de electrones y es negativa si existe un exceso de electrones.
Un cuerpo se encuentra electrizado cuando contiene diferente cantidad de electrones y protones. En el caso contrario se dice que está eléctricamente neutro.
Ese algo que portan los electrones, también fue descubierto en los protones, por lo tanto se llega a la conclusión que los electrones y protones son portadores de una nueva propiedad de la materia (sustancia) denominada carga eléctrica.
El neutrón es una partícula donde no se manifiesta la propiedad eléctrica decimos por ello que es eléctricamente neutro.
Todo cuerpo en estado natural es generalmente eléctricamente neutro, esto debido a que contiene igual cantidad de electrones y protones, de modo que no ejercen acciones eléctricas al exterior (la carga eléctrica no se exterioriza). Pero, si de alguna manera hacemos que el cuerpo gane o pierda electrones, (originando en él un desequilibrio electrónico) la propiedad eléctrica se exterioriza, o sea el cuerpo se electriza.
Por los efectos opuestos que se dan entre el electrón y el protón se le atribuyó al electrón carga negativa y al protón carga positiva.
Por ello cuando un cuerpo tiene exceso de electrones (Ne–>Np+) estará electrizado negativamente y en el caso que tenga defecto de electrones (Ne–<Np+) positivamente.
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA CARGA
Este principio se basa en el hecho de que al frotar dos cuerpos entre sí, la carga que uno de ellos pierde, el otro lo adquiere, conservándose así la carga del sistema; esto es:
‘‘La carga no se crea ni se destruye, sólo se transporta’’.
En la electrización de un cuerpo, las cargas eléctricas no se crean ni se destruyen, tan sólo sufren un intercambio de éstas, en otras palabras la carga total se ha conservado.
LOS CUERPOS SEGÚN SUS PROPIEDADES ELÉCTRICAS
A) CONDUCTORES (buen conductor de la electricidad) :
Son aquellos que permiten el paso de las cargas por el interior de su masa sin alterar sus propiedades químicas. Entre ellos están los metales, el aire húmedo, el cuerpo de los animales, el agua acidulada, ..., etc.
Cuando un cuerpo metálico está cargado positivamente (le faltan electrones), y es conectado a Tierra por medio de un conductor, el cual transporta desde ésta los electrones que le faltan al cuerpo metálico, quedando finalmente descargado. La Tierra actúa siempre de este modo: "Le da electrones al que le falta y recibe del que le sobra".
B) AISLANTES (mal conductor de la electricidad) :
Se les llama también dieléctrico o malos conductores; y se caracterizan por ofrecer gran resistencia al paso de las cargas por el interior de su masa. Sin embargo, se electrizan fácilmente por frotación.
Entre ellos tenemos a los plásticos, la madera, el vidrio, el aire seco, ..., etc.
SEMICONDUCTORES :
Son las sustancias cuyas propiedades eléctricas están entre un conductor y un aislador.
En estado puro son aisladores, pero la introducción de pequeñas impurezas los hacen casi conductores.
Ejemplo: silicio, germanio, etc.
La tecnología electrónica contemporánea está basada en elementos semiconductores, tales como el diodo, el transistor, etc.
CANTIDAD DE CARGA ELÉCTRICA (Q)
Sabemos que la inercia es una propiedad de la materia y la cuantificamos mediante la masa, así mismo al ser la carga eléctrica una propiedad de la materia, también la podemos cuantificar (medir) mediante la magnitud escalar denominada cantidad de carga eléctrica (Q) que nos indica en que grado se ha electrizado el cuerpo.
Su unidad en el S.I. es el Coulomb (C).
¿POR QUÉ SE ELECTRIZA UN CUERPO?
La teoría atómica actual nos ha permitido descubrir que cuando frotamos dos cuerpos entre sí, uno de ellos pierde electrones y el otro gana.
Se aprecia que estos cuerpos manifiestan propiedades eléctricas, aunque éstas no son iguales.
Si por algún medio podemos regresar los electrones a sus antiguos dueños, en cada cuerpo desaparecerían las propiedades eléctricas; esto se explica porque ahora en los átomos de cada uno el número de electrones es igual al número de protones, y en tal estado los cuerpos son neutros.
De todo esto concluimos que: ‘‘Un cuerpo se electriza simplemente si alteramos el número de sus electrones’’.
ELECTRIZACIÓN DE LOS CUERPOS
1) POR FROTACIÓN
Uno de los cuerpos que frota pierde electrones y se carga positivamente, el otro gana los electrones y se carga negativamente.
2) POR CONTACTO
Cuando ponemos en contacto un conductor cargado con otro sin carga, existirá entre ellos un flujo de electrones que dura hasta que se equilibran electrostáticamente.
3) POR INDUCCIÓN
Cuando acercamos un cuerpo cargado llamado inductor a un conductor llamado inducido, las cargas atómicas de éste se reacomodan de manera que las de signo contrario al del inductor se sitúan lo más próximo a él.
4) POR RADIACIÓN
Consiste en iluminar un cuerpo metálico con luz de alta frecuencia causando el desprendimiento de electrones (efecto fotoeléctrico).
ELECTROSCOPIO
Es un dispositivo que permite verificar si un cuerpo está electrizado o no. Un electroscopio muy simple puede formarse con una pequeña esfera de tecnopor (no electrizada) suspendida por un hilo, a este electroscopio se le suele llamar ‘‘péndulo eléctrico’’.
INTRODUCCIÓN
Los primeros descubrimientos de los cuales se tiene noticia en relación con los fenómenos eléctricos, fueron realizados por los griegos en la Antigüedad.
El filósofo y matemático Thales, que vivió en la ciudad de Mileto en el siglo V a.C., observó que un trozo de ámbar, después de ser frotado con una piel de animal, adquiría la propiedad de atraer cuerpos ligeros (como trozos de paja y pequeñas semillas).
Sólo hasta casi 2000 años más tarde comenzaron a realizarse observaciones sistemáticas y cuidadosas de los fenómenos eléctricos, entre las cuales destacan los trabajos del médico inglés William Gilbert. Este científico observó que algunos otros cuerpos se comportan como el ámbar al frotarlos, y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier otro cuerpo, aún cuando no sea ligero.
Los cuerpos electrizados cuya carga o electricidad es de nombre contrario se atraen, y los que tienen electricidad del mismo nombre, se repelen.
¿POR QUÉ SE ELECTRIZA UN CUERPO?
El famoso político y científico norteamericano, Benjamín Franklin, después de realizar un gran número de observaciones experimentales, halló que cuando dos cuerpos se frotan entre sí, si uno de ellos se electriza positivamente, el otro adquirirá necesariamente electricidad negativa.
Por ejemplo, cuando frotamos con una tela de seda una barra de vidrio, éste adquiere una carga eléctrica positiva, y la seda quedará electrizada negativamente.
Al buscar una explicación de este hecho, Franklin formuló la teoría de que los fenómenos eléctricos que se producen por la existencia de un ‘‘fluido eléctrico’’ que se encuentra en todos los cuerpos.
En un cuerpo no electrizado (cuerpo neutro), dicho fluido existiría en ‘‘cantidad normal’’. Cuando dos cuerpos se frotan entre sí, ocurriría una transferencia de parte del ‘‘fluido eléctrico’’ de uno hacia el otro.
El cuerpo que recibiera más fluido quedaría entonces electrizado positivamente, y el que lo perdiera quedaría electrizado negativamente.
De esta manera, conforme a las ideas de Franklin, no habría creación ni destrucción de la carga eléctrica, sino únicamente una transferencia de electricidad de un cuerpo hacia otro; es decir, la cantidad total de "fluido eléctrico" permanecería constante.
En la actualidad sabemos que la teoría de Franklin era por lo menos, parcialmente correcta.
De acuerdo con los descubrimientos realizado en este siglo, se sabe que en realidad el proceso de electrización consiste en la transferencia de carga eléctrica entre los cuerpos que se frotan. Pero dicha transferencia no se efectúa mediante el fluido eléctrico que Franklin imaginó, sino por el paso de electrones de un cuerpo hacia el otro.
DISTRIBUCIÓN DE LA CARGA ELÉCTRICA
La carga eléctrica de los cuerpos puede distribuirse en forma discreta (puntual) y en forma continua.
DISTRIBUCIÓN DISCRETA
Es aquella distribución puntual de cargas eléctricas. distribución continua Se presenta en cuerpos homogéneos en donde la carga total ha sido distribuida uniformemente en forma proporcional a la longitud, superficie o volumen del cuerpo.
Para los casos en que sea necesario saber cómo está distribuida cierta cantidad de carga en un hilo, en un plano o en un cilindro, es conveniente introducir una magnitud física que pueda caracterizar ello; nos referimos a la densidad de carga eléctrica
PRACTICA PROPUESTA
EJERCICIO 1 :
Una barra de vidrio frotada con un paño pierde 25×10²⁰ electrones, calcula la carga en “C”.
A) 200C
B) 150C
C) 100C
D) 300C
E) 400C
Rpta. : "E"
EJERCICIO 2 :
Halla el valor de la carga de un cuerpo que posee 5×10²⁰ electrones en exceso.
A) 80C
B) 120C
C) –60C
D) 60C
E) –80C
Rpta. : "E"
EJERCICIO 3 :
Halla el número de electrones en exceso que posee una carga de –32 coulomb.
A) 2×10²⁰
B) 3×10²⁰
C) 4×10²⁰
D) 5×10²⁰
E) 10²⁰
Rpta. : "A"
EJERCICIO 4 :
Complete la oración adecuadamente: William ............... en 1600 publica su obra De Magnete y emplea por primera vez el término .............
A) Franklin - vitrio
B) Newton - eléctrico
C) Gilbert - ambar
D) Franklin - eléctrico
E) Gilbert - eléctrico
EJERCICIO 5 :
Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda.
I) La electrostática estudia las cargas eléctricas en movimiento.
II) La designación griega del ambar es elektro.
III) Existen dos tipos de cargas eléctricas.
a) FVV
b) FFV
c) FVF
d) VVV
e) FFF
EJERCICIO 6 :
Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda:
I) Los conductores tienen electrones libres.
II) Los aisladores no poseen electrones libres.
III) El agua es un conductor eléctrico.
a) VVF
b) VFV
c) FVV
d) VVV
e) FVV
EJERCICIO 7 :
Indicar las proposiciones verdaderas:
I) Dos barras de plástico frotadas por separado utilizando una piel, se atraen.
II) Existen sólo dos tipos de carga.
III) El electrón tiene carga positiva.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I y II
E) I y III
EJERCICIO 8 :
Indicar verdadero (V) o falso (F)
I) Cuando se electriza un cuerpo por contacto los dos quedan al final con cargas de signos iguales.
II) Al frotar un paño de seda con el vidrio, este último se carga negativamente.
III) Los metales son conductores.
a) VFF
b) FVV
c) FFV
d) VFV
e) VVV
EJERCICIO 9 :
De la siguiente lista de materiales:
Plástico, papel, grafito, madera, ácidos, agua, vidrio, cuerpo humano.
¿Cuántos son aisladores?
a) 3
b) 4
c) 5
d) 6
e) 8
EJERCICIO 10 :
Indicar la alternativa incorrecta:
A) La unidad de carga eléctrica es el coulomb.
B) Cuando un cuerpo gana electrones se carga negativamente.
C) El plástico es un material aislante.
D) En todo proceso de electrización la carga total disminuye.
E) La carga eléctrica esta cuantizada.