Campo magnético sobre cargas en movimiento

Fuerzas que un campo magnético B produce sobre una carga en movimiento

Campo magnético sobre cargas en movimiento

Descubre cómo calcular la fuerza que un campo magnético ejerce sobre las cargas en movimiento, así como el valor de la corriente eléctrica. Supongamos que una carga positiva q se mueva con una velocidad ν perpendicularmente a las líneas de inducción magnética B de un campo uniforme.

Experimentalmente se encuentra que el campo magnético ejerce una fuerza F sobre la carga que es perpendicular a los vectores ν y B. Y de magnitud

F = q ν B sen α

Donde:

F = N
q = C
ν = m/s
B = T

El sentido y dirección de la fuerza F puede determinarse empleando la regla de la mano izquierda. Si el dedo pulgar apunta en la dirección de B y el índice en la de ν, el indice medio, colocado perpendicularmente a los dos primeros, apuntará en la dirección de la fuerza F.

En general, la componente de ν normal a B es la que determina la magnitud de la fuerza. Si α es el ángulo formado por los vectores ν y B, entonces

F = q ν _┴ B = q ν B sen α

La dirección y sentido de la fuerza se obtiene aplicando la regla de la mano izquierda con los vectores y _┴ (la componente de perpendicular a ).

Fuerza sobre una carga en movimiento cuando su velocidad no es normal al campo magnético.

Cálculo de la corriente eléctrica en función de las cargas en movimiento

Calculamos ahora la fuerza que un campo magnético uniforme B ejerce sobre un alambre recto de longitud l por el cual fluye una corriente i. Para esto, debemos primero encontrar el valor de la corriente en términos de las cargas en movimiento.

Para el cálculo de la corriente eléctrica en función de las cargas en movimiento.

Ver también: El campo magnético que produce una corriente eléctrica

Suponemos que cada electrón de carga e se mueve con una velocidad . Y por lo tanto, en un tiempo Δt el electrón se moverá una distancia ν Δt. En este tiempo, el número de electrones que cruzan el área sombreada A será igual al número de electrones contenidos en el volumen A ν Δt. Si el número de electrones libres por unidad de volumen es n, entonces el número de electrones que cruzan el área en el tiempo Δt es n A ν Δt. Y puesto que la carga de cada electrón es e, la corriente será:

i = (n A ν Δt e) / Δt = n e A ν

La dirección de esta corriente es, por convención, opuesta a la dirección en que se mueven los electrones, como se indica en la figura. Supondremos que el alambre es perpendicular al campo magnético. Así, una carga +e que pase por el conductor experimentará una fuerza f = e ν B, ya que su velocidad es perpendicular a B.

Para el cálculo de la fuerza que un campo magnético uniforme ejerce sobre la longitud l de un alambre recto por el que fluye una corriente i.

En la longitud l considerada, el número de cargas es N = n l A, así la fuerza total F sobre estas cargas es

F = N f = n l A e B = (n e A ν) l B

y, empleando la expresión de la corriente i,

F = i l B

Espira rectangular en un campo magnético constante

En el caso en que el conductor forme un ángulo α con la dirección del campo, la fuerza sobre una longitud l del mismo será:

F = i l B sen α

Aplicaremos esta expresión al caso de una espira ractangular, que se encuentra en un campo magnético unforme B y por el cual circula una corriente i. (Las cruces indican que las líneas de inducción magnética son perpendiculares y están dirigidas hacia adentro de la imagen).

Espira ractangular en un campo megnético constante. (a) Vista de planta. (b) Vista de perfil.

La longitud de los lados a y c es l₁, la de los lados b y d es l₂. Vemos en la figura que los lados a y c son perpendiculares al campo magnético B y, por consiguiente, sobre ellos se ejercerá una fuerza igual a

F_a = F_c = i l₁ B

la fuerza sobre a será vertical y hacia arriba. La fuerza sobre c será vertical y hacia abajo. Sobre los otros lados se ejercen fuerzas iguales, aunque de sentido opuesto, cuyo valor es

F_b = F_d = i l₂ B sen α

donde α es el ángulo entre los lados b y d y el campo B.

Momento dipolar magnético y el campo magnético sobre cargas en movimiento

Aunque la fuerza resultante sobre la espira es cero, su torca no lo es. La torca T del par de fuerzas sobre a y c es

T = (i l₁ B) (l₂ sen α)

Pero l₁ l₂ es igual al área A de la espira, de manera que

T = i A B sen α

Si definimos ahora el producto iA como el momento dipolar magnético de la espira

M = i A

tendremos:

T = M B sen α

Comparando ésta con la torca ejercida sobre un dipolo magnético colocado en un campo uniforme, vemos que las dos expresiones son iguales. Esto hace ponderar sobre la posibilidad de que un dipolo magnético, es decir, una barra magnética, esté formado de un gran número de espiras porlas que circulan corrientes. Recordando, por otro lado, lo que se dijo al principio acerca de que todo material está formado de átomos en los que los electrones circulan alrededor del núcleo, es posible identificar las pequeñas espiras en los imanes con los electrones atómicos girando en sus órbitas. Al ser esto así, queda explicado el hecho de no encontrar polos magnéticos aislados. En realidad, la idea de polo magnético queda ahora relegada a ser un concepto secundario y sin mayor valor que el de ser útil para distinguir los dos lados de la espira por la que circula una corriente.

Generación de una corriente en la espira al variar en ΔB la intensidad de la inducción magnética B

Ahora ya sabes cómo calcular la fuerza que un campo magnético ejerce sobre las cargas en movimiento.

El campo magnético que produce una corriente eléctrica

Los electrones libres que se mueven en la misma dirección producen corriente eléctrica

La corriente eléctrica

Descubre cómo se genera el campo magnético que produce una corriente eléctrica en los alambres de las instalaciones eléctricas residenciales. En la vecindad de los cuerpos cargados existe una campo eléctrico. Al conectar dos de ellos mediante un conductor, por ejemplo, un alambre de cobre, este campo eléctrico ejercerá una fuerza sobre los electrones del conductor. Y los que se encuentran libres podrán trasladarse de un lugar a otro. Se ha generado, entonces, una corriente eléctrica en el conductor.

La corriente cesará cuando los cuerpos cargados unidos por el alambre se encuentren al mismo potencial. Entonces, para mantener una corriente en el alambre, se necesita conectarlo a dos cuerpos cargados cuya diferencia de potencial permanezca constante en el transcurso del tiempo (dentro de ciertos límites). Por ejemplo, a los polos de una batería.

Si durante el tiempo Δt ha pasado la carga ΔQ por una sección de alambre, la magnitud i de la corriente eléctrica está dada por

i = ΔQ/Δt

Donde:

Q = C
t = s
i = C/s

El campo magnético que produce una corriente eléctrica

Alrededor de 1820, el físico danés H.C. Oersted encontró que al colocar un imán en la vecindad de un alambre por el que fluye una corriente, el imán sufre una desviación. Lo que muestra que se ejerce sobre él una fuerza. Así, en la vecindad del alambre se genera un campo de inducción magnética. Si el alambre es recto, las líneas de inducción son circulares normalmente al alambre y con el centro en él.

Campo magnético generado por una corriente que fluye en un alambre recto

Ver también: Energía almacenada en campos eléctricos y magnéticos

En 1820, Biot y Savart encontraron la relación cuantitativa entre la inducción magnética en cualquier punto del espacio y la corriente que la produce. Considérese una pequeña longitud Δl de un alambre que lleve una corriente i. Biot y Savart encontraron que la inducción magnética en un punto P a una distancia r del pedazo de alambre está dado por

ΔB = (μ₀/π) i Δl sen α/r²

donde ΔB es la induccion magnética en el punto P. α es el ángulo entre r y la longitud del conductor considerada, y μ₀ es la permeabilidad del vacío. La inducción magnética es, como ya dijimos, un vector perpendicular al plano formado por r y Δl.

La regla de la mano derecha

Para determinar la dirección de B se emplea la llamada regla de la mano derecha: si el pulgar de esta mano apunta en la dirección de la corriente, entonces, al cerrar la mano, los otros dedos apuntarán en la dirección del campo magnético.

Como una aplicación de la ley de Biot y Savart, calcularemos el campo magnético en el centro de un alambre circular por el que fluye una corriente i.

Para el cálculo del campo magnético en el centro de una espira circular por la que fluye una corriente i

En este caso, Δl y r son perpendiculares. Así, el campo ΔB producido por el elemento Δl del alambre está dado por

ΔB = (μ₀/4π) i Δl /r²

Obsérvese que la dirección de ΔB es perpendicular al plano del alambre y apunta hacia arriba. Imaginemos ahora el alambre dividido en un número grande de pequeños arcos de longitud Δl. Al sumar los campos producidos por cada uno de los elementos, ya que r es constante y ΣΔl = 2πr, se obtiene:

B = (μ₀/2) (i/r²)

Energía almacenada en campos eléctricos y magnéticos

Magnetismo

Descubre como calcular la energía almacenada en campos eléctricos y magnéticos. Los imanes permanentes se han conocido desde hace muchos siglos, siendo cuerpos capaces de atraer al hierro, níquel y cobalto, principalmente. Al frotar una aguja con un imán quedará imantada. Y si se suspende de tal forma que pueda girar libremente, la aguja se orientará en una dirección bien definida. Si no hay otros cuerpos magnetizado en su vecindad, la aguja apuntará en la dirección norte-sur, aproximadamente. El extremo que apunta al norte recibe el nombre de polo norte de la aguja. El otro polo recibe el nombre de polo sur.

El polo norte de un imán repelerá al polo norte y atraerá al polo sur de otro imán. En contraste con la carga eléctrica, se encuentra que un polo magnético no puede existir aislado. Todo imán tiene siempre dos polos opuestos (un polo norte y otro sur). En general, en la naturaleza sólo ocurren dipolos magnéticos.

Otra vez, fue Coulomb quien investigó cuantitativamente la fuerza F entre polos magnéticos, encontrando que es proporcional a las intensidades de los polos p1 y p2, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r entre ellos.

Donde:

F = N
p₁ = p₂ = weber = Wb
k_m = (10⁷/16)A²/N

Si p₁ y p₂ son polos que tienen igual carga, la fuerza es repulsiva, y si tienen diferente carga la fuerza será atractiva. Además, su dirección es la de la recta que une los dos polos.

Inducción magnética

El hecho de que un imán ejerza una fuerza sobre otro indica la existencia de un campo magnético al rededor de un imán, el cual podemos explorar con la ayuda de un polo norte de un imán muy largo y de tal intensidad que su propio campo pueda despreciarse. Definimos la inducción magnética B en un punto P como el cociente de la fuerza F a la magnitud de la intensidad del polo p del imán de prueba

Donde:

F = N
p = Wb
B = Wb/m²
μ₀ = 4π x 10^-7N/A²

La inducción magnética B es una cantidad vectoríal cuya dirección en el punto P es la de la fuerza que actúa sobre el polo norte del imán de prueba. Un polo sur colocado en el punto P experimentará una fuerza cuya dirección es opuesta a la de la inducción magnética en ese punto.

Calculemos la inducción magnética B en un punto P a una distancia r del polo norte de un imán de intensidad p₁. Colocando un polo norte de intensidad p en el punto P, la fuerza entre los dos polos es, de acuerdo a la ley de Coulomb:

La inducción magnética es, por lo tanto:

B = μ₀ k_m p₁/r²

La dirección de B coincide con la dirección de la recta que une los polos y apunta de p₁ a p. La inducción magnética debida al polo sur del imán se calcula en forma semejante y la inducción total será la suma vectorial de las inducciones producidas por cada uno de los polos.

Momento magnético dipolar en campos eléctricos y magnéticos

El campo de inducción magnética puede representarse en forma análoga al campo eléctrico. Emplearemos en este caso líneas magnéticas y las dibujaremos de tal forma que el número de líneas magnéticas que cruza la unidad de área de una superficie plana normal al vector de inducción magnética en un punto dado, es proporcional a la magnitud de este vector. En el caso de un campo magnético uniforme, las líneas magnéticas serán un conjunto de líneas paralelas e igualmente espaciadas.

Ver también: Michael Faraday y el campo electromagnético

Un concepto muy importante es el de momento magnético dipolar de un imán. Considérese un imán muy largo de longitud l, y sea p la intensidad de sus polos. El producto de estas dos cantidades se conoce como momento magnético dipolar M del imán:

M = p l

Además, es un vector cuya orientación coincide con la dirección sur-norte del imán

Al colocar un imán en un campo magnético uniforme de inducción B, sobre cada polo se ejercerá una fuerza magnética, de magnitud pB/μ₀, como se muestra en la imagen.

Fuerza que ejerce un campo magnético sobre los polos de un imán.

Las dos fuerzas constituyen un par, cuya torca T es:

T = (pB/μ₀) l sen α = (MB/μ₀) sen α

donde α es el ángulo entre el eje del imán y la dirección del campo B. Si el imán se gira por un ángulo Δα, el trabajo realizado será

ΔW = (MB/μ₀) sen α Δα

El trabajo que hay que efectuar sobre un imán para que pase de una posición normal a otra paralela a B estará dada por

W = MB/μ₀

Puede considerarse que toda substancia consiste de un gran número de imanes elementales. Cuando el material no está magnetizado, los pequeños imanes están orientados de una forma desordenada, mientras que al colocarla en un campo magnético, los imanes elementales tienden a orientarse en la dirección del campo debido a la torca que cada uno de ellos experimanta. El grado de orden en la orientación determina la intensidad de los polos del material que ha sido magnetizado.

Energía almacenada en campos eléctricos y magnéticos

Se puede demostrar que la capacitancia de un condensador de placas paralelas de área A, separadas por la distancia d, y que se encuentra en el vacío, esta dada por

C = ϵ₀ A/d

Donde:

C = F
A = m²
d = m
ϵ₀ = 8.85 x 10^-12 F/m

El trabajo que hay que hacer al cargar un cuerpo es:

W = CV²/2

En el caso del campo eléctrico E uniforme del condensador, la diferencia de potencial V entre las placas está dada por:

V = Ed

de donde se sigue que el trabajo que hay que hacer para cargar un condensador es:

W = Cd²E² = ϵ₀E²(Ad)/2

Pero Ad es el volumen de la región comprendida entre las placas del condensador, de modo que la energía por unidad de volumen en el campo eléctrico del condensador es:

U_E = ϵ₀E²/2

De modo semejante, puede demostrarse que la cantidad de energía almacenada por unidad de volumen en un campo magnético es:

U_M = B²/2 μ₀

¿Que te parecieron los conceptos sobre la energía almacenada en campos eléctricos y magnéticos?

Qué es la diferencia de potencial entre cargas eléctricas

Descubre qué es la diferencia de potencial entre cargas eléctricas y cómo permite la carga de un material conductor. En física, se llama carga eléctrica a una propiedad de la materia que está presente en las partículas subatómicas. Se hace evidente por fuerzas de atracción o de repulsión entre ellas, a través de campos electromagnéticos.

La materia está compuesta por átomos, y es eléctricamente neutra. Es decir, no está cargada a menos que algún factor externo la cargue. Los átomos poseen la misma cantidad de partículas con carga eléctrica negativa (electrones) que de partículas con carga eléctrica positiva (protones).

Sin embargo, la materia puede cargarse eléctricamente. Es decir, puede ganar o perder carga. Y así, quedar cargada en forma negativa o positiva. La materia cargada genera un campo eléctrico, un campo de fuerzas eléctricas. La fuerza electromagnética es una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza.

Qué es la diferencia de potencial entre cargas eléctricas

Para desplazar una carga q en un campo eléctrico desde el punto A al punto B será necesario, en general, efectuar un trabajo. Se define la diferencia de potencial V entre A y B como el trabajo realizado W dividido entre la carga q.

V = W/q

Donde:

W = trabajo en joules (J)

q = Carga en coulombs (C)

V = Diferencia de potencial en volts (V)

Cuando lo que interesa es la diferencia de potencial entre un punto fijo A y cualquier otro B, se habla simplemente de potencial del punto B. Al potencial del punto A puede dársele el valor cero. Puede calcularse muy fácilmente el potencial del punto r cuando el campo eléctrico se produce por una carga puntual Q ubicada en r = 0.

Al potencial del punto en el infinito se le asigna el valor cero. Entonces, el potencial del punto r será igual al trabajo que hay que efectuar sobre la carga unidad al desplazarla del infinito hasta la posición r:

En este caso, la diferencia de potencial V_AB entre los puntos A y B, estará dada por

Esto es, la diferencia de potencial será igual al trabajo que se efectua sobre una carga unidad para trasladarla del punto A al punto B.

Qué es la energía potencial

El trabajo efectuado para trasladar la carga q desde el infinito hasta el punto A, estará dada por

Este trabajo es precisamente la energía potencial que se almacena en el sistema formado por las dos cargas Q y q separadas porla distancia r_A.

Los puntos de igual potencial definen una superficie llamada superficie equipotencial. La superficie equipotencial que pasa por el punto P es normal al vector de intensidad eléctrica E_P en ese punto.

En el caso del campo generado por una carga puntual, las superficies equipotenciales son esferas con centro en la carga. La superficie de un conductor cargado es también una superficie equipotencial.

Trabajo realizado al cargar un conductor

Imaginemos que al cargar un conductor se procede por etapas, en cada una de las cuales se agrega una pequeña carga Δq. Si el conductor se encuentra al potencial V, al llevar la carga Δq desde el infinito hasta la superficie del conductor se efectuará el trabajo

ΔW = VΔq

Como éste es el trabajo efectuado en cada etapa, el trabajo total que se efectuará hasta colocar en el condutor la carga Q, será igual a la suma de los trabajos efectuados en cada etapa. Matemáticamente, lo anterior se expresa como

           W = ΣΔW = ΣΔq          (*)

El símbolo Σ (sigma) indica que debe efectuarse una suma. Por otra parte, se encuentra experimentalmente que la carga q depositada sobre la superficie de un conductor es proporcional al potencial V de la superficie, esto es

           q = CV          (**)

La constante de proporcionalidad recibe el nombre de capacitancia o capacidad del conductor.

Si [q] = C y [V] = V, entonces [C] = coulomb/volt = farad = F, y C dependerá exclusivamente del tamaño y de la geometría del cuerpo, y del medio donde se encuentra.

Substituyendo el potencial dado en (**) en la expresión(*), se tendrá que:

donde Q y V representan la carga y el potencial finales del conductor.

¿Conocías qué es la diferencia de potencial entre cargas eléctricas?

Superposición de las fuerzas eléctricas y el campo eléctrico

Descubre la superposición de las fuerzas eléctricas y su relación con el campo eléctrico. La fuerza eléctrica que una carga ejerce sobre otra es un vector. Esto quiere decir lo siguiente: consideremos un sistama formado por las cargas q₁, q₂, q₃.

La fuerza eléctrica es un vector. (a) F₁ es la fuerza que ejerce q1 sobre q3 en ausencia de q2. (b) F₂ es la fuerza que q₂ ejerce sobre q₃ en ausencia de q₁. (c) F es la fuerza que q₁ y q₂ ejercen sobre q₃.

Si es la fuerza que q₁ ejerce sobre q₃ en ausencia de q₂ y  es la fuerza que q₂ ejerce sobre q₃ en ausencia de q₁, entonces la fuerza F₃ ejercida sobre q₃ bajo el influjo simultaneo de q₁ y q₂ es

Superposición de las fuerzas eléctricas y el campo eléctrico

La fuerza que una carga experimenta debido debido a una distribución de carga dependerá no sólo de la naturaleza de esta distribución sino tambiénde la posición de la primera carga, de su magnitud y de su signo.

Se observa que, cuando la magnitud de la carga es pequeña, la fuerza ejercida es proporcional a esta magnitud. Esto es,

El vector dependerá, entonces, solamente de la distribución de carga y de la ubicación de q. Cuando se especifica el valor que tiene para todos los puntos de una región, se dice que se conoce como el campo eléctrico en esa región. El valor de en un punto dado recibe el nombre de intensidad eléctrica o intensidad del campo en ese punto.

Principalmente para representar en un gráfico el campo eléctrico, se introduce la idea de línea de fuerza como se muestra en la figura.

Línea de fuerza

Es decir, el vector de intensidad eléctrica en el punto P es tangente a la línea de fuerza que pasa por dicho punto. El sentido de la línea es la del campo eléctrico.

Además, para dar una idea adecuada del campo, el número de líneas que atraviesan por unidad de área de una superficie normal al vector de campo eléctrico en el punto P, por ejemplo, es proporcional a la intensidad de campo E_p.

El número de líneas de fuerza que pasan por unidad de área de una superficie normal al campo en el punto P es proporcional a la magnitud E_p del campo en ese punto.

A continuación, ilustramos algunos campos eléctricos producidos por diferentes distribuciones de carga.

Ejemplos de campos eléctricos. (a) Carga puntual positiva. (b) Carga puntual negativa. (c) Dos cargas de signo opuesto. (d) Dos cargas de igual signo. (e) Dos placas paralelas con carga de signo contrario.

La ley de Coulomb y la conservación de la carga

Descubre la La ley de Coulomb y la conservación de la carga, para calcular la fuerza eléctrica que actúa entre dos cargas en reposo. Charles Agustín Coulomb, físico francés (1736-1806), determinó experimentalmente que la magintud de la fuerza F que un cuerpo de carga q₁ ejerce sobre otro de carga q₂ es directamente proporcional a la magnitud de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que los separa, O sea

F_1→2 = k_E (q₁ q₂)/r²

Esta expresión es válida cuando las dimensiones lineales de los cuerpos cargados son pequeños en comparación con la distancia que los separa. k_E es la constante electrostática y su valor depende del medio donde se encuentra las cargas. Para el vacío, k_E = 9 x 10⁹ Nm²/C². En la figura se indica la dirección y el sentido de la fuerza F_1→2 cuando las cargas tienen el mismo signo y cuando tienen signo opuesto.

La ley de Coulomb y la conservación de la carga

Según Franklin los cuerpos tienen una cantidad de electricidad normal. Cuando un cuerpo es frotado contra otro, parte de la electricidad se transfiere de un cuerpo a otro, de modo que uno queda con exceso y el otro con defecto. Este modelo presupone la existencia de un principio de conservación de la carga.

Ver también: La ley de Charles Coulomb

Según el principio de conservación de la carga, en un sistema aislado la carga se conserva. Es decir, la suma de las cargas positivas y negativas permanece contante. Debido a que la electrización de la materia es un intercambio de electrones, es frecuente utilizar su carga como unidad elemental de carga. La carga eléctrica de un material siempre es múltiplo de la carga eléctrica de un electrón.

De esta forma, son los electrones y los protones las principales partículas subatómicas responsables de la aparición de la electricidad. Ésta se puede originar o transmitir provocando el movimiento de cargas eléctricas de un punto a otro.

Diferencia entre conductores y aisladores

Descubre la diferencia entre conductores y aisladores. La conducción de electricidad en la materia se debe al transporte de cargas (electrones, iones positivos o negativos) a través de ella. En algunos sólidos, una fracción de sus electrones no están asociados con un átomo en particular. Y, bajo la acción de una fuerza eléctrica, pueden transportarse de un lugar a otro del material. A estos sólidos se les llama conductores. En otras substancias los electrones se encuentran firmemente unidos a un átomo o a un grupo de ellos. En este caso, los electrones, bajo la acción de un campo eléctrico externo, sólo pueden desplazarse distancias pequeñas, del orden de las dimensiones moleculares. Puesto que no hay transporte de carga de un lugar a otro del material, no pueden conducir electricidad y se les denomina aisladores.

Los líquidos en estado puro son prácticamente aisladores, mientras que las soluciones acuosas son conductoras en un grado que depende del porcentaje de soluto. Todos los metales son conductores en mayor o menor medida.

Ver también: conductores, semiconductores y aislantes

Algunos de los metales más usados como conductores son el cobre, el oro, la plata, el aluminio y el hierro. Entre éstos, el cobre es el más común por ser relativamente económico y lo suficientemente bueno para cumplir su función, al igual que el aluminio.

El oro y la plata podrían considerarse como los mejores metales conductores. Sin embargo, no es muy común su uso a causa de su alto costo.

La mayoría de los aparatos eléctricos utilizan uno o varios hilos de cobre sólido para conducir la electricidad. Dependiendo de la potencia eléctrica, el grosor de los hilos aumentará para no calentarse en exceso o quemarse. Estos conductores suelen revestirse con un material aislante como el PVC.

¿Conocías esta diferencia entre los conductores y aisladores?

La electricidad y el carácter eléctrico de la materia

 

Hablemos de la electricidad y el carácter eléctrico de la materia. Al frotar una barra de hule con un pedazo de lana, tanto la barra como la lana se electrizan o se cargan eléctricamente. Ahora, si dos barras de hule que se han frotado con lana se colocan una cerca de la otra, se observa una fuerza de repulsión entre las dos. Frotemos, a continuación, dos barras de vidrio con un pedazo de seda. Al ponerlas una cerca de la otra, observaremos otra vez una fuerza de repulsión entre las barras de vidrio. Pero si acercamos una de las barras de hule a una barra de vidrio, previamente electrizadas, veremos que existe ahora una fuerza de atracción.

La carga de todo cuerpo electrizado puede compararse con la de tales barras. Y decimos que cuando se repelen por la barra de hule cargada tienen una carga negativa. Y cuando se repelen por la barra de vidrio electrizada tienen una carga positiva. La elección del signo de la carga, es decir, los adjetivos de positiva y negativa son arbitrarios. La convención establecida es la que se adopta en toda la física.

Experimentalmente se encuentra que la carga eléctrica no puede crearse ni destruirse. Cuando se crea una carga positiva siempre se genera una carga negativa de igual magnitud. Esta es una de las leyes fundamentales de la física y recibe el nombre de ley de la conservación de la carga eléctrica.

Sabemos que la materia está formada por átomos, los cuales constan de un núcleo, que a su vez está formado por protones y neutrones, y de electrones. Los protones tienen una carga positiva y los electrones una carga negativa. Así, el núcleo de un átomo está cargado positivamente, y los electrones están ligados a los núcleos formando una especie de atmósfera alrededor de ellos. Cuando el átomo se encuentra en su estado normal, el número de protones es igual al número de electrones, por lo que es eléctricamente neutro.

El carácter eléctrico de la materia

Es, a veces, conveniente pensar que un átomo es una especie de sistema solar en miniatura: el núcleo toma el ellugar del sol,y los electrones el lugar de los planetas. Aunque esta imagen se encuentra muy alejada de la realidad. En un átomo con varios electrones, algunos están cerca del núcleo, y los otros se encuentran a distancias mayores. Así, por ejemplo, el átomo de sodio tiene 11 electrones, de los cuáles dos se encuentran muy cerca del núcleo, ocho a una distancia mayor y el último está más lejos todavía. Este último no está muy fuertemente ligado al átomo y se puede remover muy fácilmente.

Ver también: El electromagnetismo

En general, un átomo con varios electrones tendrá algunos que dificilmente pueden removerse, y algunos otros, aunque en menor número, que pueden desprenderse muy fácilmente. Por ejemplo, los átomos de litio y de sodio tienen electrones externos que se pueden remover muy fácilmente. Otros átomos, como el helio, el neón y el argón, tienen electrones externos que sólo difícilmente pueden removerse. Las propiedades químicas de los elementos están determinadas por sus electrones externos.

Se observa que los átomos o moléculas de algunas substancias fácilmente capturan electrones y otras los ceden. Se dice, entonces, que la afinidad electrónica de las primeras es mayor que la de las segundas. Al p oner en contacto dos substancias de distinta afinidad electrónica, la que la tenga mayor absorberá electrones de la otra. La primera quedará cargada negativamente y la segunda positivamente.

¿Qué opinas sobre la relación que existe entre la electricidad y el carácter eléctrico de la materia?