Métodos de electrificación por contacto, frotación e inducción
En esta clase revisaremos los tres métodos de electrificación: contacto, frotamiento e inducción. Se introduce la estructura atómica de la materia, diferenciando entre conductores y aislantes. Se describe cómo los cuerpos ganan o pierden carga eléctrica mediante estos métodos, destacando que la inducción no necesita contacto directo entre los objetos involucrados.
Objetivos de Aprendizaje:
Al concluir esta clase el estudiante será capaz de:
- Listar las partículas subatómicas y sus respectivas cargas y masas.
- Explicar por qué al frotar ciertos materiales estos adquieren carga eléctrica.
- Describir la relación entre el comportamiento observado por los griegos (ámbar cargado) y la noción moderna de electricidad.
- Diferenciar entre átomos neutros, cationes y aniones.
- Utilizar la ley de los signos para predecir el comportamiento entre cargas eléctricas.
INDICE DE CONTENIDOS
Conductores y aislantes
Electrificación
Carga por contacto
Carga por frotación
Carga por inducción
Conductores y aislantes
Los átomos que constituyen la estructura interna de la materia se componen de tres tipos de particulas: protones, neutrones y electrones. Los protones y neutrones, que forman el núcleo atómico y se denominan nucleones, mientras que los electrones se ubican en capas externas en una especie de «nubes orbitales». Los nucleones se mantienen unidos debido a las fuerzas nucleares y, salvo en átomos muy masivos susceptibles de desintegrarse mediante procesos radiactivos, no se pierden ni se adquieren fácilmente. En contraste, los electrones de las capas más externas, dependiendo de la configuración electrónica del átomo, pueden tener mayor o menor libertad de movimiento.
Basándonos en lo anterior, podemos categorizar los objetos físicos en dos tipos opuestos: conductores y aislantes. Mientras que los conductores son materiales capaces de adquirir y liberar electrones con facilidad, los aislantes tienden a resistir el intercambio de sus electrones.
Si bien tanto conductores como aislantes tienen la capacidad de perder o ganar electrones, la distinción fundamental se encuentra en la movilidad de los electrones una vez que estos son captados por los átomos del material. Por ejemplo, en la mayoría de los metales, los electrones disfrutan de una libertad de movimiento que posibilita la formación de «corrientes eléctricas». Por contraste, en materiales como la goma, aunque puedan adquirir carga eléctrica, es complicado que las cargas se trasladen de un punto a otro a través de ellos.
Electrificación
La electrificación se refiere al fenómeno de ganar o perder carga eléctrica. A continuación, se describen los procesos mediante los cuales ocurre este fenómeno.
Carga por contacto
La carga por contacto implica electrificar un cuerpo al ponerlo en contacto con otro que ya está electrificado. Al hacerlo, los electrones se redistribuyen entre ambos cuerpos hasta que alcanzan un equilibrio en sus cargas. Para que este proceso tenga lugar, es esencial que ambos cuerpos sean conductores; si no lo son, las cargas no se redistribuirán libremente y la electrificación no se producirá.
A continuación, se presenta una tabla que resume los aspectos clave de la carga por contacto.
| Estado de Cargas Iniciales | Proceso de Contacto | Estado de Cargas Finales | Observación | ||
| (+) | Neutro | \left. \right> | (+) | (+) | La carga positiva se reparte entre los dos cuerpos |
| (+) | (-) | \left. \right> | (+) | (+) | Se contrarrestan las cargas, quedando la carga dominante |
| (+) | (-) | \left. \right> | Neutro | Neutro | Cargas iguales y opuestas se anulan |
| (-) | (+) | \left. \right> | (-) | (-) | Se contrarrestan las cargas, quedando la carga dominante |
| (-) | Neutro | \left. \right> | (-) | (-) | La carga negativa se reparte entre los dos cuerpos |
Carga por frotación
Al frotar un cuerpo contra otro, se produce un ligero aumento en la temperatura. Esto se debe a que, durante el frotamiento, se transfiere energía entre los cuerpos. Parte de esta energía puede desplazar los electrones de un objeto a otro. Al suceder esto, decimos que los cuerpos han adquirido carga por frotación. A diferencia de la carga por contacto, en la carga por frotación dos cuerpos neutros terminan teniendo cargas de igual magnitud pero de signo contrario.
A continuación, se presenta una tabla que resume los principales aspectos de la carga por frotamiento.
| Estado de Cargas Iniciales | Proceso de Frotación | Estado de Cargas Finales | Observación | ||
| Neutro | Neutro | \left. \right> | (+) | (-) | Un cuerpo cede al otro sus electrones, quedando uno cargado positivo y el otro negativo |
Carga por inducción
Dentro de los métodos de electrificación que hemos analizado, la carga por inducción se distingue por ser el único que no necesita contacto directo entre los objetos involucrados. En este método, se utiliza el efecto que el campo eléctrico de un objeto cargado tiene sobre los electrones de un cuerpo neutro. Para comprender este mecanismo, es esencial saber que los electrones, que poseen carga negativa, pueden ser atraídos o repelidos en presencia de otro objeto con carga. Además, es crucial entender que la conexión a tierra actúa como fuente o depósito de electrones, según el caso.
Inducción de neutro a negativo
Inducción de neutro a positivo
