HIJOS DE LA FISICA
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Tales de Mileto
(Mileto, actual Turquía, 624 a.C.-?, 548 a.C.) Filosófo y matemático griego. En
su juventud viajó a Egipto, donde aprendió geometría de los sacerdotes de
Menfis, y astronomía, que posteriormente enseñaría con el nombre de
astrosofía. Dirigió en Mileto una escuela de náutica, construyó un canal para
desviar las aguas del Halis y dio acertados consejos políticos. Fue maestro de
Pitágoras y Anaxímenes, y contemporáneo de Anaximandro.
Fue el primer filósofo griego que intentó dar una explicación física del
Universo, que para él era un espacio racional pese a su aparente desorden. Sin
embargo, no buscó un Creador en dicha racionalidad, pues para él todo nacía
del agua, la cual era el elemento básico del que estaban hechas todas las cosas, pues se constituye en
vapor, que es aire, nubes y éter; del agua se forman los cuerpos sólidos al condensarse, y la Tierra flota
en ella. Tales se planteó la siguiente cuestión: si una sustancia puede transformarse en otra, como un
trozo de mineral azulado lo hace en cobre rojo, ¿cuál es la naturaleza de la sustancia, piedra, cobre,
ambas? ¿Cualquier sustancia puede transformarse en otra de forma que finalmente todas las sustancias
sean aspectos diversos de una misma materia? Tales consideraba que esta última cuestión sería
afirmativa, puesto que de ser así podría introducirse en el Universo un orden básico; quedaba determinar
cuál era entonces esa materia o elemento básico.
Michael Faraday
(Newington, Gran Bretaña, 1791-Londres, 1867) Científico
británico. Uno de los físicos más destacados del siglo XIX, nació
en el seno de una familia humilde y recibió una educación
básica. A temprana edad tuvo que empezar a trabajar, primero
como repartidor de periódicos, y a los catorce años en una
librería, donde tuvo la oportunidad de leer algunos artículos
científicos que lo impulsaron a realizar sus primeros
experimentos. Tras asistir a algunas conferencias sobre química
impartidas por sir Humphry Davy en la Royal Institution, Faraday le pidió que lo aceptara
como asistente en su laboratorio. Cuando uno de sus ayudantes dejó el puesto, Davy se lo
ofreció a Faraday. Pronto se destacó en el campo de la química, con descubrimientos como el
benceno y las primeras reacciones de sustitución orgánica conocidas, en las que obtuvo
compuestos clorados de cadena carbonada a partir de etileno.
En esa época, el científico danés Hans Christian Oersted descubrió los campos
magnéticos generados por corrientes eléctricas. Basándose en estos experimentos, Faraday
logró desarrollar el primer motor eléctrico conocido. En 1831 colaboró con Charles
Wheatstone e investigó sobre fenómenos de inducción electromagnética. Observó que un
imán en movimiento a través de una bobina induce en ella una corriente eléctrica, lo cual le
permitió describir matemáticamente la ley que rige la producción de electricidad por un
imán.
Benjamin Franklin
(Boston, 1706 - Filadelfia, 1790) Político, científico e inventor
estadounidense. Decimoquinto hermano de un total de diecisiete,
Benjamin Franklin cursó únicamente estudios elementales, y éstos
sólo hasta la edad de diez años. A los doce comenzó a trabajar
como impresor en una empresa propiedad de uno de sus
hermanos. Más tarde fundó el periódico La Gaceta de Pensilvania,
que publicó entre los años 1728 y 1748. Publicó además
elAlmanaque del pobre Richard (1732-1757) y fue responsable de
la emisión de papel moneda en las colonias británicas de América
(1727). El interés de Benjamin Franklin por los temas científicos comenzó a mediados de
siglo y coincidió con el inicio de su actividad política, que se centró en diversos viajes a
Londres, entre 1757 y 1775, con la misión de defender los intereses de Pensilvania. Participó
de forma muy activa en el proceso que conduciría finalmente a la independencia de las
colonias británicas de América, intervino en la redacción de la Declaración de Independencia
(1776) junto a Jefferson y J. Adams, y se desplazó a Francia en busca de ayuda para
proseguir la campaña contra las tropas británicas.
Finalizada la guerra, Benjamin Franklin fue partícipe en las conversaciones para
concluir el tratado de paz que pondría fin al conflicto y contribuyó a la redacción de la
Constitución estadounidense.
Por lo que respecta a su actividad científica, durante su estancia en Francia, en 1752,
llevó a cabo el famoso experimento de la cometa que le permitió demostrar que las nubes
están cargadas de electricidad y que, por lo tanto, los rayos son esencialmente descargas de
tipo eléctrico.
Para la realización del experimento, no exento de riesgo, utilizó una cometa dotada
de un alambre metálico unido a un hilo de seda que, de acuerdo con su suposición, debía
cargarse con la electricidad captada por el alambre. Durante la tormenta, acercó la mano a
una llave que pendía del hilo de seda, y observó que, lo mismo que en los experimentos con
botellas de Leyden que había realizado con anterioridad, saltaban chispas, lo cual
demostraba la presencia de electricidad.
Este descubrimiento le permitió inventar el pararrayos, cuya eficacia dio lugar a que
ya en 1782, en la ciudad de Filadelfia, se hubiesen instalado 400 de estos ingenios. Sus
trabajos acerca de la electricidad le llevaron a formular conceptos tales como el de la
electricidad negativa y positiva, a partir de la observación del comportamiento de las varillas
de ámbar, o el de conductor eléctrico, entre otros.
Charles Coulomb
(Angulema, Francia, 1736-París, 1806) Físico francés. Su delebridad se basa sobre todo en
que enunció la ley física que lleva su nombre (ley de Coulomb),
que establece que la fuerza existente entre dos cargas eléctricas
es proporcional al producto de las cargas eléctricas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las
separa. Las fuerzas de Coulomb son unas de las más importantes
que intervienen en las reacciones atómicas.
Después de pasar nueve años en las Indias Occidentales como
ingeniero militar, regresó a Francia con la salud maltrecha. Tras el
estallido de la Revolución Francesa, se retiró a su pequeña propiedad en la localidad de Blois,
donde se consagró a la investigación científica. En 1802 fue nombrado inspector de la
enseñanza pública. Influido por los trabajos del inglés Joseph Priestley (ley de Priestley) sobre
la repulsión entre cargas eléctricas del mismo signo, desarrolló un aparato de medición de
las fuerzas eléctricas involucradas en la ley de Priestley, y publicó sus resultados entre 1785
y 1789. Estableció que las fuerzas generadas entre polos magnéticos iguales u opuestos son
inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellos, lo cual sirvió de base
para que, posteriormente, Simon-Denis Poisson elaborara la teoría matemática que explica
las fuerzas de tipo magnético.
ESTRUCTURA ELÉCTRICA DE LA MATERIA
Es "aquello que constituye la sustancia del universo físico". La Tierra, los mares, la
brisa, el Sol, las estrellas, todo lo que el hombre contempla, toca o siente, es materia.
También lo es el hombre mismo. La palabra materia deriva del latín mater, madre. La
materia puede ser tan dura como el acero, tan adaptable como el agua, tan informe como el
oxígeno del aire. A diferentes temperaturas puede presentar diferentes fases, pero
cualquiera que sea su forma, está constituida por las mismas entidades básicas, los átomos.
Las radiaciones ionizantes y sus efectos también son procesos atómicos o nucleares.
QUE SON LOS IONES?
Es una subpartícula cargada eléctricamente constituida por
un átomo o molécula que no es eléctricamente neutra.
Conceptualmente esto se puede entender como que, a partir de un
estado neutro de un átomo o partícula, se han ganado o
perdido electrones; este fenómeno se conoce como ionización.
Los iones cargados negativamente, producidos por haber
más electrones que protones, se conocen como aniones (que son
atraídos por el ánodo) y los cargados positivamente, consecuencia
de una pérdida de electrones, se conocen como cationes (los que son atraídos por el cátodo).
Anión y catión significan:
Anión ("el que va hacia abajo") tiene carga eléctrica negativa.
Catión ("el que va hacia arriba") tiene carga eléctrica positiva.
Ánodo y cátodo utilizan el sufijo '-odo', Ánodo: "camino ascendente de la corriente
eléctrica:polo positivo".2
Cátodo: "camino descendente de la corriente eléctrica:polo negativo".
Un ion conformado por un solo átomo se denomina ion monoatómico, a diferencia de uno
conformado por dos o más átomos, que se denomina ion poliatómico.
A QUE SE LLAMA ELECTRIZACIÓN?
Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargas
eléctricas, se dice que ha sido electrizado.
La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática.
Para explicar como se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la
materia está hecha de átomos, y los átomos de partículas cargadas, un núcleo rodeado de
una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra (no electrizada), tiene el mismo
número des cargas positivas y negativas.
Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros. Si un
material tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en contacto con otro, se
dice que es más positivo en la serie Triboeléctrica. Si un material tiende a capturar
electrones cuando entra en contacto con otro material, dicho material es más negativo en la
serie triboeléctrica.
Un ejemplo de materiales ordenados de más positivo a más negativa es el siguiente:
Piel de conejo, vidrio, pelo humano, nylon, lana, seda, papel, algodón, madera, ámbar,
polyester, poliuretano, vinilo (PVC), teflón.
TIPOS DE ELECTRIZACIÓN:
Cuando un cuerpo cargado eléctricamente se pone en contacto con otro inicialmente
neutro, puede transmitirle sus propiedades eléctricas. Este tipo de electrización denominada
por contacto se caracteriza porque es permanente y se produce tras un reparto de carga
eléctrica que se efectúa en una proporción que depende de la geometría de los cuerpos y de
su composición. Existe, no obstante, la posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante
otro cargado sin ponerlo en contacto con él.
Se trata, en este caso, de una electrización a distancia o por inducción o influencia. Si
el cuerpo cargado lo está positivamente la parte del cuerpo neutro más próximo se cargará
con electricidad negativa y la opuesta con electricidad positiva. La formación de estas dos
regiones o polos de características eléctricas opuestas hace que a la electrización por
influencia se la denomine también polarización eléctrica. A diferencia de la anterior este tipo
de electrización es transitoria y dura mientras el cuerpo cargado se mantenga
suficientemente próximo al neutro. Finalmente, un cuerpo puede ser electrizado por
frotamiento con otro cuerpo, como aprecio Tales de Mileto en el siglo sexto antes de Cristo.
A. Electrización por frotamiento
La electrización por frotamiento se explica del siguiente modo. Por efecto de la fricción,
los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la barra de
ámbar, con lo cual ésta queda cargada negativamente y aquél positivamente. En términos
análogos puede explicarse la electrización del vidrio por la seda. En cualquiera de estos
fenómenos se pierden o se ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno
de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que
en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Esta es la explicación,
desde la teoría atómica, del principio de conservación de la carga eléctrica formulado por
Franklin con anterioridad a dicha teoría sobre la base de observaciones sencillas.
B. Electrización por contacto
La electrización por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas
negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo es porque sus
correspondientes átomos poseen un defecto de electrones, que se verá en parte
compensado por la aportación del cuerpo neutro cuando ambos entran en contacto, El
resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos positivo y el neutro adquiere carga
eléctrica positiva. Aun cuando en realidad se hayan transferido electrones del cuerpo neutro
al cargado positivamente, todo sucede como si el segundo hubiese cedido parte de su carga
positiva al primero. En el caso de que el cuerpo cargado inicialmente sea negativo, la
transferencia de carga negativa de uno a otro corresponde, en este caso, a una cesión de
electrones.
C. Electrización por inducción
La electrización por influencia o inducción es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a
que éstas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de
otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda
cargada negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsión
sobre los electrones atómicos convertirá esa zona en positiva. En ambos casos, la separación
de cargas inducida por las fuerzas eléctricas es transitoria y desaparece cuando el agente
responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro.
QUE SON ALISLADORES Y CONDUCTORES?
Los materiales presentan distintos comportamientos ante el movimiento de cargas
eléctricas.
Conductores
Los elementos conductores tienen facilidad para permitir el movimiento de cargas y sus
átomos se caracterizan por tener muchos electrones libres y aceptarlos o cederlos con
facilidad, por lo tanto son materiales que conducen la electricidad.
Aisladores
Los aisladores son materiales que presentan cierta dificultad al paso de la electricidad y
al movimiento de cargas. Tienen mayor dificultad para ceder o aceptar electrones. En una u
otra medida todo material conduce la electricidad, pero los aisladores lo hacen con mucha
mayor dificultad que los elementos conductores.
ENUNCIADO DE LA LEY DE COULOMB
La ley de Coulomb es válida sólo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no
hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a
velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza
electrostática.
En términos matemáticos, la magnitud de la fuerza que cada una de las dos
cargas puntuales y ejerce sobre la otra separadas por una distancia se expresa
como:
Dadas dos cargas puntuales y separadas una distancia en el vacío, se atraen
o repelen entre sí con una fuerza cuya magnitud está dada por:
La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitudes vectoriales:
donde es un vector unitario, siendo su dirección desde la cargas que produce la fuerza
hacia la carga que la experimenta.
Al aplicar esta fórmula en un ejercicio, se debe colocar el signo de las cargas q1 o q2,
según sean éstas positivas o negativas.
El exponente (de la distancia: d) de la Ley de Coulomb es, hasta donde se sabe hoy
en día, exactamente 2. Experimentalmente se sabe que, si el exponente fuera de la
forma , entonces .
Representación gráfica de la Ley de Coulomb para dos cargas del mismo signo.
Obsérvese que esto satisface la tercera de la ley de Newton debido a que implica que
fuerzas de igual magnitud actúan sobre y . La ley de Coulomb es una ecuación vectorial
e incluye el hecho de que la fuerza actúa a lo largo de la línea de unión entre las cargas.
A QUE SE LLAMAN INTERACCIONES ELÉCTRICAS?
Suponga que usted frota un globo con una piel de animal como una chompa de lana o incluso
su propio cabello. El globo probablemente se cargaría y su carga ejercería una extraña
influencia sobre otros objetos en su vecindad. Si algunos pequeños pedazos de papel fueran
colocados sobre una meza y el globo fuera colocado encima de los pedazitos de papel,
entonces la presencia del globo cargado podría generar suficiente atracción para que los
pedazos de papel se eleven hacia ellos alejandose de la meza.
Esta influencia - conocida como fuerza eléctrica - ocurre incluso cuando el globo
cargado es mantenida a alguna distancia lejana de los pedazos de papel. La fuerza eléctrica
es una fuerza de acción a distancia. Cualquier objeto cargado puede ejercer esta fuerza
sobre otros objetos - objetos cargados y no cargados. Uno de los objetivos de esta unidad es
entender la naturaleza de esta fuerza eléctrica.
COMO SON LAS INTERACCIONES ENTRE CARGAS? DE IGUAL SIGNO Y DE SIGNO
DIFERENTE
Las interacciones entre cargas eléctricas pueden ser atractivas o repulsivas: Cargas
del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario se atraen. La carga eléctrica neta de
un cuerpo es la suma algebraica de sus cargas positivas y negativas; un cuerpo que tiene
cantidades iguales de electricidad positiva y negativa (carga neta cero) se dice que es
eléctricamente neutro.
PROPIEDADES DE LA CARGA ELÉCTRICA
Como ya vimos, se define la carga eléctrica como la propiedad de
la materia en virtud de la cual es capaz de ejercer fuerzas de tipo
eléctrico. Se designa habitualmente por la letra q.
La carga eléctrica constituye una medida de la intensidad de las
fuerzas eléctricas que un cuerpo es capaz de ejercer. También se suele
decir que la carga eléctrica constituye una medida de la cantidad de
electricidad de un cuerpo.
Principio de conservación de la carga: en todos los procesos
que ocurren en un sistema aislado, la carga total permanece
constante.
Cuantificación de la carga: la carga eléctrica no aparece en cualquier cantidad,
sino en múltiplos enteros de una unidad fundamental o cuanto. La unidad
fundamental de carga es la carga eléctrica del electrón.
Estructura atómica: las propiedades eléctricas de los cuerpos se pueden entender
de forma simple teniendo en cuenta la estructura eléctrica de los átomos que
constituyen la materia. Todo proceso de transferencia de carga se puede entender
como un proceso de transferencia de electrones entre los átomos de dos cuerpos.
Cuando se transfieren electrones por frotamiento, decimos que los cuerpos se cargan por
frotamiento (electrización por frotamiento), mientras que cuando los electrones se
transfieren por contacto directo, decimos que los objetos se cargan por contacto
(electrización por contacto).
Interacciones eléctricas y gravitatorias
Ya en el año 1785 era conocida la forma como interactuaban las partículas
cargadas. Esto fue propuesto por el físico e ingeniero francés Charles
Augustin de Coulomb, y expresado en la ley que lleva su nombre.
Además, en su honor fue bautizada la unidad de carga eléctrica en el
sistema MKS: el Coulomb o Culombio (C).
La mencionada ley de Coulomb establece que la fuerza entre dos cuerpos
cargados
es directamente proporcional a la carga de ambos cuerpos e inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia entre ellos; y además, la fuerza va en la dirección de una línea recta
imaginaria que une ambos cuerpos.
En la forma, esta ley de Coulomb para las interacciones eléctricas es muy semejante
a la ley de la gravitación universal para las interacciones gravitatorias: en ambos casos la
fuerza entre dos cuerpos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los
separa; la fuerza es proporcional al producto de las cargas en el caso de las fuerzas
eléctricas, y proporcional al producto de las masas en el caso de las fuerzas gravitatorias.
Sin embargo, existen algunas diferencias importantes entre ambas: mientras todas
las masas se atraen, las cargas eléctricas son —como ya vimos— de dos tipos (positivas y
negativas), y las fuerzas entre ellas pueden ser de atracción (si las cargas son de signo
contrario) o de repulsión (si las cargas son del mismo signo); las interacciones eléctricas son
mucho más intensas que las interacciones gravitatorias: las fuerzas eléctricas suelen ser
1.036 hasta 1.040 veces mayores que las fuerzas gravitatorias.
De hecho, las interacciones eléctricas son las responsables de las interacciones en
átomos y moléculas, mientras que la interacción gravitatoria resulta ser demasiado débil
para justificar estas estructuras: la interacción eléctrica es del orden de magnitud requerido
para producir el enlace entre átomos para formar moléculas, o el enlace entre electrones y
protones para formar átomos.
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN
U.E.N “LUIS URDANETA”SAN FRANCISCO EDO. ZULIA
NOMBRE:
DEISY GONZÁLEZ