Atracciones y Repulsiones Eléctricas La Ley de Coulomb es la ley fundamental de la electrostática que determina la fuerza con la que se atraen o se repelen dos cargas eléctricas. Las primeras medidas cuantitativas relacionadas con las atracciones y repulsiones eléctricas se deben al físico francés Charles Agustín Coulomb. Si las cargas eléctricas se mantienen constantes, la fuerza de atracción o de repulsión entre ellas es, en valor absoluto, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Si ambas cargas tienen el mismo signo, es decir, si ambas son positivas o ambas negativas, la fuerza es repulsiva. Si las dos cargas tienen signos opuestos la fuerza es atractiva. La unidad para medir cargas eléctricas del Sistema Internacional (SI) es el Coulomb. Equivale a la carga generada por 6,25x1018 electrones. Cuando acercamos una carga de diferente polaridad a otra, se puede observar que entre ellas hay una fuerza que se dirige en línea recta hacia o en contra de la carga, dependiendo de la polaridad de la carga. El campo eléctrico es la región del espacio en donde suceden las interacciones eléctricas entre dos cargas.

Repulsión electrostática

1.1 INTRODUCCION

La fuerza de repulsión electrostática se da cuando dos cargas tienen la misma

polaridad. En el caso de la atracción del campo eléctrico, la carga en el canal de la

pared se supone positiva, mientras que una partícula con carga negativa se

introduce en el campo, la carga de la pared mantiene su magnitud positiva,

mientras que la carga de la partícula se cambia de negativa a una carga positiva.

En un estudio realizado, se observo que para el flujo en microcanales cuando

estos no tienen campo eléctrico repulsivo una sola partícula es capaz de entrar al

micro canal. Cuando el campo eléctrico tiene el efecto de atracción (polaridad

opuesta), las partículas entran en el canal, debido a la fuerza de atracción donde

la fuerza electrostática actúa sobre la partícula como fuerza de arrastre y la

influencia de estas dos fuerzas en la partícula es lo que finalmente la atrae hacia

la pared. Cuando el campo eléctrico tiene el efecto de repulsión (misma polaridad),

las paredes de carga positiva de los canales del filtro repelen a las partículas con

carga positiva que intentan entrar en el canal y desvían su trayectoria.

(http://www.lib.ncsu.edu/theses/available/etd-08172009-161722/unrestricted/

etd.pdf)

1.2 Fuerzas Entre las Partículas

Como ya sabemos que las partículas tenderán a unirse para disminuir la energía

superficial del sistema, toda fuerza que tienda a mantener las partículas

separadas, o sea, una fuerza repulsiva, tenderá a aumentar la estabilidad del

sistema. Por el contrario, toda fuerza que tienda a reunir las partículas, o sea, una

fuerza atractiva, tenderá, al sumarse al efecto de la energía superficial, a reducir la

estabilidad de estos sistemas. (José Helman. Farmacotecnia teórica y práctica.

CECSA México 1984. Capítulo 15)

1.2.1 Fuerzas Repulsivas

Las fuerzas repulsivas más significativas que pueden existir entre las partículas

sólidas de una suspensión, son las que derivan de la existencia de la doble capa

eléctrica. Todas las partículas sólidas de una suspensión son de la misma

naturaleza, luego si se produce una adsorción de iones y se genera una doble

capa eléctrica alrededor de cada partícula, cada una de ellas tendrá una carga

eléctrica del mismo signo. Esta carga, de acuerdo a la ley de Coulomb, generará

una fuerza repulsiva entre todas y cada una de las partículas tendiendo, en

consecuencia, a mantenerlas separadas. (José Helman. Farmacotecnia teórica y

práctica. CECSA México 1984. Capítulo 15)

1.2.2 Fuerzas Atractivas

Las fuerzas atractivas entre las partículas sólidas de una suspensión pueden

generarse por interacciones entre dipolos permanentes o inducidos, existentes o

creados, en las partículas y también por efectos cuánticos. Estas fuerzas

atractivas se denominan, fuerzas de London-Van der Waals y son también una

función de la inversa de la distancia que separa las partículas elevadas a un

exponente. Se comprende, por lo tanto, que si bien estas fuerzas son muy

intensas a pequeñas distancias, al estar elevada esta distancia a un exponente tan

alto, la intensidad de las fuerzas disminuye con mucha rapidez cuando la distancia

aumenta. (José Helman. Farmacotecnia teórica y práctica. CECSA México 1984.

Capítulo 15)

1.2.4 TRAYECTORIA DE UNA PARTÍCULA EN UN FLUIDO CON UN CAMPO

ELÉCTRICO DE ATRACCIÓN.

Con el fin de estudiar el efecto de la carga electrostática de atracción sobre la

trayectoria de las partículas a lo largo de las paredes con la fuerza de arrastre, a la

carga distribuida sobre la superficie de las paredes del canal, se le asigna una

carga positiva (polaridad) y la carga de la partícula se supone negativa. Las

partículas se inyectan desde diferentes lugares dentro del mismo canal. Debido a

la polaridad inversa entre la carga de las partículas y la carga de la pared, existe

una fuerza de atracción entre los dos.

(http://www.lib.ncsu.edu/theses/available/etd-08172009-161722/unrestricted/

etd.pdf)

Tales de Mileto (624-543 a. C.)

Fue un filosofo griego, fundador de la escuela jónica, considerado como uno de los siete sabios de Grecia.

Desde el punto de vista de la electricidad, fue el primero en descubrir que si se frota un trozo de ámbar, este atrae objetos más livianos, y aunque no llego a definir que era debido a la distribución de cargas, si creía que la electricidad residía en el objeto frotado.

De aquí se ha derivado el término electricidad, proveniente de la palabra elektron, que en griego significa ámbar, y que la empezó a emplear hacia el año 1600 d. C., el físico y médico ingles Willian Gilbert, cuando encontró esta propiedad en otros muchos cuerpos.

 

Willian Gilbert (1544-1603)

 

Este físico y médico de la reina Isabel I de Inglaterra, es a quien se le atribuye realmente el descubrimiento de la electricidad, en un primer estudio científico sobre los fenómenos eléctricos que realizo hacia el año 1600, donde además y por primera vez aplico el término eléctrico ( proveniente del griego elektron, que significa ámbar) a la fuerza que ejercen algunas substancias al ser frotadas.

Este científico verifico que muchas substancias se comportaban como el ámbar al ser frotadas, atrayendo objetos livianos, mientras que otras no ejercían atracción alguna, aplicando el término eléctrica a la fuerza que ejercían estas substancias una vez frotadas. Clasificó dichas substancias: llamando a las primeras cuerpos eléctricos (actualmente aislantes) y a las segundas aneléctricos (actualmente conductores).

Fue el primero en realizar experimentos de electrostática y magnetismo, y quizás su aportación más importante a la ciencia fue la de demostrar experimentalmente el magnetismo terrestre. También fue el primero en emplear los términos "energía eléctrica", "atracción eléctrica" o "polo magnético". Su obra "The Magnete" fue la primer obra científica escrita en Inglaterra.

Otto von Guericke (1602-1686)

 

Este físico alemán, nacido en Magdenburgo, fue el creador de la primera máquina electrostática capaz de producir una descarga eléctrica, allá por el año 1672. Esta máquina estaba formada por una esfera de azufre movida por una manivela, sobre la cual se inducía una carga al apoyar una mano sobre ella.

Este científico se dedicó también al estudio de la presión atmosférica, inventando la primera bomba de aire. También demostró la existencia de la presión atmosférica, por el medio de los denominados hemisferios de Magdeburgo. Y como hombre polifacético de su tiempo también se dedico a la astronomía, principalmente en el estudio de la predicción de la aparición periódica de los cometas.

 

Stephen Gray (1666-1736)

Este físico ingles estudio principalmente la conductibilidad de los cuerpos y, después de muchos experimentos, fue el primero en transmitir electricidad a través de un conductor en 1729. Experimentos que realizó junto a Jean Desaguliers, y que la primera vez consistió en electrificar un corcho, conectado al uno de los extremos de un hilo metálico, de mas de 200 m de longitud, por medio de un tubo de vidrio, previamente electrificado por frotación, que aplicó al otro extremo del conductor.

En sus experimentos también descubrieron que para que la electricidad, o los efluvios o virtud eléctrica, como ellos lo llamaron, pudiera circular por el conductor, este tenia que estar aislado de tierra. Posteriormente se dedico también al estudio de otras formas de transmisión de la electricidad, que él seguía denominandoefluvios eléctricos .

Mas adelante, junto con los científicos G. Wheler y J Godfrey, efectuó la clasificación de los materiales en eléctricamente conductores y aislantes.

Charles Francois de Cisternay Du Fay (1698-1739)

 

 

 

 

 

Enterado de los trabajos de Gray este científico francés, al enterarse de los trabajos de Stephen Gray, dedico su corta vida al estudio de los fenómenos eléctricos. Du Fay, entre otros muchos experimentos, observo que una lámina de oro siempre era repelida por una barra de vidrio electrificada.

Publico sus trabajos en 1733 siendo el primero en identificar la existencia de dos tipos de cargas eléctricas (las denominadas hoy en día positiva y negativa), que él denomino carga vitria y carga resinosa, debido a que ambas se manifestaban: de una forma al frotar, con un paño de seda, el vidrio ( carga positiva) y de forma distinta al frotar, con una piel, algunas substancias resinosas como el ámbar o la goma, (carga negativa).

 Benjamín Franklin (1706-1790)

 

 

 

 

 

Este polifacético norteamericano: político, impresor, editor y físico, investigo los fenómenos eléctricos e invento el pararrayos. Desarrollo una teoría según la cual la electricidad era un fluido único existente en toda materia y califico a las substancias en eléctricamente positivas y eléctricamente negativas, de acuerdo con el exceso o defecto de ese fluido.

Confirmo también que las tormentas eran fenómenos de tipo eléctrico y demostró, por medio de su celebre cometa, que los rayos eran descargas eléctricas de tipo electrostático.

Desde el punto de vista política este hombre se dedico a difundir la cultura y los servicios públicos, dirigió el periódico Pensylvania Gazette, fue representante diplomático en Londres y Paris, participo en las negociaciones de paz entre Inglaterra y las colonias americanas en la guerra de la independencia y fue delegado de la comisión encargada de redactar la Constitución norteamericana, siendo históricamente una de las mas grandes figuras políticas de su país.

Joseph Priestley (1733-1804)

 

 

 

 

 

Este teólogo, químico y gran hombre de ciencia británico, aisló y describió varios gases, (entre ellos el oxígeno) y esta considerado como uno de los fundadores de la química moderna.

Aunque su formación estaba orientada para que fuera ministro de la Iglesia de los Disidentes que comprendía varias iglesias separadas de la Iglesia de Inglaterra, de la que fue ordenado en 1762; Priestley fue animado a dirigir experimentos sobre la nueva ciencia de la electricidad por el estadista y científico estadounidense Benjamín Franklin, a quien conoció en Londres en 1766. Como fruto de estos experimentos, Priestley escribió al año siguiente la Historia de la electricidad. Entre sus importantes descubrimientos está que el carbón de leña es un conductor de la electricidad.

Durante los experimentos que Priestley realizó, descubrió el oxígeno y describió su función en la combustión y en la respiración de los seres vivos, aunque no fue totalmente consciente de la importancia que su descubrimiento tendría en el futuro. Priestley también aisló y describió las propiedades de muchos otros gases, como el amoníaco, óxido nitroso, dióxido de azufre y monóxido de carbono.

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806)

 

Este físico e ingeniero francés, nacido en Angulema fue el primero en establecer las leyes cuantitativas de la electrostática, además de realizar muchas investigaciones sobre: magnetismo, rozamiento y electricidad.

En el año 1758 ingresó en el cuerpo de ingenieros militares, y en 1784 fue nombrado miembro de la Academia de Ciencias, pero al empezar la revolución francesa, en 1789, se retiro de todos sus cargos públicos y militares, para dedicarse por entero a la investigación. Sus investigaciones científicas están recogidas en siete memorias, en las que expone teóricamente los fundamentos del magnetismo y de la electrostática.

En 1777 inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o repulsión que ejercen entre si dos cargas eléctricas, y estableció la función que liga esta fuerza con la distancia. Con este invento, culminado en 1785, Coulomb pudo establecer el principio, que rige la interacción entre las cargas eléctricas, actualmente conocido como ley de Coulomb: F = k (q q') / d2.

Coulomb también estudio la electrización por frotamiento y la polarización, e introdujo el concepto de momento magnético. También colaboró en la planificación del sistema métrico decimal de pesas y medidas. La unidad de medida de carga eléctrica, el culombio, recibió este nombre en su honor.