Carga y fuerza eléctricas: definición, repulsión y atracción

Átomos y carga eléctrica

Probablemente sepas lo que sucede si frotas un globo contra tu cabello. Cuando quitas el globo, parte de tu cabello se levanta hacia arriba, como si estuviera tratando de seguir el globo. Incluso puede saber que es causado por algo llamado electricidad estática. Pero, ¿sabes qué es la electricidad estática o por qué hace que tu cabello se sienta atraído por el globo? Para responder a estas preguntas, tenemos que comenzar con el átomo.

Cuando un átomo tiene la misma cantidad de protones y electrones, se cancelan entre sí.

Todo en el universo está hecho de átomos, y cada átomo contiene tres tipos de partículas llamadas protones, neutrones y electrones. Los protones y neutrones están empaquetados en el núcleo en el centro del átomo, mientras que los electrones giran alrededor del exterior en un movimiento constante. Para nuestra discusión sobre la electricidad, solo necesitamos preocuparnos por los protones y los electrones porque tienen una propiedad llamada carga eléctrica . La carga eléctrica que poseen los electrones y protones es responsable de la forma de energía que comúnmente llamamos electricidad. Los protones tienen una carga positiva, que es fácil de recordar porque la palabra «protón» y «positivo» comienzan con la letra «p». Los electrones, por otro lado, tienen una carga negativa, que es igual pero opuesta a la carga de un protón. Si unes un electrón y un protón, sus cargas se cancelan entre sí, y decimos que juntos no tienen carga neta.

Iones

En la mayoría de los átomos, hay el mismo número de protones y electrones, por lo que el átomo en sí no tiene carga neta. Sin embargo, hay muchos átomos que ceden electrones o aceptan más electrones con relativa facilidad. Cuando esto sucede, llamamos al átomo un ion . Si un electrón desaparece, el átomo queda con más protones que electrones y el átomo se convierte en un ion positivo . Del mismo modo, si un electrón llega y se une al átomo, habrá más electrones que protones y el átomo se convertirá en un ion negativo.

Conservación de la carga

La estática de frotar un globo en su cabeza es causada por la transferencia de electrones.

La transferencia de electrones de un átomo a otro ocurre todo el tiempo. ¿Recuerdas frotarte el pelo con un globo? Este es un gran ejemplo de transferencia de electrones, pero ¿por qué sucede? La respuesta es que tu cabello contiene átomos que están felices de regalar algunos de sus electrones. Por otro lado, el globo contiene átomos que quieren aceptar esos electrones y retenerlos. Por lo tanto, cuando frotaste los dos juntos, un montón de electrones se transfirieron de tu cabello al globo. Como resultado de esta transferencia, su cabello se cargó positivamente porque sus átomos se quedaron con más protones que electrones, y el globo se cargó negativamente porque sus átomos tenían más electrones que protones. Una observación muy importante de este ejemplo es que no hicimos más electrones para acumular una carga negativa en el globo, y no destruimos ningún electrón para acumular una carga positiva en tu cabello. Todo lo que hicimos fue transferir los electrones de un lugar a otro. Este concepto se conoce como conservación de carga . En pocas palabras, la carga no se crea ni se destruye. Solo se transfiere de un lugar a otro.

Fuerzas entre partículas cargadas

Hablemos de por qué su cabello se sintió atraído por el globo después de que se frotaron. ¿Alguna vez has escuchado el dicho «los opuestos se atraen»? Un fenómeno muy importante de las partículas cargadas es que las cargas opuestas ejercen una fuerza entre sí que tiende a unirlas. Debido a que su cabello estaba cargado positivamente y el globo estaba cargado negativamente, de hecho se sintieron atraídos el uno por el otro. Ahora, si quita el globo por completo, es posible que observe que algunos de sus pelos no se recostarán sobre su cabeza, sino que se quedarán rectos en el aire. Esta observación demuestra el otro fenómeno de que cargas similares ejercen una fuerza entre sí que tiende a alejarlas. Todos tus cabellos están cargados positivamente, ¡así que están haciendo todo lo posible por mantenerse alejados unos de otros!

Electricidad estática

El aligeramiento se crea cuando los electrones se mueven rápidamente de un objeto a otro a través del aire.

Cuando la carga eléctrica se acumula en un objeto, como en el globo, lo llamamos electricidad estática.. El término ‘estático’ simplemente se refiere al hecho de que la carga eléctrica no se mueve, sino que permanece en el globo. ¿Alguna vez te ha afectado la electricidad estática? ¡Apuesto a que sí y no hay nada ‘estático’ en eso! Para entender por qué sucede esto, echemos un vistazo a nuestro ejemplo de globo nuevamente. Cuando el globo se frotó contra tu cabello, acumuló un montón de electrones. Ahora, digamos que acercamos el globo a un objeto con carga positiva. Los electrones en el globo serán atraídos simultáneamente por el objeto cargado positivamente y repelidos entre sí. Si las fuerzas atractivas y repulsivas son lo suficientemente fuertes, los electrones saltarán directamente por el aire para llegar al objeto con carga positiva. Esta rápida transferencia de electrones es lo que ve, oye y siente como una chispa eléctrica. A mayor escala,

Resumen de la lección

Repasemos lo que hemos aprendido. La carga eléctrica que poseen los electrones y protones es responsable de la forma de energía llamada electricidad . Los protones tienen carga positiva y los electrones tienen la misma cantidad de carga negativa. Cuando un átomo sin carga neta gana o pierde un electrón, se convierte en un ion . Los electrones se pueden transferir de los átomos de un objeto a los átomos de otro objeto. Esta transferencia de electrones deja un objeto cargado positivamente, mientras que el otro objeto se carga negativamente. La conservación de la cargaestablece que la carga no se crea ni se destruye sino que solo se transfiere. Los objetos con cargas opuestas ejercen una fuerza de atracción entre sí, mientras que los objetos con cargas similares ejercen una fuerza de repulsión entre sí. Y finalmente, la electricidad estática es la acumulación estacionaria de carga en un objeto que puede resultar en una chispa, que es la transferencia rápida de electrones entre objetos.

Resultado de aprendizaje

Al completar esta lección, debería estar listo para:

• Explica cómo los protones y los electrones pueden crear carga eléctrica.
• Resume cómo frotar un globo en tu cabello hace que tu cabello se erice
• Definir electricidad, iones, conservación de carga y electricidad estática.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador