¿Qué es el cargo?
¿Alguna vez extendió la mano para tocar el pomo de una puerta de metal cuando de repente una chispa saltó entre su mano y el pomo de la puerta y le causó un pequeño impacto? ¿O tal vez te has cepillado el cabello en un día frío y seco y, después, viste que tu cabello estaba erizado? ¿Qué está pasando para que sucedan estas cosas?
Todo se debe a un fenómeno llamado electricidad estática. Cuando te cepillaste el cabello, algunas partículas cargadas se transfirieron de tu cabello al cepillo, lo que hizo que tu cabello se cargara y que las hebras individuales se repelen entre sí.
Es fácil ver lo que le sucede a tu cabello y comprender que se están transfiriendo algunas cargas para causar este efecto. Sin embargo, determinar exactamente qué partículas llevan esta carga y cuánta carga tienen estas partículas individuales es mucho más complejo.
¿Cuál es la menor cantidad de carga que puede existir y qué partículas pueden transportar esta carga?
Estas son preguntas que han fascinado a la gente durante muchos años, pero se necesitó mucho tiempo y mucha investigación para encontrar las respuestas.
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¿Qué es el cargo elemental?
En 1897, JJ Thomson descubrió la existencia de una pequeña partícula cargada, a la que llamó electrón. Mostró que los electrones estaban cargados negativamente y que podían transmitir cargas negativas al moverse de un objeto a otro. Sin embargo, todavía no pudo determinar exactamente cuánta carga tenía cada electrón.
Unos años más tarde, en 1909, a Robert Millikan se le ocurrió una forma muy inteligente de determinar la magnitud de una carga en un solo electrón, que ahora llamamos carga elemental . Al utilizar un campo eléctrico para suspender las gotas cargadas de aceite, pudo calcular la carga en cada gota.
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Midió la carga en cientos de gotas de aceite y descubrió que la carga de cada gota era un múltiplo de 1,6 x 10 -19 Coulombs (C). Llegó a la conclusión de que la magnitud de la carga de la partícula más pequeña que se puede transferir, un solo electrón, debe ser exactamente 1,6 x 10-19 C.
Más de 100 años después, hemos medido la carga elemental con mayor precisión de lo que Millikan pudo. El valor aceptado actual para la carga elemental es 1,602176565 x 10 -19 C, aunque 1,6 x 10 -19 C generalmente le da resultados que son lo suficientemente precisos para la mayoría de los problemas.
Ahora sabemos que hay dos partículas elementales cargadas: protones y electrones. Los electrones tienen carga negativa, mientras que los protones tienen carga positiva. Sin embargo, ambos tienen la MISMA magnitud de carga: 1,6 x 10-19 C.
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¿Cómo se cargan los objetos?
Entonces, si tanto los protones como los electrones están cargados, ¿pueden ambos transportar carga de un objeto a otro?
Los protones, que son mucho más masivos que los electrones, están estrechamente unidos dentro del núcleo de cada átomo, por lo que NO tienen libertad para moverse. Aunque están cargados, los protones individuales no se mueven de un objeto a otro.
Los electrones, sin embargo, existen en una nube que rodea el núcleo, por lo que es mucho más fácil eliminar un electrón de un átomo y transferirlo a otro objeto. Por lo tanto, los electrones son las partículas elementales que se mueven y llevan carga de un objeto a otro.
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¿Puede cualquier objeto tener más que la carga elemental?
Ahora que sabemos que los electrones son las partículas que llevan carga y que cada electrón contiene una cantidad fija de carga, veamos si finalmente podemos explicar exactamente qué está sucediendo para que se te erice el cabello.
Cuando se pasa el cepillo por el cabello, existe cierta fricción entre el cabello y las cerdas. Esta fricción extrae electrones de los átomos de tu cabello y los transfiere al cepillo, lo que hace que las cerdas del cepillo se carguen negativamente y deje tu cabello con carga positiva. Luego, debido a que cada mechón de tu cabello está cargado positivamente, todos se repelen entre sí, ¡haciendo que tu cabello se ponga de punta!
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Observe que en este ejemplo, se transfieren múltiples electrones de su cabello al cepillo. De hecho, ¡sería muy raro que un objeto recibiera solo un electrón extra en esta transferencia!
En otras palabras, sabemos que los objetos pueden tener más que la carga elemental porque se pueden transferir muchos electrones. Por lo tanto, la carga neta de un objeto es siempre un múltiplo de la carga elemental (1,6 x 10 -19 C).
¿Puede cualquier objeto tener menos que la carga elemental?
Hasta donde sabemos, no es posible que un objeto tenga una carga menor que la carga elemental. Los protones y los electrones llevan cada uno la menor cantidad de carga que pueda existir. Nunca se ha observado ningún objeto que lleve una carga menor que la carga de un solo protón o electrón, o incluso una carga que no sea un múltiplo de la carga elemental.
Resumen de la lección
Los protones y los electrones son partículas cargadas elementales, y cada uno tiene una magnitud de carga igual a la carga elemental , que es la cantidad más pequeña de carga que puede existir. Robert Millikan midió por primera vez la carga elemental en 1909, y el valor aceptado actual para la carga elemental es 1,6 x 10 -19 Coulombs.
Los electrones , y NO los protones, son las cargas elementales que se mueven y llevan carga de un objeto a otro. Los objetos se cargan cuando los electrones se transfieren o se alejan de ellos. Como resultado, cada objeto cargado tiene una carga que es un múltiplo de la carga elemental y ningún objeto puede tener una carga menor que la carga elemental.
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