¿Son los electrones partículas cargadas negativamente?

Publicado el 7 octubre, 2021 por Rodrigo Ricardo

Ciencia fisica

Carga negativa: orígenes

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia que hace que experimente fuerzas en campos eléctricos y magnéticos. Las cargas eléctricas pueden ser positivas o negativas. Las cargas iguales se repelen entre sí mientras que las cargas diferentes se atraen entre sí.

Ilustración de cómo las cargas opuestas se atraen y las cargas similares se repelen.

La investigación de las cargas eléctricas comenzó cuando los antiguos griegos realizaron experimentos con electricidad estática. Descubrieron que al frotar el ámbar con la piel de un animal, era posible atraer objetos pequeños. A principios del siglo XVII, el físico inglés William Gilbert demostró que otros materiales tenían el mismo poder de atracción cuando se frotaban. A principios de la década de 1700, el químico francés Charles Francois du Fay observó que también era posible repeler objetos pequeños. A partir de estas observaciones, propuso que la electricidad estaba compuesta por dos fluidos, uno que repelía y otro que atraía.

Benjamin Franklin comenzó su trabajo sobre la electricidad en 1746. Después de conocer la teoría de du Fay, propuso que solo había un tipo de electricidad. Franklin afirmó que la atracción y la repulsión eran el resultado de un déficit excedente del fluido. También dijo que cualquier fluido perdido por un objeto es ganado por otro, lo que implica la conservación de la carga eléctrica. Llamó al exceso de fluido eléctrico electricidad positiva y al déficit negativo. De esta forma, la corriente se define como pasar del polo positivo al negativo.

Partícula cargada negativamente

Franklin pensó que los portadores de carga eran positivos, pasando de positivo a negativo. Pero, ¿qué es una carga negativa? Según esta definición, para que una partícula tenga una carga negativa , debe moverse de lo negativo a lo positivo. Por tanto, es posible distinguir entre cargas positivas y negativas por cómo se comportan en un campo eléctrico. A fines del siglo XIX, el físico alemán Hermann von Helmholtz propuso la existencia de cargas elementales positivas y negativas transportadas por electricidad.

¿Qué es una partícula cargada negativamente? La definición de carga negativa es cualquier partícula que experimenta una fuerza de negativa a positiva en un campo eléctrico. Algunos ejemplos de partículas cargadas negativamente son

Electrones
Antiprotones
Muones
Tauons
Aniones (o iones cargados negativamente)

¿Son negativos los electrones?

En 1894, el físico irlandés George Johnstone Stoney sugirió el nombre de electrones para describir las cargas elementales negativas. Sin embargo, los electrones no se descubrieron experimentalmente hasta unos años después. Pero, ¿los electrones son negativos?

El físico británico JJ Thomson, que realizó muchos experimentos utilizando tubos de rayos catódicos, descubrió el electrón. Los tubos de rayos catódicos son tubos de vidrio sellados cuya utilidad puede crear un haz de partículas cargadas. Dado que una partícula cargada positiva o negativamente se comportará de manera diferente, podría usar campos eléctricos y magnéticos para influir en los rayos y responder definitivamente a la pregunta: ¿los electrones tienen carga negativa? Los resultados mostraron que los rayos estaban compuestos por partículas cargadas negativamente; por tanto, la carga del electrón es negativa.

¿Qué es un átomo y de qué está hecho?

Los átomos son una unidad de materia que define un elemento químico. Un núcleo, o núcleo de átomo, generalmente rodeado por uno o más electrones, forma los átomos. Los protones y neutrones forman el núcleo de un átomo. Los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga; son partículas neutras. Los electrones son atraídos por los protones del núcleo por una fuerza electromagnética porque son partículas con carga opuesta.

Diagrama de un átomo que muestra protones, neutrones y electrones.

Si el número de protones y electrones en el átomo es el mismo, entonces el átomo es neutro. Si un átomo tiene una mayor cantidad de electrones que de protones, tiene carga negativa. Por el contrario, un átomo que tiene una mayor cantidad de protones que de electrones da como resultado una carga negativa. Cuando un átomo tiene carga positiva o negativa, se lo conoce como ion. Los átomos pueden ganar y perder electrones a través de interacciones con otros átomos o radiación. Este proceso se conoce como ionización. Si un átomo gana electrones, se conoce como ión negativo; si pierde electrones, es un ion positivo.

Los electrones tienen una carga negativa

El experimento de rayos catódicos de Thomson pudo determinar la relación carga-masa de los electrones. Aproximadamente diez años después, el físico estadounidense Robert A. Millikan realizó lo que ahora se conoce como el experimento de la gota de aceite de Millikan. Este experimento permitió determinar la carga de un electrón. Una vez que se determinó la carga, la relación carga-masa encontrada por Thomson podría usarse para determinar la masa del electrón.

El experimento de la gota de aceite determinó que la carga de un electrón era aproximadamente {eq} -1.602 \ times10 ^ {- 19} {/ eq} culombio. Este valor ahora se considera la carga elemental y, a menudo, se denota mediante {eq} e {/ eq}. A partir de ahí, se determinó que la masa del electrón era aproximadamente {eq} 9.11 \ times10 ^ {- 31} {/ eq} kg. La masa de un protón o neutrón es aproximadamente 1.836 veces mayor que la de un electrón. Esta masa explica por qué el núcleo determina principalmente la masa de un átomo.

Campo eléctrico

Un campo eléctrico describe un campo que rodea y ejerce una fuerza sobre partículas cargadas. Una partícula cargada genera un campo eléctrico que luego ejerce una fuerza sobre todas las demás partículas cargadas; esta es la razón por la que las partículas iguales se repelen y las partículas opuestas se atraen entre sí. Una partícula está siendo influenciada, ya sea repelida o atraída, por el campo eléctrico de la otra partícula.

Ilustración del campo eléctrico alrededor de partículas cargadas.

Los campos eléctricos se visualizan mediante líneas de campo eléctrico, como se muestra en el diagrama. Las líneas representan la fuerza experimentada por una partícula cargada positivamente porque la presunción original era que estos eran los portadores de carga. Como resultado, siempre apuntan lejos de las partículas cargadas positivamente y hacia las partículas cargadas negativamente.

Es posible generar un campo eléctrico manipulando materiales. Frotar dos materiales juntos puede generar electricidad estática debido al intercambio de cargas entre los materiales. Algunos materiales tienden a acumular una carga positiva, mientras que otros tienden a acumular una carga negativa. Por ejemplo, materiales como el plástico y el caucho acumularán una carga negativa. Por otro lado, materiales como el nailon y el cabello acumularán una carga positiva.

Corriente eléctrica

La corriente eléctrica describe el movimiento de los portadores de carga eléctrica, como protones y electrones, a través de un medio. En un cable eléctrico, la corriente eléctrica mide la cantidad de carga que pasa a través del cable por unidad de tiempo. La corriente eléctrica se refiere con mayor frecuencia al movimiento de electrones, pero se puede aplicar a cualquier corriente de partículas cargadas, incluidos protones, positrones y muones.

Resumen de la lección

La carga eléctrica gobierna cómo las partículas se ven afectadas por los campos eléctricos y magnéticos. Todas las partículas cargadas crean un campo eléctrico que influye en otras partículas cargadas. Las partículas con carga eléctrica positiva se moverán de positivo a negativo en un campo eléctrico, mientras que las partículas cargadas negativamente se moverán en sentido contrario. Los electrones son partículas elementales con carga negativa. Una corriente eléctrica describe el movimiento de partículas cargadas de un lugar a otro, por ejemplo, electrones que se mueven en un cable.