Padres de la electro física
Chales Agustín Coulomb
Nació el 14 de Junio de 1736 en Angulema, Francia. Fue un físico e ingeniero que es reconocido en el mundo de la física por su investigaciones y por haber descrito de manera matemática la ley de atracción entre cargas eléctricas.
"La ley de Coulomb" establece que la fuerza existente entre dos cargas eléctricas es proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Fue educado en la École du Génie en Mézieres y se graduó en 1761 como ingeniero militar con el grado de Primer Teniente. Coulomb sirvió en las Indias Occidentales durante nueve años, donde supervisó la construcción de fortificaciones en la Martinica. En 1774, Coulomb se convirtió en un corresponsal de la Academia de Ciencias de París.
Coulomb murió en 1806, cinco años después de convertirse en presidente del Instituto de Francia (antiguamente la Academia de Ciencias de París). Su investigación sobre la electricidad y el magnetismo permitió que esta área de la física saliera de la filosofía natural tradicional y se convirtiera en una ciencia exacta.
William Gilbert
Willian Gilbert nació el 24 de mayo de 1544 es un fisico y medico ingles.
Fue uno de los primeros filósofos naturales de la era moderna en realizar experimentos con la electrostática y el magnetismo, realizando para tal fin incontables experimentos que describía con todo lujo detalles en su obra. Definió el término de fuerza eléctrica el fenómeno de atracción que se producía al frotar ciertas sustancias. A través de sus experiencias clasificó los materiales en conductores y aislantes e ideó el primer electroscopio.
En el siglo XVII, William Gilbert utilizó los estudios sistemáticos acerca de las características de los imanes. Observó que la máxima atracción ejercida por los imanes sobre trozos de hierro se realiza en los llamados "polos de imán".
Gilbert esperaba que las fuerzas que mantienen a los planetas en movimiento alrededor del Sol fueran de origen magnético. Para estudiar este problema hizo unas esferas de magnetita y estudió la interacción de éstas con agujas de brújula puestas en diferentes direcciones y distancias.
Observó que en un punto de la esfera había un máximo de atracción de un extremo de la aguja y en el punto opuesto un máximo de atracción del otro extremo. En los distintos puntos de la superficie de la esfera, la aguja siempre se orientaba en una posición definida a lo largo de un círculo máximo que enlazaba las puntas de atracción máxima o polos magnéticos de la esfera.
Este comportamiento era similar al de las agujas de la brújula en los distintos puntos de la Tierra, y Gilbert concluyó que nuestro globo puede ser considerado como un imán gigantesco con sus polos situados cerca de los polos norte y sur geográficos.
En su honor se nombró la unidad de fuerza magnetomotriz en el sistema CGS, que corresponde a la necesaria para hacer pasar un flujo de un Weber en una reluctancia de un Oersted. (1 gilbert = 0,79577 ampere).
Tales de Mileto
Nacido en el 625 a.c. fue un filoso y matemático griego.
Este filosofo griego fue quien observo las primeras manifestaciones eléctricas dándose cuenta que al frotar el ámbar (resina fosilizada con una tela de lana, adquiría la propiedad de atraer pedacitos de papel. Los cuerpos que adquieren esta propiedad son llamados electrizados, lo cual significa que están cargados electricamente o que poseen carga eléctrica.
Es considerado uno de los siete sabios griegos, gracias a sus teorías matemáticas calculo la altura de las pirámides egipcias con un método de comparación de sombras, de ese modo calculo la distancia entre la tierra y el sol, y la distancia entre la tierra y la luna.
Benjamin Franklin
Benjamin Franklin Nacio en Boston, 17 de enero de 1706 fue un político, cietifico e inventor estadounidense. Es considerado uno de los padres fundadores de Estados Unidos.
Franklin fue un prolífico científico e inventor. Además del pararrayos, inventó también el llamado horno de Franklin ochimenea de Pensilvania (1744), metálico y más seguro que las tradicionales chimeneas; las lentes bifocales, para su propio uso; un humidificador para estufas y chimeneas; uno de los primeros catéteres urinarios flexibles, para tratar los cálculos urinarios de su hermano John; el cuentakilómetros, en su etapa de trabajo en la Oficina Postal; las aletas de nadador, la armónica de cristal, etc. Estudió también las corrientes oceánicas calientes de la costa este de América del Norte y fue el primero en describir la Corriente del Golfo.
En 1752 llevó a cabo en Filadelfia su famoso experimento con la cometa. Ató una cometa con esqueleto de metal a un hilo de seda, en cuyo extremo llevaba una llave también metálica. Haciéndola volar un día de tormenta , confirmó que la llave se cargaba de electricidad, demostrando así que las nubes están cargadas de electricidad y los rayos son descargas eléctricas. Gracias a este experimento creó su más famoso invento, el pararrayos.
En sus últimos años de vida Franklin sufrió de obesidad, hecho que le causó numerosos problemas de salud y se agravó la psoriasis que había tenido durante toda su vida, muriendo el 17 de abril de 1790 por dicha enfermedad.
Electricidad y Fisica
Electroestatica
La electrostatica es la rama de la fisica que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga electrica.
Una manifestacion habitual de la electricidad es la fuerza de atraccion o repulsion entre dos cuerpos estacionarios que de acuerdo con el principio de accion y reaccion, ejercen la misma fuerza electrica uno sobre otro.
Carga Electrica
La carga eléctrica es una magnitud física característica de los fenómenos eléctricos. La carga eléctrica es una propiedad de los cuerpos. Cualquier trozo de materia puede adquirir carga eléctrica
es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones.
Ley de Coulomb
La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario".
Es importante hacer notar en relación a la ley de Coulomb los siguientes puntos:
A) Cuando hablamos de la fuerza entre cargas eléctricas estamos siempre suponiendo que éstas se encuentran en reposo (de ahí la denominación de Electrostática).
B) Las fuerzas electrostáticas cumplen la tercera ley de Newton (ley de acción y reacción); es decir, las fuerzas que dos cargas eléctricas puntuales ejercen entre sí son iguales en módulo y dirección, pero de sentido contrario.
En términos matemáticos, esta ley se refiere a la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales q1y q2 ejerce sobre la otra separadas por una distancia r y se expresa en forma de ecuación como:
k es una constante conocida como constante Coulomb y las barras denotan valor absoluto.
F es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (en función de que las cargas sean positivas o negativas).
- Si las cargas son de signo opuesto (+ y –), la fuerza "F" será negativa, lo que indica atracción
- Si las cargas son del mismo signo (– y – ó + y +), la fuerza "F" será positiva, lo que indica repulsión.
C) hasta donde sabemos la ley de Coulomb es válida desde distancias de muchos kilómetros hasta distancias tan pequeñas como las existentes entre protones y electrones en un átomo.
Estructura de la materiaura
La materia esta formada por una estructura muy pequeña llamada átomo, que se compone a su vez por un núcleo donde encontramos dos tipos de partículas llamadas Neutrones y Protones, alrededor del núcleo orbitan otras partículas llamadas electrones.
Un átomo puede ser representado simbólicamente en un modelo que recrea nuestro sistema solar, el cual tiene en el centro el sol y los planetas girando en órbitas alrededor de el.
En el modelo de Dalton el afirma que la materia esta formada por particulas muy pequeñas llamadas atomos, que son invisibles y no se pueden separar.
Interacciones Electricas
La interacción eléctrica junto con la gravitatoria son las dos interacciones fundamentales que se utilizan para
explicar el comportamiento de los sistemas materiales si exceptuamos el comportamiento de los núcleos atómicos.
Los fenómenos eléctricos están relacionados con la propiedad de la materia llamada carga eléctrica, magnitud cuya unidad en el SI es el coulombio.
En el estudio de la interacción eléctrica acostumbra a distinguirse lo que ocurre entre cargas eléctricas en reposo (electrostática) de los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento (electrocinetica y magnetismo)
En esta unidad trataremos la ley de Coulomb de la interacción electrostática y haremos una introducción del
campo electrostático. Haremos también un análisis energético de situaciones sencillas en las que participen cuerpos puntuales con carga eléctrica neta.
Representación gráfica de las interacciones eléctricas
Si se colocan de frente dos cuerpos cargados en reposo sobre una mesa no conductora, en el cual se pueden desplazar, ellos se atraerán dependiendo del signo de las cargas, observándose a lo largo de la recta.
- En las figuras 14.11 (a) y 14.11 (b) la carga Q2 actúa sobre la carga Q1 con una fuerza de repulsión del vector F21 y la carga Q1 actúa sobre la carga Q2 con la fuerza F12.
- En la figura 14.11 (c), el vector F21 representa la respuesta a la fuerza de tracción que la carga Q2 ejerce sobre la carga Q1.
- En la figura 14.11 (d) se demuestra a F12 que representa la fuerza de tracción que ejerce Q1 sobre Q2 y F32 representa la fuerza sobre con que Q3 actue sobre Q2.
Conductores, Aislantes y Semiconductores
- Conductores: son aquellos que no presentan resistencia al flujo de electrones y por consiguiente al paso de la energía eléctrica.
- Semiconductores: aquellos materiales que conducen en forma mediana la electricidad y presentan alguna resistencia al paso de electrones.
- Aislantes: la resistencia al flujo de electrones es alta y conducen nula electricidad.
Formas de cargar un cuerpo
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- Electrizacion por contacto: Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva.
- Electrizacion por frotamiento: Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.
Si frotas un lápiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño a al lápiz.
- Electrizacion por inducción: Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.
En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente
Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.
Interacciones Gravitatorias
es la interacción consecuencia del campo gravitatorio, esto es, de la deformación del espacio por la existencia de materia.
Su estudio comenzó con Newton, al proclamar su célebre ley de atracción universal, siendo en la actualidad desarrolladas ideas sobre la misma a partir de la relatividad general de Einstein.
Desde el punto de vista clásico, la interacción gravitatoria, es la fuerza atractiva que sufren dos objetos con masa. Esta fuerza es proporcional al producto de las masas de cada uno, e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que los separa.
Esta fuerza esta presente en nuestra experiencia cotidiana ya que es la que nos mantiene unidos a la Tierra. Como la masa del planeta es muchísimo más grande que la de cualquier objeto que podemos encontrar a nuestro alrededor y la distancia al centro de la tierra de cualquier objeto humano es esencialmente constante, la aceleración, g, que sufrimos por la interacción gravitatoria con la Tierra es siempre la misma, tomando un valor de:
- g = 9.8 m/s2
Ley Gravitatoria Universal
La ley de gravitación universal es una ley física clásica que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa. Ésta fue presentada por Isaac Newton en su libro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, publicado en 1687, donde establece por primera vez una relación cuantitativa (deducida empíricamente de la observación) de la fuerza con que se atraen dos objetos con masa. Así, Newton dedujo que la fuerza con que se atraen dos cuerpos de diferente masa únicamente depende del valor de sus masas y del cuadrado de la distancia que los separa. También se observa que dicha fuerza actúa de tal forma que es como si toda la masa de cada uno de los cuerpos estuviese concentrada únicamente en su centro, es decir, es como si dichos objetos fuesen únicamente un punto, lo cual permite reducir enormemente la complejidad de las interacciones entre cuerpos complejos
