Procesos de electrificación: fricción, contacto e inducción

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procesos de electrificación son métodos en los que un cuerpo deja de ser eléctricamente neutro y se carga positiva o negativamente.

Los cuerpos están formados por átomos y estos están formados por electrones, protones y neutrones, que son las principales partículas elementales.

Dentro del átomo, llamado núcleo, hay neutrones y protones. Los electrones giran alrededor del núcleo.

Estas partículas tienen una propiedad física llamada carga eléctrica. Esta propiedad está relacionada con el hecho de que existe una fuerza de atracción o repulsión entre ellos.

Los electrones y los protones se atraen entre sí. Los neutrones no son repelidos ni atraídos por protones o electrones.

Sin embargo, si nos acercamos a dos protones, se producirá una fuerza de repulsión y lo mismo ocurrirá cuando nos acerquemos a dos electrones.

A medida que los electrones y los protones se atraen, decimos que tienen efectos eléctricos opuestos. Así, se definió que la carga eléctrica de los protones es positiva y la de los electrones es negativa.

Los neutrones no tienen efectos eléctricos, no tienen cargas.

Decimos que un cuerpo es neutro cuando el número de protones (carga positiva) es igual al número de electrones (carga negativa). Cuando un cuerpo recibe o pierde electrones se electrifica.

Cuando nos acercamos a dos cuerpos electrificados con cargas de señales opuestas, observamos que se produce una fuerza de atracción. Cuando los cuerpos tienen cargas de señal iguales, se repelen entre sí.

Tenga en cuenta que la electrificación se produce al cambiar el número de electrones y no de protones. Como estos se encuentran en el núcleo de los átomos, mediante procesos de electrificación, no es posible cambiar este número.

Tipos de electrificación

Hay tres tipos de electrificación: fricción, contacto e inducción.

Electrificación por fricción

Los electrones se encuentran en la electrosfera, que es la parte exterior del núcleo y se mantienen girando a su alrededor mediante fuerzas electrostáticas. Sin embargo, esta fuerza disminuye con la distancia.

De esta manera, los electrones más externos de la electrosfera se eliminan más fácilmente de su órbita. Cuando frotamos dos cuerpos, algunos de estos electrones migran de un cuerpo a otro.

El cuerpo que recibió estos electrones se cargará negativamente, a su vez, el que perdió electrones se cargará positivamente. Por lo tanto, está cargado positivamente quién perdió electrones y no quién ganó protones.

Recibir o perder electrones depende de la sustancia de la que está hecho el cuerpo. Este fenómeno se llama triboeléctrico ya través de experimentos de laboratorio se elaboran series triboeléctricas.

En esta tabla, los elementos están ordenados de tal manera que adquieren cargas positivas, cuando son frotados por uno que le sigue, y con cargas negativas, cuando son frotados por uno que le precede en la mesa.

Mesa Triboeléctrica

Electrificación de contacto

Este tipo de electrificación ocurre cuando un cuerpo conductor se carga y entra en contacto con otro cuerpo. Parte de la carga se transferirá al otro cuerpo.

En este proceso, los cuerpos involucrados se cargan con cargas de la misma señal y la carga del cuerpo que inicialmente estaba electrificado disminuye.

Cuando los cuerpos implicados en la electrificación sean conductores de las mismas dimensiones y forma, tras el contacto tendrán cargas del mismo valor.

En la siguiente figura, vemos que cuando la niña tocó una esfera conductora de electricidad, también se cargó con cargas de la misma señal que la esfera.

Prueba de ello es observar que tu cabello está «despeinado». Como en este tipo de electrificación las cargas tienen la misma señal, los cables comienzan a repelerse entre sí.

Generador Van der Graaf
La niña también se electrificó al tocar la esfera conductora de electricidad.

Ejemplo

Una esfera metálica cargada con una carga positiva de módulo igual a 6Q se pone en contacto con otra esfera neutra, idéntica a la primera. Después del contacto, las esferas se vuelven a separar. ¿Cuál es la carga final de cada esfera?

Solución

Al ponerse en contacto, parte de la carga de la primera esfera será transferida a la segunda esfera, ya que las esferas son idénticas, cada una tendrá la mitad de las cargas, es decir:

numerador 6 Q más 0 sobre denominador 2 final de fracción igual a 3 Q

Por lo tanto, cada esfera se cargará con una carga positiva e igual a 3T.

Electrificación por inducción

La electrificación por inducción puede ocurrir sin contacto entre los cuerpos. Cuando un conductor (inducido), inicialmente neutro, se acerca a un cuerpo electrificado (inductor), induce una distribución de cargas en él.

El conductor permanecerá neutral, sin embargo, la región del conductor más cercana al inductor tendrá cargas excesivas de señal opuesta del cuerpo electrificado.

En el siguiente diagrama, mostramos una forma de electrificar dos esferas conductoras, inicialmente neutras, mediante inducción.

Al acercarse a una varilla electrificada positivamente, los electrones del conjunto serán atraídos hacia el extremo más cercano a la varilla.

Manteniendo el palo quieto en la misma posición, separamos las esferas. Así, la esfera más cercana a la varilla tendrá un exceso de cargas negativas, mientras que la otra esfera carecerá de electrones, es decir, con carga positiva.

Inducción electrostática

También podríamos hacer el mismo proceso para electrificar una sola esfera. En este caso, sería necesario realizar una conexión a tierra (puesta a tierra), para que el conductor se cargue con la carga opuesta del polo.

Conductores y aislantes

En cuanto a la movilidad de las cargas eléctricas, los materiales pueden ser conductores o aislantes.

Los materiales que, una vez electrificados, las cargas se extienden inmediatamente por toda su longitud, se denominan conductores eléctricos, por ejemplo los metales.

Otros materiales, por el contrario, conservan el exceso de carga en las regiones donde surgieron, en este caso, se denominan aislantes o dieléctricos.

La madera y el plástico son ejemplos de materiales aislantes. El aire seco también es un buen aislante eléctrico, sin embargo, aumenta su conductividad eléctrica cuando está húmedo.

Tanto en la electrificación por contacto como en la electrificación por inducción es necesario que los cuerpos involucrados sean conductores.

Como en ambos tipos de electrificación existe la necesidad de que las cargas tengan movilidad, en los cuerpos aislantes esto no es posible. Por lo tanto, la electrificación de los materiales aislantes solo se produce por fricción.

Para obtener más información, consulte también:

Ejercicios resueltos

1) PUC / RJ – 2015

Dos varillas metálicas idénticas se cargan con una carga de 9,0 μC. Se ponen en contacto con una tercera varilla, también idéntica a las otras dos, pero cuya carga neta es cero. Una vez que se establece el contacto entre ellos, los tres palos se separan. ¿Cuál es la carga neta resultante, en μC, en la tercera barra?

a) 3,0
b) 4.5
c) 6.0
d) 9,0
e) 18

Como las varillas son idénticas, para encontrar la carga que cada una después del contacto, sumaremos todas las cargas y dividiremos por 3. Así, tenemos:

numerador 9 más 9 más 0 sobre denominador 3 final de la fracción igual a 18 sobre 3 igual a 6 mu C

Alternativa c: 6.0

2) UFRGS – 2015

En una clase de física se utilizaron dos esferas metálicas idénticas, X e Y: X está suspendida por un cable aislante en forma de péndulo e Y fijada sobre un soporte aislante, como se muestra en la figura siguiente. Las esferas están inicialmente separadas, X está cargada positivamente e Y eléctricamente neutra.

Pregunta UFRGS 2015

Considere la descripción, a continuación, de dos procedimientos simples para demostrar posibles procesos de electrificación, y luego marque la alternativa que llena correctamente los vacíos en las declaraciones, en el orden en que aparecen.

I – La esfera Y se aproxima a X, sin que se toquen. En este caso, se verifica experimentalmente que la esfera X es …….. por la esfera Y.
II – La esfera Y se aproxima a X, sin que se toquen. Mientras se mantiene en esa posición, se realiza una conexión de la esfera Y a la tierra, utilizando un cable conductor. Aún en esa posición cercana a X, el contacto de Y con la tierra se interrumpe y luego Y se aleja nuevamente de X. En este caso, la esfera Y se convierte en ………

a) atraído – eléctricamente neutro
b) atraído – cargado positivamente
c) atraído – cargado negativamente
d) repelido – cargado positivamente
e) repelido – cargado negativamente

En la situación I, como las esferas no se tocan, las cargas negativas de la esfera Y se distribuyen más cerca de la esfera X y se produce la atracción.

En la situación II, al conectar la esfera Y con un cable conductor, los electrones de la Tierra son atraídos por la esfera X, lo que hace que la esfera Y tenga carga negativa.

Alternativa c: atraído – cargado negativamente

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