Procesos de electrificación: fricción, contacto e inducción

Procesos de electrificación. Estos son métodos en los que un cuerpo ya no es eléctricamente neutro sino que tiene carga positiva o negativa.

Procesos de electrificaci√≥n –¬†Aspectos b√°sicos

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

Dentro del √°tomo, llamado n√ļcleo, hay neutrones y protones. Los electrones giran alrededor del n√ļcleo.

Estas partículas tienen una propiedad física llamada carga electrica. Esta propiedad está relacionada con el hecho de que se produce una fuerza atractiva o repulsiva entre ellos.

Los electrones y 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 producir√° una fuerza repulsiva y lo mismo ocurrir√° cuando nos acerquemos a dos electrones.

Como los electrones y los protones se atraen entre sí, decimos que tienen efectos eléctricos opuestos. Por lo tanto, se definió que la carga eléctrica de los protones es positiva y la de los electrones es negativa.

Los neutrones no tienen efectos eléctricos ni cargas.

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

Cuando nos acercamos a dos cuerpos electrificados con cargas de se√Īal opuestas, observamos que se produce una fuerza atractiva. Cuando los cuerpos tienen cargas de se√Īal iguales, se repelen entre s√≠.

Tenga en cuenta que la electrizaci√≥n se produce al cambiar el n√ļmero de electrones y no de protones. Como se encuentran en el n√ļcleo de los √°tomos, por procesos de electrificaci√≥n, no es posible cambiar este n√ļmero.

Tipos de electrificación

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

Electrificación por fricción

Los electrones Est√°n ubicados en la electroesfera, que es la parte externa del n√ļcleo, y se mantienen girando a su alrededor mediante fuerzas electrost√°ticas.. 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 estará cargado negativamente, mientras que el cuerpo que ha perdido electrones estará cargado positivamente. Por lo tanto, está cargado positivamente quién perdió electrones y no quién ganó protones.

Recibir o perder electrones depende de la sustancia del cuerpo. Este fenómeno se llama triboeléctrico y a través de experimentos de laboratorio se elaboran series triboeléctricas.

En esta tabla, los elementos est√°n ordenados de tal manera que adquieren cargas positivas cuando se los frota uno que los sigue, y con cargas negativas cuando se frota uno que los precede en la tabla.

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 se√Īal y disminuye la carga corporal que se electrific√≥ inicialmente.

Cuando los cuerpos involucrados en la electrizaci√≥n son conductores del mismo tama√Īo y forma despu√©s del contacto, tendr√°n cargas del mismo valor.

En la figura a continuaci√≥n, vemos que la ni√Īa, mientras tocaba una esfera el√©ctricamente conductora, tambi√©n fue acusada de la misma se√Īal proveniente de la esfera.

Prueba de esto es observar que tu cabello est√° “despeinado”. Como en este tipo de electrizaci√≥n, las cargas tienen la misma se√Īal, los cables se repelen entre s√≠.

Ejemplo

Una esfera met√°lica cargada con una carga positiva de 6Q se pone en contacto con otra esfera neutral id√©ntica a la primera. Despu√©s del contacto, las esferas se separan nuevamente. ¬ŅCu√°l es la carga final de cada esfera?

Solución

Cuando se pone en contacto, parte de la carga de la primera esfera se transferirá a la segunda esfera, ya que las esferas son idénticas, cada una tendrá la mitad de las cargas, es decir:

Por lo tanto, cada esfera se cargar√° con carga positiva e igual a 3Q.

Electrización por inducción

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

El conductor permanecerá neutral, sin embargo, la región del conductor más cercana al inductor estará excesivamente sobrecargada con el cuerpo eléctrico.

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

Al acercarse a una varilla electrificada positivamente, los electrones en la matriz se atraer√°n al extremo m√°s cercano a la varilla.

A√ļn sosteniendo el palo en la misma posici√≥n, separamos las esferas. Por lo tanto, la esfera m√°s cercana a la barra estar√° excesivamente cargada negativamente, mientras que la otra esfera carecer√° de electrones, es decir, cargada positivamente.

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

Conductores y aislantes

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

Los materiales que, cuando se electrifican, las cargas se extienden inmediatamente a lo largo de su extensión, 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 pl√°stico son ejemplos de materiales aislantes. El aire seco tambi√©n es un buen aislante el√©ctrico, sin embargo, aumenta su conductividad el√©ctrica cuando est√° h√ļmedo.

Tanto en la electrificación por contacto como por inducción, los cuerpos involucrados deben ser 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 ocurre solo por fricción.

 

Ejercicios resueltos

1) PUC / RJ – 2015

Dos barras de metal id√©nticas se cargan a 9.0 őľC. Se ponen en contacto con un tercer palo, tambi√©n id√©ntico a los otros dos, pero cuya carga neta es cero. Despu√©s de establecer el contacto entre ellos, los tres palos se alejan. ¬ŅCu√°l es la carga neta resultante en őľC en el tercer palo?

a) 3.0
b) 4.5
c) 6.0
d) 9.0
e) 18

 

Como las barras son idénticas, para encontrar la carga que cada una después del contacto sumaremos todas las cargas y las dividiremos entre 3. Por lo tanto, tenemos:

Alternativa c: 6.0

2) UFRGS – 2015

En una clase de física, se usaron dos esferas metálicas idénticas, X e Y: X está suspendido por un cable aislante en forma de péndulo e Y se fija en un soporte aislante, como se muestra en la figura a continuación. Las esferas se separan inicialmente, X está cargado positivamente e Y eléctricamente neutro.

Considere la descripci√≥n a continuaci√≥n de dos procedimientos simples para demostrar los posibles procesos de electrificaci√≥n, y luego se√Īale la alternativa que llena correctamente los vac√≠os en las declaraciones en el orden en que aparecen.

I – La esfera Y se aproxima a X, sin tocarlos. En este caso, se verifica experimentalmente que la esfera X es …….. por la esfera Y.
II – La esfera Y se aproxima a X, sin tocarlas. Mientras se mantiene en esta posici√≥n, la bola Y se conecta a tierra utilizando un cable conductor. A√ļn en esta posici√≥n cerca de X, el contacto de Y con la tierra se interrumpe y luego Y se aleja de X nuevamente. En este caso, la esfera Y es ………

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

 

En la situación I, dado que las esferas no se tocan entre sí, las cargas negativas de la esfera Y se distribuyen más cerca de la esfera X, y luego se produce la atracción.

En la situación II, al conectar la esfera Y con un cable conductor, los electrones de la Tierra son atraídos hacia la esfera X, haciendo que la esfera Y se cargue negativamente.

Alternativa c: atraído Рcargado negativamente.

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