Make your own free website on Tripod.com

 

 

INTRODUCCIÓN

 

 

 

Todos los enunciados se los hará a partir de un grupo de experimentos, con la ayuda de los cuales, se formularán ciertas “LEYES”, válidas para situaciones particulares.  A la luz de nuevos experimentos, se formularán las leyes más generales del electromagnetismo: “Las Ecuaciones de Maxwell”, conocidas así, por el nombre de su descubridor: James Clerk MAXWELL.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GENERALIDADES

 

 

 

Los primeros fenómenos de origen eléctrico que el hombre estudió, fueron los relacionados con cierta propiedad que adquieren algunos cuerpos cuando se frotan; así, por ejemplo, los antiguos griegos notaron que el ámbar, al ser frotado con una piel de gato, adquiría la propiedad de atraer cuerpos pequeños, haciéndoles creer que el ámbar tenía propiedades mágicas que eran las causantes del fenómeno.

 

Durante siglos, cuando un cuerpo se comportaba en la misma forma que el ámbar, se decía que había adquirido una carga eléctrica; expresión que tiene su origen en la palabra griega “elektron”, nombre con el cual se designaba el ámbar.  Fue hasta la época del Renacimiento cuando los investigadores realizaron ciertos experimentos que les permitieron establecer las primeras leyes cualitativas y finalmente en 1785, Charles Augustin de Coulomb, estableció la ley cuantitativa que lleva su nombre y que es la base en que se estructura el estudio de la Electricidad, siendo esta, la categoría de fenómenos físicos originados por la existencia de carga eléctrica y por la interacción de las mismas.

 

Cuando frotamos un bolígrafo de plástico o una varilla de caucho duro (ebonita) con un tejido de lana, aquel puede atraer pequeñas partículas de papel, levantándolas, superando de esta manera la fuerza de atracción gravitacional.  El comportamiento descrito anteriormente no es propio solamente de los plásticos, ya que se puede presentar un fenómeno similar, si frotamos una varilla de vidrio con una tela de seda.

 

De modo más general, los experimentos demuestran que dos varillas de vidrio, al frotarse ambas con una paño de seda, se repelen entre sí.  Sin embargo, si una varilla de caucho duro frotada con un tejido de lana, se pone cerca de una varilla de vidrio frotada con seda, descubrimos que se atraen.  En ambos casos, la fuerza entre las varillas disminuye, al aumentar la distancia de separación entre ellas.

 

Esta propiedad de atracción o repulsión de un sólido frotado, en relación a una varilla de vidrio o caucho duro, se describe diciendo que esos cuerpos poseen una carga eléctrica.  Por todo lo expuesto anteriormente, es evidente que existen por lo menos dos clases de carga eléctrica.  Siguiendo la convención presentada originalmente por Benjamín Franklin, que aquellos cuerpos que tienen un comportamiento similar al de la varilla de vidrio frotada con seda, tienen carga positiva o vidriosa, y, aquellos cuerpos que tienen un comportamiento similar al de la varilla de caucho duro o ebonita, frotada con lana, tienen carga negativa.

 

 

 

 

 

 

 

Dos varillas con cargas del mismo signo se repelen. Para observarlo pueden frotarse dos varillas del mismo material (por ejemplo, vidrio) empleando el mismo método (por ejemplo, un paño de seda).  Al ser del mismo material y haber sido frotadas de la misma forma, las varillas adquieren cargas del mismo signo.  Si se cuelga una varilla de un hilo de forma que pueda girar y se le acerca la otra, la primera gira alejándose de la segunda, lo que demuestra que las cargas se repelen.  Si las dos varillas tuvieran cargas de signo opuesto, la primera se acercaría a la segunda, puesto que las cargas de distinto signo se atraen.

 

 

 

Con los resultados descritos anteriormente, se puede establecer la ley cualitativa, que dice: “Cargas eléctricas de igual clase se repelen y cargas eléctricas de distinta clase se atraen”.

 

La teoría atómica, nos dice que todos los cuerpos están formados por pequeñísimos sistemas de partículas, llamados átomos.  Actualmente existen diversas formas de explicar la constitución de un átomo, pero entre ellas, la propuesta por el físico danés Niels Borh, produce una imagen muy adecuada para explicar los fenómenos eléctricos.  En vista de esta ventaja, estudiaremos en sus partes fundamentales la estructura atómica propuesta por Borh.

 

Todo átomo está constituido por un núcleo, en torno al cual giran a gran velocidad, partículas llamadas electrones; de acuerdo con esta descripción, se puede imaginar al átomo como un diminuto sistema solar, en el cual, el núcleo representa al Sol y los electrones a los planetas.  El núcleo a su vez está formado por una agrupación de partículas, entre las cuales se pueden mencionar: los protones, los neutrones y los positrones.

 

Con el fin de explicar los diferentes fenómenos que se producen, a cada partícula atómica se le atribuyen ciertas propiedades físicas, como las siguientes:

 

El protón es una partícula que tiene una masa aproximada de 1.672x10-27 [Kg], con una carga eléctrica positiva de 1.60219x10-19 [C].

 

El neutrón es una partícula que tiene una masa aproximadamente igual a la del protón, pero carece de carga eléctrica.

 

El electrón es una partícula que tiene una masa aproximada de 9.11x10-31 [Kg], es decir 1,840 veces menor que la masa del protón, con una carga eléctrica igual a la del protón, pero de signo negativo.

 

El positrón, también llamado electrón positivo o antielectrón, es una partícula elemental de antimateria, llamado por también antipartícula, con una masa igual a la del electrón y una carga eléctrica positiva de 1.60219x10-19 [C].  Cuando se unen un electrón y un positrón, sus masas se transforman en energía, que se manifiesta como una radiación, llamada fotón, los pares electrón-positrón pueden formarse cuando rayos gamma de energías superiores a un millón de electronvoltios colisionan con partículas de materia. El proceso inverso de la producción de pares, llamado aniquilación, tiene lugar cuando un electrón y un positrón interaccionan destruyéndose mutuamente y produciendo rayos gamma.

 

Los átomos de cada sustancia, tienen un número determinado de protones y neutrones; en su estado neutro, el número de electrones es el mismo que el número de protones, de tal manera que un átomo en su estado normal, es eléctricamente neutro.  Si se tienen dos átomos que sólo difieren en el número de neutrones, se dice que son isótopos.

 

El átomo de un elemento puede tener uno o más estratos, dependiendo de su complejidad, pero en el caso de tener más de dos estratos, el último se satura siempre con un máximo de ocho electrones; este último estrato es el que determina las características químicas y eléctricas del elemento.  Todo átomo trata de conservar su estado neutro, pero cuando por alguna causa externa se presentan condiciones en las que se altera el equilibrio eléctrico, el átomo siempre trata de llegar a un estado en el cual su último estrato se sature, por lo que los átomos que tienen menos de cuatro electrones en su última capa, los ceden con cierta facilidad, mientras que aquellos que tienen más de cuatro electrones, tratan de captar los faltantes para saturar su último estrato.  El grado de dificultad que presentan los átomos de una sustancia para desprenderse de sus electrones superficiales ha dado origen a la clasificación de las sustancias en conductoras y aisladoras.

 

La imagen del átomo descrita anteriormente, nos sirve para explicar desde un punto de vista macroscópico, los fenómenos eléctricos y químicos, pero desde el punto de vista del desarrollo de la Física moderna, se ha encontrado más adecuada definir al átomo como una estructura compleja que no admite la representación esquemática, pero que en forma general, se considera como constituido por ondas y corpúsculos asociados en forma no determinada con precisión aún en nuestros días, lo que ha hecho necesario proceder en forma estadística más que en forma determinista.

 

Desde el punto de vista de la Mecánica Ondulatoria, el electrón se considera moviéndose lentamente dentro de su onda en una región cuasiesférica de radio del orden de 10-15 metros.

 

 

 

 

 

 

 

 

Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.

 

 

 

Aspecto ondulatorio del electrón

 

Estos puntos son generados por un haz de electrones después de atravesar una aleación de titanio y níquel, ser dispersado por los átomos de la aleación y llegar a un detector. Inicialmente, el haz es estrecho, pero después de atravesar la aleación se extiende y cubre una zona circular. Los electrones no cubren dicha zona uniformemente, sino que se concentran en determinados lugares (los puntos). Este comportamiento presenta dos propiedades típicas de las ondas: difracción e interferencia. La difracción se produce cuando el haz de electrones choca con un átomo y se divide en muchos haces. La interferencia se produce cuando dichos haces se solapan reforzándose en algunos lugares y anulándose en otros. En el primer caso se forman puntos, y en el segundo zonas oscuras. Esto confirma que los electrones se comportan como ondas además de como partículas.