Este documento presenta información sobre la carga eléctrica. Explica que la carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia y discute los descubrimientos históricos de científicos como Benjamín Franklin y Charles Coulomb. También describe las leyes fundamentales de la electrostática como la ley de Coulomb y cómo la carga eléctrica se conserva en los sistemas. Finalmente, analiza cómo la carga eléctrica se manifiesta a nivel atómico y molecular y su importancia en diversos fenómenos electromagn

1. Siempre a la altura
de los tiempos
Universidad de Cartagena
1827 -2013

2. UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
1827-2011
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
PROGRAMA DE QUÍMICA
CARGA ELÉCTRICA
PROFESOR
RAÚL GUERRERO TORRES
SEGUNDO PERIODO DE 2013
CARTAGENA JULIO 29/2013

3. CONTENIDO
1. CARGA ELÉCTRICA
1.1 ESBOZO HISTÓRICO
1.2 IMPORTANCIA DEL ELECTROMAGNETISMO
1.3 CARGA ELÉCTRICA
1.4 CONDUCTORES Y AISLADORES
1.5 LEY DE COULOMB
1.6 LA CARGA ESTÁ CUANTIZADA
1.7 LA CARGA Y LA MATERIA
1.8 LA CARGA SE CONSERVA
1.9 LAS CONSTANTES DE LA FÍSICA
1.10 APLICACIONES
1.11 PROBLEMAS

4. 1.1 ESBOZO HISTÓRICO
DE THALES DE MILETO A H.C OERSTED
Aún cuando la electricidad y el magnetismo se remontan a
la época de Thales de Mileto, alrededor del año 600 A.C.,
y toda una pléyade de hombres importantes ha hecho
aportes para el crecimiento de ambas ciencias, cabe
destacar entre sus más grandes exponentes a: Benjamín
Franklin y Charles Augustin de Coulomb en la
electrostática, a Hans Christian Oersted (cuyo
descubrimiento en 1820 ligó a la electricidad y el
magnetismo), Michael Faraday (con sus importantes
experimentos que culminaron con el establecimiento del
concepto de campo), Antoine Marie de Ampére (en la
definición y el estudio de las interacciones entre las
corrientes eléctricas) y James Clerk Maxwell (quién
estableció las leyes del electromagnetismo)

5. 1.2 IMPORTANCIA DEL
ELECTROMAGNETISMO
LA IMPORTANCIA DEL
ELECTROMAGNETISMO EN LAS CIENCIASY
EN LA VIDA DIARIA ES TAN GRANDE QUE
NO SE PUEDE EXAGERAR.

6. SOLO UNA FUERZA NO ES ELECTROMAGNÉTICA

7. ELECTROMAGNETISMO
La mayor parte de las fuerzas que se experimentan
cada día y que no son de carácter gravitacional, son
de naturaleza eléctrica. Por ejemplo, la fuerza
transmitida por un cable de acero es una fuerza
básicamente eléctrica.
Las leyes del electromagnetismo (Ecuaciones de
Maxwell) se utilizan para resolver una gran
variedad de problemas prácticos. El campo que
abarcan las ecuaciones de Maxwell es considerable:
incluye los principios fundamentales de todos los
dispositivos electrónicos y ópticos que se fabrican a
gran escala.

8. ELECTROMAGNETISMO
Por otra parte, tenemos noción del magnetismo desde la
experiencia corriente de pegar una nota a la puerta de un
refrigerador con un pequeño imán, o accidentalmente borrar
un disco de computador al acercar un imán. Otro tipo
familiar de imán consiste en una bobina arrollada en núcleo
de hierro y transportando una corriente i. La intensidad del
campo magnético es determinada por la magnitud de la
corriente. En la industria estos imanes se utilizan para
apartar chatarra de otros objetos. Probablemente estemos
más familiarizados con los imanes permanentes que no
necesitan de corrientes para exhibir su poder magnético.
A otro nivel se conoce el detector de metales utilizado para
buscar tesoros sumergidos de monedas y barras de oro, que
esta basado en la inducción de corrientes debida a campos
magnéticos variables.

9. ELECTROMAGNETISMO
Ya mencionamos que los imanes mas familiares pueden ser muy bien los
pequeños dispositivos decorativos que se usan para pegar notas a la
puerta del refrigerador. Sin embargo, los imanes juegan un papel mucho
más importante en nuestras vidas que eso. Aún si nos limitamos
únicamente al ambiente familiar, podemos encontrar imanes o
materiales magnéticos en los motores de nuestros aparatos eléctricos; en
los televisores y grabadoras; en timbres y termostatos; en dispositivos
que pueden desconectar o conectar un circuito debido a la variación de
la corriente en otra parte de este; multímetros; cabezas de estéreos,
controladores de circuitos; altoparlantes; discos flexibles y bombas de
acuario. Imanes o materiales magnéticos encontramos en la tinta usada
para cheques y billetes; en máquinas contestadoras y teléfonos, pletinas,
tarjetas de crédito; caseteras de audio; puertas de despensas y ajedreces
portátiles y mucho más de las aplicaciones caseras hay miles de usos en
la industria y en la investigación científica.

10. ELECTROMAGNETISMO
Fenómenos de frecuente ocurrencia como el rayo, la
aurora y muchos otros procesos tienen su
fundamento en el electromagnetismo, que explica
los fenómenos que conocemos como eléctricos y los
que conocemos como magnéticos.
Lo anteriormente expuesto soporta la declaración
hecha al iniciar esta introducción: La influencia del
electromagnetismo en el mundo actual es tan
grande que no podemos exagerar lo importante
que es el estudio de esta ciencia para los
estudiantes de Ciencias e Ingeniería.

11. ELECTROMAGNETISMO
CASI TODOS LOS PROCESOS QUE AFECTAN NUESTRA VIDA
COTIDIANATIENEN QUE VER CON ELECTROMAGNETISMO
FENÓMENOS COMO:
EL EFECTO INVERNADERO
EL LÁSER
A TRAVÉS DE LA ECUACIÓN DE LAPLACE, QUE SE DEDUCE
DE LAS ECUACIONES DE MAXWELL, REGULA PROCESOS DE
HIDRODINÁMICA
FLUJO DE CALOR

12. CURSO DE MUCHA IMPORTANCIA
Las ecuaciones de Maxwell desde el punto de vista práctico incluyen los
principios fundamentales de los dispositivos electromagnéticos y ópticos
que se fabrican a gran escala como motores, radio, TV, Betamax, Radar
de Microondas, microscopios, telescopios, etc.
Desde el punto de vista práctico las ondas electromagnéticas, resultado
previsto por las ecuaciones de Maxwell, constituyen el mayor
descubrimiento de la física en el siglo XIX por los avances logrados en
las comunicaciones.
Desde el punto de vista teórico encierran una belleza extraordinaria,
toda vez, que en ellas está resumido el electromagnetismo.
Desde el punto de vista teórico – práctico el descubrimiento de que la
luz es de naturaleza electromagnética y que por ende su velocidad
puede calcularse por experimentos puramente electromagnéticos.

13. “LA FORMULACIÓN DE LAS ECUACIONES
DE MAXWELL ES EL ACONTECIMIENTO
MÁS GRANDE DE LA FÍSICA DESDE EL
TIEMPO DE NEWTON.”
ALBERT EINSTEIN

14. “LAS MARAVILLOSAS ECUACIONES DE MAXWELL”
“ Para cualquier persona motivada por aspectos más allá de lo
estrictamente práctico, resulta útil entender las ecuaciones de Maxwell,
solo por el bien de su alma.”
J.R. PIERCE
“ Fue un Dios quien escribió estas lineas.”
WOLFANG GOETHE

15. EL OPERADOR NABLA

16. ECUACIONES DE MAXWELL
MEDIO: VACÍO O AIRE
Forma integral
Maxwell)
Forma diferencial (Ecuaciones de

q
∫∫A E .dA =
 ρ
∇ .E =

∫∫A B.dA = 0
 
∫l B .dl = µ 0 i

∇ .B = 0
ε0
 
∂φ B
∫l E .dl = − ∂t
ε0


∇ × B = µ0 j


∂B
∇×E = −
∂t

17. ALGUNAS OPERACIONES DEL CÁLCULO VECTORIAL

18. LAS INTERACCIONES
• GRAVITATORIA
−38
10
• ELECTROMAGNÉTICA
10
• NUCLEAR
1
• DÉBIL
−5
10
−2

21. CARGA ELÉCTRICA

22. ELECTRÓNICA Y CONTAMINACIÓN
BACTERIAL

23. CARGA ELÉCTRICA EN CONFITE WINTERGREEN LIFESAVER

24. 2.1 INTRODUCCIÓN
2.1.1 LOS CONCEPTOS FÍSICOS
“ Los conceptos físicos son creaciones libres del
espíritu humano y no están, por más que lo parezca,
determinados unívocamente por el mundo exterior.”
ALBERT EINSTEIN

25. Carga y Materia
La carga, propiedad intrínseca de la materia,
permite explicar cierto tipo de fenómenos llamados
eléctricos. La atracción del ámbar frotado con piel
sobre pedacitos de paja, hecho conocido desde el año
600 A.C. es uno de ellos. La palabra electricidad se
deriva del griego electrón que significa ámbar.

26. RESULTADOS DE LOS EXPERIMENTOS DE
BENJAMÍN FRANKLIN SOBRE LAS
CARGAS ELÉCTRICAS
a)Existen dos tipos de carga :
• Vidrio frotado con seda
• Caucho frotado con piel
b) Cargas similares se repelen. Cargas
diferentes se atraen.
c) Bajo ciertas condiciones la carga puede ser
transferida

27. LAS CARGAS ELÉCTRICAS

29. INTERACCIÓN ENTRE 2 BARRAS CARGADAS

30. INTERACCIÓN ENTRE 2 CARGAS
PUNTUALES

31. Conductores y Aisladores
Buenos Conductores: Los metales, las sales, las
bases y ácidos, la tierra, el cuerpo humano, etc.
Malos Conductores: Madera seca, caucho, vidrio,
cuarzo, etc.

32. CONDUCTORES , SEMICONDUCTORES Y AISLANTES

33. Coulomb y Ampere
Medición de interacciones entre cargas.
Cuando Coulomb realizó sus experiencias con la
balanza de torsión no existía una unidad para la
carga.
Actualmente, la unidad de carga eléctrica en el
sistema internacional es el Coulomb. En términos del
Ampere se define como:
En general, q= it
1C = 1A.1Seg

34. BALANZA DE TORSIÓN

35. BALANZA DE TORSIÓN

36. ESQUEMA DE LA BALANZA DE TORSIÓN

37. LEY DE COULOMB
F∝
q´ q
r
1
9 N m
K=
= 9 × 10
2
4π ε 0
C
ε
0
F=
2
2
C2
= 8.85 × 10-12
2
Nm
k
Kq´ q
r
2
Constante de permitividad del
vacio o aire que separa las
cargas.
q´ q
F=
2
4πε r
es la constante dieléctrica del medio (1, 2,3,…..)

38. También se puede expresar la ley de Coulomb de la manera siguiente:

F=

Kqq′ r
r
K = 9 × 10
3
9
Nm 2
C2
=
1
=
4π 0
ε

39. Ley De Coulomb


qq ′ r
F=
3
4π ε 0 r
q y q′ son las cargas puntuales

r es el vector de posición de q´ desde q

F =

qq′r
3
4π ε 0r
Constante de
permitividad
del vacio o aire
que separa las
cargas.

40. 1.Carga Cuantizada
Cualquier carga que exista en la naturaleza está
definida por
q = ne
n es un número entero positivo o negativo y
e = 1.6 × 10-19 C
,
valor absoluto de la carga de un electrón o de
un protón, es el quantum de carga.

41. La Carga Se Conserva
La carga total de un sistema antes de un proceso es
igual a la carga total al final del proceso. Solo hay
transferencia de carga de una de las sustancias que
interactúan a otra. Por ejemplo: Cuando se frota
una barra de vidrio con seda, la primera se carga
positivamente al perder electrones. La seda gana los
electrones que perdió la barra de vidrio adquiriendo
una carga negativa igual a la carga positiva que
adquirió la barra de vidrio. La carga total antes y
después del proceso es cero. Es decir se conserva.
La conservación de la carga ha sufrido
satisfactoriamente el escrutinio experimental tanto
a nivel macroscópico como microscópico

42. MODELOS ATÓMICOS
La teoría atómica considera al átomo constituido por un núcleo denso
constituido de partículas cargadas positivamente, llamadas
protones,
y de partículas sin carga llamadas neutrones. Alrededor de este núcleo
giran los
electrones, partículas cargadas negativamente,
siguiendo
trayectorias elípticas. El átomo se
asemeja a un sistema solar en
miniatura
MODELO ATÓMICO DE J.J THOMPSON
MODELO ATÓMICO DE E. RUTHERFORD
MODELO DE BOHR
.

43. MODELO ATÓMICO DE JJ THOMPSON
MODELO DE PUDÍN
Toda la carga está uniformemente distribuida en el átomo

44. IONIZACIÓN DE UN ÁTOMO

45. MODELO ATÓMICO DE BOHR
POSTULADOS DE BOHR
PRIMER POSTULADO:
nh
mvr=
2π
SEGUNDO POSTULADO:
∆E=hf

46. CARGA Y MATERIA
PARTÍCULA
PROTÓN
NEUTRÓN
ELECTRÓN
SIMBOLO
CARGA
p
+e
N
0
e-
-e
−19
e = 1,6 ×10
C
MASA
−27
1,67 ×10
−27
1,67 ×10
−31
9 ,11 ×10
Kg
Kg
Kg

47. DIFERENTES FORMAS DE CARGAR UN CUERPO
•FRICCIÓN
•CONTACTO
•INDUCCIÓN
•EFECTO TERMOIÓNICO
•EFECTO FOTOELÉCTRICO
•EFECTO PIEZOELÉCTRICO

48. ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN

49. ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN

50. ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN

51. EFECTO TERMOIÓNICO

52. EFECTO FOTOELÉCTRICO

53. EFECTO PIEZOELÉCTRICO

54. CARGA ELÉCTRICA (CONTINUACIÓN)
La diferencia de cargas eléctricas en 2 partes del confite, Wintergreen
Lifesaver, produce un flujo de cargas negativas que al chocar con el
nitrógeno del aire lo hace emitir luz ultravioleta. Esta al chocar con las
moléculas del confite produce una luz azul.

57. PROCESO DE IMPRESIÓN

58. FINAL
THE END
GRACIAS
THANKS A LOT
MERCI BEAUCOUP