mechanisms

El primero que comienza a hablar de lo que hoy llamamos una carga electrica fue William Gilbert [1] que la asociaba a los fenemoenos que hoy denominamos elctricos a diferencia de los fenomenos que Gilbert estudiaba en el ambito magnetico.

Dento de la discusi n de estas propiedades Gilbert vio que si se frotaba un objeto con un pa o y luego la acercamos a algunos objetos esos eran atraidos:

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[1] "De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure", (Del Im n, y de los Cuerpos Magn ticos, y del Gran Im n de la Tierra), William Gilbert, 1600

Si el cuerpo cargado se divide, la repulsi n entre cargas iguales hace que estas se distribuyan sobre la superficie del conductor:

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Para que esto ocurra, es necesario que las cargas puedan desplazarse dentro del cuerpo. Stephen Gray [1] identific este tipo de material, se alando que son conductores de cargas el ctricas. Por otro lado, tambi n identific materiales en los que no existe dicho desplazamiento, describi ndolos como aislantes.

[1] "Documented experiments - not a formal paper" (Experimentos documentados, no un documento formal), Stephen Gray, Philosophical Transactions of the Royal Society, 1729-1730

Al aproximar un cuerpo cargado a otro en que las cargas se pueden desplazar (conductor) se origina una polarizaci n:

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Las cargas opuestas son atra das mientras que las iguales a las del cuerpo que se acerca son repelidas.

Esto muestra lo que en su epoca descubrio Charles Fran ois de Cisternay du Fay [1] en el sentido que existen dos tipos de cargas que el denomino "Vitreous" y "Resinou" y que hoy denominamos poitivas y negativas.

[1] "Une d couverte de deux types d lectricit lectrique" (Dos tipos de fluido el ctrico: v treo y resinoso), Charles Fran ois de Cisternay du Fay, Acad mie fran aise des sciences, 1733

Cuando un cuerpo cargado se aproxima a un conductor, este ltimo se polariza, acercando las cargas opuestas al cuerpo cargado. Al entrar en contacto, las cargas se transfieren, neutralizando parte de las cargas del cuerpo cargado y dejando un excedente de cargas en el conductor:

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Este fen meno tambi n est asociado con el hecho de que las cargas del mismo tipo (positivas o negativas) se repelen, mientras que las cargas de diferente tipo se atraen. Este principio fue introducido por Charles-Augustin de Coulomb [1] en su estudio sobre las fuerzas entre cargas el ctricas.

[1] "Premier M moire sur l lectricit et le Magn tisme" (Primera memoria sobre la electricidad y el magnetismo), Charles-Augustin de Coulomb, Acad mie Royale des Sciences en Par s, 1785.

Benjamin Franklin en sus estudios de la electricidad descubre que las cargas se conservan o sea que la suma de las cargas positivas y negativas es igual.

Un cuerpo puede ser neutro o polarizarse separ ndose las cargas positivas de las negativas. Sin embargo esta separaci n es tal que se 'crean' el mismo numero de cargas positivas como negativas. Esto es un reflejo de:

La suma de las cargas positivas y negativas en el universo se conserva.

Esto significa que la carga en si no se conserva. O sea una carga positiva puede 'desaparecer' en la medida que al mismo tiempo se 'desaparezca' una carga negativa. De igual forma solo se puede 'crear' una carga positiva en la medida que al mismo tiempo se 'cree' una negativa.

[1] "Experiments and Observations on Electricity" (Experimentos y observaciones sobre electricidad), Benjamin Franklin, Colecci n de catas, 1751

Experimentando con objetos podemos descubrir que existe una propiedad que podemos denominar carga y que tiene las siguientes propiedades:

• se le pueden 'crear de la nada' en la medida que se 'creen' el mismo numero de positivas como negativas lo que corresponde a una conservaci n de cargas

• en algunos medios, que denominamos conductores, estas cargas se pueden desplazar

• las cargas generan fuerzas que pueden ser repelentes (cargas iguales) o atrayentes (cargas opuestas)

Una propiedad adicional es la que las cargas solo pueden tomar valores discretos siendo el valor 'unitario' la carga del electr n.

Un ejemplo cl sico de conservaci n de cargas se da cuando un fot n en un rayo gamma genera un par de part culas compuestas por un electr n y un positr n. El fot n original no posee carga, mientras que el electr n tiene una carga de -1.6e-19 Coulomb (negativa) y el positr n, que es la contraparte de antimateria del electr n, posee una carga de +1.6e-19 Coulomb (positiva).

Este fen meno se pod a observar en las antiguas c maras de niebla utilizadas por los f sicos para estudiar part culas:

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En estas c maras, las part culas inducen la condensaci n en el vapor de agua saturado, dejando trazos visibles. Debido a que la c mara se encuentra en un campo magn tico, las cargas el ctricas se desv an, creando im genes en forma de espiral. Al tener cargas opuestas, una part cula gira en un sentido y la otra en el sentido contrario.

El electr n fue descubierto por J.J. Thomson [1,2], quien determin su carga, $e$, que es igual a $-1.6\times 10^{-19}C$. Por ello, el número de electrones ($n_e$) se puede determinar a partir de la carga de todos los electrones ($Q_e$) dividido por la carga del electrón ($e$), resultando en:

equation=3211

[1] "Cathode Rays" (Rayos cat dicos), J.J. Thomson, Philosophical Magazine, 1897

[2] "On the Charge of Electricity Carried by the Ions Produced by R ntgen Rays" (Sobre la carga de electricidad transportada por los iones producidos por los rayos R ntgen), J.J. Thomson, Philosophical Magazine, 1897

Svante Arrhenius, en su tesis doctoral [1], postul que existen part culas con m ltiples cargas del electr n, conocidas como iones. Por lo tanto, su n mero depende de la carga total y del m ltiplo de la carga del electr n. As , el número de iones del tipo k ($n_{i,k}$) se calcula a partir de la carga del ion i ($Q_i$), dividido por la carga de cada ion, que es la carga del electrón ($e$), multiplicado por la valencia ($z$):

equation=15774

[1] "Recherches sur la conductibilit galvanique des lectrolytes" (Investigaci n sobre la conductividad galv nica de electrolitos), Svante Arrhenius, Tesis doctoral, 1884

La carga ($Q$) total se puede calcular sumando el número de electrones ($n_e$) multiplicado por la carga del electrón ($e$) y la suma de el número de iones del tipo k ($n_{i,k}$) multiplicado por la valencia ($z$), si este n mero se multiplica por la carga del electrón ($e$):

equation=15775

Como las cargas opuestas se compensan, no es posible determinar el n mero total de cargas, ni cu ntas de estas son positivas o negativas.

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El número de electrones ($n_e$) se puede determinar a partir de la carga de todos los electrones ($Q_e$) dividido por la carga del electrón ($e$), resultando en:

kyon

El número de iones del tipo k ($n_{i,k}$) se calcula a partir de la carga del ion i ($Q_i$) dividido por la carga de cada ion, que es la carga del electrón ($e$), multiplicado por la valencia ($z$):

kyon

La carga ($Q$) total se puede calcular sumando el número de electrones ($n_e$) multiplicado por la carga del electrón ($e$) y la suma de el número de iones del tipo k ($n_{i,k}$) multiplicado por la valencia ($z$), si este n mero se multiplica por la carga del electrón ($e$):

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