La carga eléctrica es una propiedad física de la materia, por lo que experimenta una fuerza en presencia de un campo eléctrico. Estas cargas sientan las bases para el campo de la electrostática y grandes disciplinas como la ingeniería eléctrica. La carga eléctrica es lo que fluye a través de nuestros cables cuando pasa una corriente a través de ellos. Permite que la electricidad exista en nuestras vidas reales. La carga es positiva o negativa, no se puede destruir ni crear. Sólo se puede transferir de un cuerpo a otro cuerpo. Esta es la idea detrás de la ley de conservación de cargas. Veamos estos conceptos en detalle.
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Todos los materiales en este mundo están hechos de átomos y moléculas. En casos ordinarios, todos estos átomos y moléculas son eléctricamente neutros con todas las cargas balanceadas. Para electrificar un cuerpo neutro, es necesario eliminar uno de los tipos de cargas. Un cuerpo cargado siempre significa un déficit de electrones o un exceso de electrones. Se supone que los electrones llevan la carga negativa. Por lo tanto, un cuerpo puede cargarse positivamente quitando algunos electrones del átomo. De manera similar, el mismo cuerpo puede cargarse negativamente al ganar algunos electrones.
En la vida real también, siempre que un cuerpo se frota con otro cuerpo. Uno de los cuerpos pierde electrones y el otro los gana y por lo tanto se electrifica. La electricidad fluye debido al flujo de carga. Hay algunas sustancias que permiten el paso de la electricidad a través de ellas, mientras que otras no. Estas sustancias se clasifican como conductoras o aislantes.
Conductores : Los conductores son aquellas sustancias que permiten el paso de la electricidad a través de ellos. Tienen cargas eléctricas (electrones) que son relativamente libres de moverse alrededor del cuerpo del conductor.
Ejemplo: metales, cuerpos humanos y animales.
Aislantes: Los aislantes son aquellas sustancias que no permiten el paso de la electricidad a través de ellas. También tienen cargas eléctricas (electrones) pero no son libres de moverse por el cuerpo. Por lo tanto, este cuerpo no puede conducir la electricidad.
Ejemplo: madera, caucho, ropa, etc.
Conservación de carga
Se sabe que cuando los cuerpos se frotan, hay un intercambio de electrones que crea una carga en los cuerpos. Observe que, en este proceso, la carga se transfiere de un cuerpo a otro cuerpo, pero no se crea ni se destruye ninguna carga. Un sistema aislado es un sistema que no tiene contacto con nadie fuera del sistema. En tal sistema, las cargas solo pueden generarse a través de la transferencia de partículas cargadas de un cuerpo a otro. Esta es la idea detrás de la ley de conservación de la carga.
Para un sistema aislado, la carga total dentro del sistema siempre se conserva.
No es posible crear o destruir la carga neta dentro de un sistema aislado. Aunque la carga puede ser creada por algunos procesos naturales, siempre mantiene la ley de conservación de la carga. Por ejemplo, en la naturaleza, a veces en el proceso radiactivo, se crea una carga. Por ejemplo,
Un neutrón se disocia para crear un protón y un electrón. En este fenómeno, se crea la carga pero la carga neta del sistema permanece constante.
Supongamos que hay un sistema de múltiples cuerpos, ahora tales sistemas pueden estar en dos estados:
- Todos los cuerpos son neutros, esa carga se equilibra en todos y cada uno por su cuenta. En este escenario, la ley de conservación de carga se mantiene por defecto.
- Algunos cuerpos tienen carga positiva y otros tienen carga negativa. Esto demuestra que ha habido una transferencia de cargas de un cuerpo a otro cuerpo. Pero dado que estas partículas no entraron en contacto con nada fuera del sistema. La carga neta sigue siendo la misma. Los electrones simplemente se redistribuyen entre los cuerpos para crear una carga.
Aditividad de carga
Las cargas se pueden clasificar en cargas positivas y negativas. Estas cargas se pueden sumar algebraicamente. Una carga solo tiene magnitud y naturaleza, pero no tiene dirección. Estos signos se usan al hacer sumas y restas de cargos. Por ejemplo, digamos que un sistema tiene dos cuerpos con cargas q 1 y q 2 . Sea q la carga total,
q = q 1 + q 2
Para generalizar la regla anterior, digamos que hay n-cargas en un sistema q 1, q 2, ,….. q n. La carga total en el sistema está dada por,
Q = q 1 + q 2 + …. q norte
Cuantización de carga
Como se mencionó anteriormente, la carga en el cuerpo se desarrolla debido al intercambio de electrones. Esto significa que cualquier cuerpo cargado debe tener una carga que sea un múltiplo de la unidad de carga más pequeña «e». “e” se considera como una carga sobre los electrones y su valor es,
e = 1,6 x 10 -19 Culombios o C.
Entonces, en general, cualquier carga «q» en un cuerpo es,
q = ne
Veamos algunos problemas de muestra.
Problemas de muestra
Pregunta 1: Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:
- La madera es un buen conductor de la electricidad.
- En un conductor, los electrones no pueden moverse libremente.
- Un cuerpo puede tener una carga equivalente a 0,5e.
- La carga total se conserva para cualquier sistema.
Responder:
1. Falso,
La madera es un aislante; no puede conducir electricidad.
2. Falso,
En un conductor, hay algunos electrones que pueden moverse libremente dentro de él. Por esta razón, es capaz de transferir la carga y conducir la electricidad.
3. Falso.
No, la unidad más pequeña de la carga es «e», que es la carga que tiene un electrón. Cuando los cuerpos están cargados, transfieren electrones. Para desarrollar una carga de 0.5e, eso significa que solo se debe transferir la mitad del electrón. No existe ninguna técnica para dividir un electrón en dos partes.
4. Falso,
La declaración es un poco engañosa, la carga se conserva pero solo para aquellos sistemas que están aislados.
Pregunta 2: El sistema dado en la siguiente figura comprende múltiples cuerpos. Estos cuerpos tienen algunos cargos. Los cargos son q 1 y q 2 , y el valor de los cargos es +5C y -2C respectivamente. Averigüe la carga neta en el sistema.
Solución:
Hay una mezcla de cargas positivas y negativas. De las propiedades mencionadas anteriormente, se pueden sumar y restar cargos algebraicamente.
En este caso,
Cargos Positivos
q1 = 5C
Cargos negativos
q2 = -2C
Si hay n-cargas en un sistema q 1, q 2, ….. q n. La carga total en el sistema está dada por,
Q = q 1 + q 2 + …. q norte
Q = q 1 + q 2
⇒Q = (5 -2) C
⇒Q = 3C
Pregunta 3: El sistema dado en la siguiente figura comprende múltiples cuerpos. Estos cuerpos tienen algunos cargos. Los cargos son q 1 , q 2 , q 3 y q 4 , y el valor de los cargos es +5C, +10C, -2C, -15C respectivamente. Averigüe la carga neta en el sistema.
Solución:
Hay una mezcla de cargas positivas y negativas. De las propiedades mencionadas anteriormente, se pueden sumar y restar cargos algebraicamente.
En este caso,
Cargos Positivos
q1 = 5C, q2 = 10C
Cargos negativos
q3 = -2C , q4 = -15C
Si hay n-cargas en un sistema q 1, q 2, ….. q n. La carga total en el sistema está dada por,
Q = q 1 + q 2 + …. q norte
Q = q 1 + q 2 + q 3 + q 4
⇒Q = 5 + 10 -2 – 15
⇒Q = 15 – 17
⇒Q = -2C
Pregunta 4: ¿Cuántos electrones se transfieren cuando hay una carga de 1C en un cuerpo?
Responder:
Una propiedad de la carga es que siempre está cuantizada
Q = ne
En este caso,
Q = 1 y e = e = 1,6 x 10 -19 Culombios o C.
El objetivo es encontrar «n».
Q = ne
⇒1 = n(1.6 x 10 -19 )
⇒ 6,24 × 10 18 = norte
Entonces, se transfieren 6.24 × 10 18 electrones.
Pregunta 5: ¿Cuántos electrones se transfieren cuando hay una carga de -10C en un cuerpo?
Responder:
Una propiedad de la carga es que siempre está cuantizada
Q = ne
En este caso,
Q = -10 y e = e = 1,6 x 10 -19 Culombios o C.
El objetivo es encontrar «n».
Q = ne
⇒-10 = n(1.6 x 10 -19 )
⇒
⇒ 6,24 × 10 19 = norte
Entonces, se transfieren 6.24 × 10 19 electrones.
Pregunta 5: Encuentra la carga negativa en un mol de agua.
Responder:
Un mol de agua contiene 6,02 × 10 23 moléculas de H 2 0.
Número de electrones en H 2 O = 2(Número de electrones en H) + Número de electrones en O
⇒Número de electrones en H 2 O = 2(1) + 8
⇒Número de electrones en H 2 O = 10
Número total de electrones en un mol de agua = 6,02 × 10 23 × 10
= 6,02 × 10 24
Una propiedad de la carga es que siempre está cuantizada
Q = ne
En este caso,
n = 6,02 × 10 24 y e = e = 1,6 x 10 -19 culombios o C.
El objetivo es encontrar «n».
Q = ne
⇒Q = (6,02 × 10 24 )(1,6 × 10 -19 )
⇒Q = 9.632 × 10 5 C
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por anjalishukla1859 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA