ObjNandSim Evaluation

Se denomina “cargar un cuerpo” al proceso de quitar o agregar electrones, con el fin de llevarlo desde un estado eléctricamente neutro a un estado cargado. Los métodos para cargar un cuerpo son, básicamente:

Charles Agustín de Coulomb (1736 1806). Científico francés, se le conoce principalmente por la formación de la ley que lleva su nombre. Como ingeniero militar, Coulomb trabajó nueve años en la India. Al regresar a Francia se dedicó a las investigaciones científicas e inventó la “balanza electrostática”. Dispositivo que le permitió medir las fuerzas eléctricas con gran precisión, llevándolo a establecer su célebre ley. Coulomb también realizó experimentos en otros campos: acerca de la fricción en las máquinas, la elasticidad de los metales, de fibras de seda, etc. La unidad de carga eléctrica del Sistema Internacional, recibió el nombre de Coulomb en su honor.

Sabías que...

Los materiales se pueden clasificar de acuerdo al comportamiento de sus átomos como: Aisladores

o Dieléctricos y Conductores. Debido a la estabilidad de los protones en el núcleo, el c o m p o r t a m i e n t o eléctrico de los cuerpos depende exclusivamente de la pérdida o ganancia de electrones. Si un cuerpo está cargado positivamente es porque perdió o cedió electrones. Si un cuerpo está cargado negativamente significa que ganó o captó electrones.

160

CPECH

161

Preuniversitarios

CPECH

Preuniversitarios

a. Contacto

Si un conductor neutro se pone en contacto con un conductor cargado, se produce una transferencia de carga, de modo que después del proceso ambos conductores quedan con una carga del mismo signo que la carga del conductor inicialmente cargado.

El valor de la carga final de cada cuerpo depende del tamaño y de la forma de las cargas puestas en contacto.

Al establecerse el contacto se produce una transferencia y redistribución de carga, pero en cualquier caso la cantidad de carga transferida no es fácil de calcular. Lo único que se puede afirmar es que se cumple el Principio de conservación de carga eléctrica.

Además, la carga eléctrica cumple con el principio de conservación de la carga, lo que implica que en proceso de contacto, no se crean ni se destruyen cargas, sino que sólo se transfieren de un cuerpo a otro.

Polarización: Un cuerpo electrizado puede también atraer a otro eléctricamente neutro. ¿Cómo se explica esto? Simplemente, ocurre que el cuerpo electrizado al acercarse al neutro ejerce una influencia sobre él haciendo que sus cargas eléctricas móviles se redistribuyan.

En la figura se muestra un cuerpo A, positivo, que al acercarse a la barra B hace que algunos de sus electrones se ubiquen en el extremo más cercano, por atracción. De esta manera, la barra en un extremo aparece como cargada positivamente y, en el otro, como si tuviera carga negativa. En este caso se dice que la barra B se ha “polarizado”. (A) (B) + + + + + + + + +₊ + +₊ + + + - ₊+ +₊₊+ + + + + + ₊ + -- ---- b. Inducción

Consiste en aproximar un cuerpo cargado (inductor) a uno neutro (con- ductor) y, dependiendo si la carga del cuerpo inductor es positiva o ne- gativa, los electrones del cuerpo neutro se acercarán o alejarán del cuer- po inductor, quedando ahora el cuerpo neutro cargado en forma parcial. Una observación importante es que el cuerpo neutro quedará con una carga de signo contrario a la carga del cuerpo inductor, si el primero es conectado a tierra, permitiendo el movimiento de cargas.

En los métodos de carga eléctrica, el número total de protones y electrones no se altera y sólo hay una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay creación ni destrucción de cargas eléctricas, es decir, la carga total se conserva.

Q_A + Q_B = q_A + q_B inicial final – + – – Q_A + – Q_B + – + – q_A + – q_B + – Luego de transferir carga

Sabías que...

Al aproximar un cuerpo electrizado a un conductor, observamos en éste una redistribución de su carga hacia los extremos (polarización).

Al ser conectado a tierra el conductor polarizado quedará electrizado negativamente, pues los electrones libres de la Tierra pasarán hacia él.

Conceptos fundamentales

162

CPECH

163 Preuniversitarios

CPECH

Preuniversitarios

capítulo

5

c. Frotamiento

Si dos cuerpos (normalmente malos conductores) inicialmente neutros se frotan entre sí, el proceso de roce propio del frotamiento hace que uno de los cuerpos transfiera carga (electrones) al otro, de modo que al volver a separarlos uno queda con carga positiva y el otro con carga negativa. La magnitud de la carga en ambos cuerpos después del proceso debe ser igual (conservación de la carga); pero por ser de signo contrario, los cuerpos, al acercarlos, se atraen entre sí.

Ejemplos:

1. Se dispone de tres cuerpos, que llamaremos A, B y C. Se sabe que todos están cargados. Se hacen los siguientes experimentos:

i. Se acerca A a B, encontrándose que ambos se repelen. ii. Se acerca A a C, encontrándose que ambos se atraen.

iii. El cuerpo A se junta con el conjunto B-C y, al hacer contacto, el cuerpo A pierde electrones.

iv. Un electrón es repelido por el conjunto A-B-C.

¿Qué se puede decir en cuanto al signo de las cargas iniciales de los cuerpos? ¿Qué se puede afirmar en cuanto a la magnitud inicial de las respectivas cargas?

Solución

De i y ii se tiene que A y B tienen carga de igual signo y contraria a la de C. De iii se tiene que las magnitudes están en el orden: A>C>B. De iv se deduce que inicialmente A y B tiene carga (-) y C (+).

2. Se dispone de una peineta y un pedazo de tela. La peineta se frota contra el trozo de tela, con el fin de cargarla. ¿Es posible que después de este proceso la peineta y la tela se repelan, o necesariamente deben atraerse?

Solución

No, pues el proceso de frotamiento deja a ambos cuerpos cargados con carga opuesta, lo que debe generar una atracción y no una repulsión.

3. Dos hojas de un mismo tipo de papel son frotadas entre sí. ¿Quedarán electrizadas? ¿Y si frotamos dos barras hechas de un mismo tipo de plástico?

Solución

Cuando se frotan dos cuerpos sólidos hechos de una misma sustancia, no hay traspaso de electrones de uno hacia el otro, y por tanto, no se electrizan.

Existen tres maneras de cargar un cuerpo: • Contacto: Ambos cuerpos

quedan con cargas del mismo signo

• Inducción: Este método sólo produce una polarización, el cuerpo inducido no se carga a menos que se conecte a tierra. • Frotamiento: Los cuerpos

quedan finalmente cargados con distinto signo.

En algunos casos, cuando un cuerpo que ha sido electrizado se acerca a otro se producen chispas, las que suelen ser visibles en la oscuridad. Esto queda en evidencia al sacarse rápidamente algunas prendas de vestir; en la descarga que recibimos al bajarnos de algunos vehículos después de haber viajado en ellos, etc.

Sabías que...

En los climas húmedos, los cuerpos metálicos electrizados, aun cuando estén apoyados sobre aislantes, terminan por descargarse después de cierto tiempo. Aun cuando el aire atmosférico sea aislante, la presencia de humedad hace que se vuelva conductor.

162

CPECH

163

Preuniversitarios

CPECH

Preuniversitarios

4. Cuando frotamos con seda una barra de vidrio, ésta queda electrizada positivamente. Cuando frotamos una barra de goma con lana, ésta queda electrizada negativamente.

Considerando lo anterior:

a. ¿El trozo de lana quedó electrizada?

b. ¿Cuál es el signo de la carga en la tela de lana? c. ¿Cuál de los dos cuerpos recibió electrones?

d. ¿Cuál de los dos cuerpos quedó con exceso de protones?

Solución a. Sí. b. Positiva. c. La goma. d. La lana.

5. Se sabe que el cuerpo humano es capaz de conducir cargas eléctricas. ¿Por qué , entonces, una persona con una barra metálica en sus manos no consigue electrizarla por frotamiento?

Solución

La barra cede su carga a la tierra a través del cuerpo de la persona.

6. Un autobús en movimiento adquiere carga eléctrica debido al roce con el aire.

a. Si el ambiente del lugar es seco. ¿El autobús permanecerá electrizado?

b. Al asirse de un autobús para subirse en él, una persona “recibirá un choque”. ¿Por qué? c. Este hecho no es común en climas húmedos. ¿Por qué?

Solución

a) Sí los neumáticos (que son aislantes) impiden que el autobús ceda su carga a la tierra.

b) El autobús cede su carga a la tierra a través del cuerpo de la persona, y ello provoca el choque eléctrico. c) En un ambiente húmedo el autobús no llega a adquirir una carga eléctrica considerable.

7. Dos esferas conductoras aisladas tienen cargas 10 C y –6 C respectivamente. Las esferas son conectadas mediante un cable cuidando de que no haya fuga de cargas al exterior. Después de retirado el alambre.

¿Cuánto valen las cargas de ambas esferas?

Solución

Q_T = 10 + –6 = 4 [C]. Esta carga neta se distribuirá entre ambas esferas. No se puede saber el valor de cada carga individual después de la interacción, pues no se sabe si los materiales y/o sus dimensiones son iguales.

Sólo que sus cargas individuales serán del mismo signo (en este caso, positivas) y que su suma algebraica será 4 [C].

164

CPECH

165 Preuniversitarios

CPECH

Preuniversitarios

capítulo

5

8. Una barra electrizada negativamente se coloca cerca de un cuerpo metálico AB (no electrizado), como muestra la figura: - -- -- -- A metal B

a. ¿Hacia dónde se desplazarán los electrones libres de este cuerpo metálico? b. ¿Cuál es el signo de la carga que aparece en A? ¿Y en B?

c. ¿Cómo se denomina esta separación de cargas que ocurrió en el cuerpo metálico?

Solución: a. Hacia B.

b. Positiva en A y negativa en B. c. Polarización.

9. Un cuerpo electrizado con carga positiva se acerca a la bolita de un péndulo eléctrostático. Si la bolita fuera

a. atraída por el cuerpo, ¿podríamos concluir que está electrizada negativamente? b. repelida, ¿podríamos concluir que posee carga positiva?

Solución:

a. No, porque también sería atraída si estuviese neutra. b. Sí.

In document Improving Reliability and Performance of NAND Flash Based Storage System (Page 102-107)