Conozcamos sobre la cuantización de la carga y los materiales que llevan a cabo el proceso de transferencia
¡Hola querida Comunidad Científica de #Hive! Reciban todos un cordial saludo, es un placer estar nuevamente por acá compartiendo con ustedes, el día de hoy continuamos con una interesante serie que estamos desarrollando acerca de los fenómenos eléctricos. En ésta ocasión conversaremos sobre la cuantizaciòn de la carga y los materiales donde ocurre el proceso de transferencia.
Imagen realizada con la página web de diseño gráfico y composición de imágenes Canva.
Cuando decimos que una variable física está cuantizada, nos referimos a que ésta aparece en unidades discretas, que no pueden ser subdivididas. A la carga eléctrica no se le encuentra en cantidades arbitrarias, sino en múltiplos de una cantidad fundamental o quantum. Robert Millikan (1869 – 1993), un físico norteamericano, en un experimento clásico, conocido como experimento de la gota de aceite, demostró que la carga de un electrón está dada por:
La unidad de carga se expresa en el sistema SI en coulombs. A la cantidad e se le conoce también como carga elemental. Cualquiera carga encontrada en la naturaleza es igual a esta carga elemental o a un múltiplo de la misma. Basado en este hecho, se dice que la carga está cuantizada. La quantización de la carga constituye una ley natural fundamental.
Si recordamos un poco la publicación anterior, sabemos que allí mencionamos que la carga del protón es igual, pero de signo contrario, a la de un electrón. Por tanto, si asignamos un signo negativo a la carga de un electrón, podemos resaltar que:
Cuando describimos el proceso de electrificación por frotamiento, decíamos que hay una transferencia de electrones de un cuerpo a otro. Así, cuando frotábamos una varilla de vidrio con un trapo de lana, los electrones emigraban desde el vidrio hacia la lana, con la particularidad de que el número de electrones perdidos por el vidrio era exactamente igual a los que ganaba la lana. Este caso particular no es sino un ejemplo de un principio más general, el cual establece que la carga neta de un sistema aislado permanece constante.
Por carga neta de un sistema se entiende la suma algebraica de las cargas positivas y negativas que se encuentran en dicho sistema.
Hasta los momentos no se ha observado algún caso de destrucción o de creación de la carga eléctrica neta de un sistema aislado. Podemos, entonces, enunciar la ley de conservación de la carga, la cual establece que:
La carga eléctrica de un sistema aislado no puede ser creada ni destruida, sólo puede ser transferida.
Es conveniente mencionar que cuando decimos que un cuerpo posee un exceso de carga, estamos afirmando que tiene un exceso de electrones (cuerpo cargado negativamente) o un exceso de protones (cuerpo cargado positivamente), en relación con su estado eléctricamente neutro, en el cual el número de protones es igual al número de electrones.
Normalmente, desde el punto de vista eléctrico, los materiales son clasificados como conductores y aislantes. Un buen conductor es un material, en el cual los electrones de la capa más externa se pueden mover con más facilidad a lo largo y ancho de su estructura interna. Esta propiedad permite que, ante la presencia cercana de cuerpos cargados eléctricamente, se produzcan desplazamientos de los electrones libres. Los metales como el cobre, el aluminio, el hierro, entre otros, son buenos conductores.
Los materiales aislantes o aisladores son malos conductores de la electricidad y, aunque pueden intervenir en el proceso de intercambio de electrones con otros cuerpos, los electrones de sus capas externas están tan atados al núcleo atómico, que el desplazamiento de los mismos, dentro de la estructura interna, es mínimo. Los plásticos y el papel seco son ejemplos de materiales aislantes.
Un experimento que puede mostrar la diferencia de comportamiento eléctrico entre conductores y aislantes puede ser un cilindro metálico que descansa sobre un vaso de vidrio, el cual lo aísla eléctricamente de la superficie sobre la cual éste último reposa. Una bolita muy liviana de un material aislante, el cual puede ser anime, recubierta con una capa metálica muy fina, por ejemplo, papel aluminio; se pone en contacto con el cilindro metálico.
Posteriormente una varilla de vidrio con carga positiva se pone en contacto con el cilindro metálico. Inmediatamente la bolita es repelida, ¿Qué sucede? Debido a que la bolita y el cilindro son buenos conductores, sus electrones libres son atraídos por la varilla de vidrio. Estos electrones viajan fácilmente de un extremo al otro del cilindro. Como resultado de este movimiento de electrones hacia la varilla de vidrio, tanto la bolita como el extremo izquierdo del cilindro aparecen con un exceso de carga positiva, que causa la repulsión de la bolita.
Si luego sustituimos el cilindro metálico por uno de plástico y lo tocamos con la varilla de vidrio cargada, observamos que la bolita no se mueve. La explicación es que como el plástico no es un buen conductor, sólo se produce transferencia de electrones en el punto de contacto con la varilla de vidrio; en el resto del cilindro no hay migración de cargas y, por tanto, en el extremo izquierdo del cilindro no tiene lugar efecto alguno.
Referencias
Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.
Sánchez, E. (2005). Física. Caracas: Ediciones CO-BO.
Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen II. México: Pearson Educación.
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STOPHola @ hannymarchan muy buena su explicación acerca de la cuantización de la carga y los materiales donde ocurre el proceso de transferencia, junto al ejemplo base. Gracias por sus contenidos.