Objetivos

- Examinar las cargas por inducción.- Analizar el reparto de cargas por contacto.- Cargar un objeto por inducción- Estudiar cómo es la distribución de carga en los materiales conductores.

Fundamentación Teórica

Conductores y aisladores

Los electrones de diferentes tipos de átomos tienen diferentes grados de libertad para moverse. Con algunos tipos de materiales, como los metales, sus electrones más externos están tan débilmente enlazados que ellos se mueven caóticamente en el espacio que existe entre sus átomos. Debido a que estos electrones no-enlazados son libres de dejar sus respectivos átomos y moverse en el espacio entre los átomos adyacentes, ellos son frecuentemente llamados electrones libres.

En otros tipos de materiales tales como el vidrio, los electrones de los átomos tienen muy poca libertad de movimiento. Mientras fuerzas externas tales como el frotamiento físico puede forzar a algunos de estos electrones dejar sus respectivos átomos y ser transferidos a los átomos de otro material, ellos no se mueven entre los átomos de un mismo material muy fácilmente.

Debido a este comportamiento, los cuerpos se pueden clasificar en cuerpos conductores y cuerpos aisladores. Los cuerpos conductores son materiales que permiten a los electrones fluir libremente de un átomo a otro y de una molécula a otra. Un objeto hecho de un material conductor permitirá que las cargas sean transferidas a lo largo de su superficie. Si la carga es transferida al objeto en una localización dada, esa carga es rápidamente distribuida a lo largo de la superficie del objeto. La distribución de carga es el resultado del movimiento de los electrones. Puesto que los conductores permiten que los electrones sean transportados de partícula en partícula, un objeto cargado siempre distribuirá su carga hasta que la fuerza repulsiva total entre los electrones en exceso sea minimizada. Si un conductor cargado es puesto en contacto con otro objeto, el conductor puede transferir parte de su carga a aquel objeto. La transferencia de carga entre objetos ocurre más fácilmente si el segundo es hecho de un material conductor. Los conductores permiten transferir carga a través del movimiento libre de los electrones.

Como se cargan los cuerpos:

• Carga por fricción: En la carga por fricción se transfieren electrones por la fricción del contacto de un material con el otro. Aun cuando los electrones más internos de un átomo están fuertemente unidos al núcleo, de carga opuesta, los más externos de muchos átomos están unidos muy débilmente y pueden desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a los electrones exteriores en el átomo varia de una sustancia a otra.

• Carga por contacto: Es posible transferir electrones de un material a otro por simple contacto. Por ejemplo, si se pone en contacto una varilla cargada con un cuerpo neutro, se transferirá la carga a este. Si el cuerpo es un buen conductor, la carga se dispersara hacia todas las partes de su superficie, debido a que las cargas del mismo tipo se repelen entre sí. Si es un mal conductor, es posible que sea necesario hacer que la varilla toque varios puntos del cuerpo para obtener una distribución más o menos uniforme de la carga.

• Carga por inducción: Podemos cargar un cuerpo por un procedimiento sencillo que comienza con el acercamiento a él de una varilla cargada. Considérese la esfera conductora no cargada, suspendida de un hilo aislador. Al acercarle la varilla cargada negativamente, los electrones de conducción que se encuentran en la superficie de la esfera emigran hacia el lado lejano de esta; como resultado, el lado lejano de las esfera se carga negativamente y el cercano queda con carga positiva.

Desarrollo Práctico

1° EXPERIENCIA: Distribución de carga en los conductores.

En primer lugar tocamos con una paleta, una de las esferas, la cual estaba siendo cargada atreves del electrómetro y a su vez estaba aislada mediante un pie aislante, entonces al tocarla en diferentes puntos de ella, observamos que las cargas nos daban valores más o menos parecidos.

Ahora repetimos lo mismo pero esta vez utilizamos una superficie irregular la cual tenía una punta, y observamos que las cargas eran distintas en diferentes puntos de ella. En la punta había una mayor acumulación de carga, y en la parte plana menos que en ella, donde se concentro la carga.

2° EXPERIENCIA: Carga de un objeto por inducción.

En esta segunda experiencia en la que cargaremos por inducción, tenemos dos esferas, una de ellas está siendo cargada por una fuente de voltaje, y la carga es positiva, al acercar la segunda esfera (descargada) hasta un punto que no se toquen, observamos que la carga es negativa, ya que la esfera cargada se la está induciendo, y colocándola del otro lado, observamos una carga positiva, lo que podemos ver es que se induce carga de un lado y del otro. Si ahora las alejamos a las esferas, las cargas se reacomodarían, es decir que midiendo en cualquier parte de la esfera, me va a dar 0.

Entonces la carga por inducción consiste en acercar las esferas hasta un cierto punto donde no haya un contacto directo, aquí tengo una inducción de carga, las cargas se reacomodan pero las esferas no están cargadas, para cargarlas lo que hacemos es tocarla para que se vaya lo que esta sobrando, y cuando la alejo la esfera debería tener su carga (opuesta a la que me da la inducción).

3° EXPERIENCIA: Reparto de cargas por contacto.

Ahora tenemos las dos esferas una tiene carga 2, y la otra aproximadamente 0, si las ponemos en contacto, vamos a observar que las cargas ahora son de 1 y 1. Entonces lo que podemos decir es que cuando están en contacto se redistribuyen las cargas con las áreas de las mismas.

Conclusiones

- La carga en los conductores se distribuye de manera uniforme en una superficie esférica y de manera desigual en las superficies que tienen algún extremo.

- Cuando ponemos en contacto las esferas las cargas se distribuyen según las áreas de las mismas.