Historia sobre las ideas de la corriente eléctrica

Nombre de los integrantes:

Eduardo Castillo Pimentel N.L:7

Espinoza Morales Kevin Enrique N.L:13

Gabriel Reina Fragoso N.L:38

Materia:

Física

Nombre del maestro:

Félix Murillo Dávila

Trabajo entregado:

Tarea No. 3

Fecha de entrega:

Lunes 18 de mayo de 2015

LA CORRIENTE ELCTRICA

Introducción:

En esta investigación veremos la historia sobre las ideas de la corriente eléctrica, la

electroestática y las cargas eléctricas.

Los pensamientos que fueron teniendo varios físicos sobre estos estudios que los

fueron complementando hasta tener una base sólida y llegar a las ideas que tenemos

actualmente sobre dichas ciencias.

Al igual que veremos algunos de los personajes que han contribuido a su estudio.

Electroestática:

La electroestática es la parte del electromagnetismo que se encarga del estudio de

las cargas eléctricas en reposo.

Breve historia de la electroestática:

La historia de la electroestática se considera que comenzó cuando el filósofo griego,

Tales de Mileto (640-546 a.C) observó que el ámbar previamente frotado con una piel

de animal adquiría la propiedad de atraer objetos pequeños., como las hojas secas,

trozos de paja o plumas. El nombre griego de ámbar es elektrón, del cual se derivó la

palabra electricidad.

El estudio y comprensión de los fenómenos electroestáticos ha sido un proceso lento,

pues tuvieron que pasar alrededor de 2200 años después del descubrimiento de Tales

para que otro científico estudiara sistematíceme dicho fenómeno. Hacia el año 1600,

William Gilbert (1540-1603), físico y médico de la reina Isabel I, después de realizar

numerosos experimentos, concluyó entre otras cosas, que una gran variedad de

materiales atraían cuerpos ligeros cuando eran frotados, a los que llamó eléctricos. A

los que no presentaban esta propiedad cuando eran frotados los llamó no eléctricos.

También descubrió que los cuerpos eléctricos, cuando se calientan, pierden sus

propiedades atractivas. En su libro De magnete, Gilbert presento todos sus

experimentos sobre la electroestática y el magnetismo.

El científico francés Charles Francois Du Fay (1698-1739) fie el primero en identificar

Que había dos tipos de electricidad, al observar que una pieza de vidrio cargada

eléctricamente atraía ciertos objetos también cargados.

También concluyó que los cuerpos con igual clase de electricidad se repelían

mutuamente, mientras que cuerpos con electricidad de distinta clase se atraían

mutuamente.

Benjamín Franklin (1706-1790) comenzó a interesarse en la electricidad en el año

1746, como resultado de escuchar una conferencia sobré este tema en Boston. La

mayor contribución de este científico fue su teoría del fluido eléctrico único. De acuerdo

con esta, la electricidad no se crea ni se destruye. Cuando dos cuerpos son frotados,

uno adquiere un exceso de electricidad y el otro una deficiencia, pero la cantidad de

electricidad total es constante. Los términos cargas positivas y negativas los acuñó

Franklin para diferenciar las dos clases de electricidad.

La primera investigación cuantitativa de la fuerza entre cargas eléctricas en reposo la

realizo en 1784 el francés Charles Augustin Coulomb (1736-1806) al mediar la fuerza

entre cargas con la balanza de torsión que el construyó.

En 1837 Michael Faraday (1791-1867) descubrió que las fuerzas entre partículas

cargadas disminuyen cuando el espacio circundante se llena con un aislador distinto del

aire. Más tarde, James Clerk Maxwell (1831-1879) estableció en una de sus

ecuaciones que las líneas de fuerza eléctricas comienzan y terminan solamente en las

cargas eléctricas.

Carga eléctrica:

Cuando se acerca un popote de plástico a pedacitos de papel no se observa ningún tipo

de atracción o de repulsión entre los pedacitos de papel y el popote. Sin embargo,

cuando se frota el popote contra una bolsa de plástico nuestro o cabello seco, seco, se

constata que el popote en el lugar donde fue frotado presenta una nueva propiedad

capaz de atraer los pedacitos de papel. A esta propiedad se le conoce como carga

eléctrica.

Cuando los materiales se comportan como el popote, al ser frotados, se dice que están

electrizados o cargados eléctricamente. De acuerdo con esto, la carga eléctrica es la

propiedad que poseen algunos cuerpos cuando, al ser frotados, son capaces de atraer

objetos ligeros.

La carga eléctrica que adquieren los cuerpos no siempre es del mismo tipo, pues los

experimentos como el siguiente demuestran que hay dos tipos de carga eléctrica.

Al acercar una varilla de vidrio previamente frotada por un trozo de seda a una esfera

de corcho que cuelga de un hilo de algodón. Veremos que la varilla atrae a la esfera de

corcho. Si se repite lo anterior, pero ahora con una varilla de ebonita previamente

frotada por un paño de lana, se observa el mismo efecto de atracción sobre la esfera.

En ambos casos las varillas adquieren una carga eléctrica. Pero si ahora acercamos las

dos varillas cargadas eléctricamente de manera simultanea a la esfera de corcho, se

observa que dicha esfera ya no es atraída, si no que permanece en su posición original.

Lo que se puede afirmar en estas condiciones es que la carga eléctrica adquirida por la

varilla de vidrio es diferente a la carga eléctrica adquirida por la varilla de ebonita.

¿Cómo sabemos que carga adquiere un cuerpo al ser frotado? Para responder a esa

pregunta, consideramos el siguiente experimento.

A dos esferas de corcho suspendidas de un hilo cada una, se les toca con una varilla de

vidrio electrizada. Si luego se acercan, se verá que se rechazan.se consigue el mismo

resultado cuando las esferas de corcho son tocadas por una varilla de ámbar o ebonita

electrizada. Sin embargo, si se toca una esfera con la varilla de vidrio electrizada y la

otra esfera con la varilla ámbar o ebonita también electrizada, se observa que al acercar

dichas esferas, estas se atraen. Estos resultados permiten concluir que existen 2 tipos

de carga eléctrica, una como la del vidrio y otra como la del ámbar.

Empleando la convención propuesta por Benjamín Franklin:

La carga eléctrica adquirida por el vidrio se denomina positiva y la adquirida por el

ámbar se denomina negativa.

Si un objeto de plástico es frotado por una bolsa de plástico y se acerca a una esfera de

corcho cargada positivamente se observa una repulsión pero si se acerca a una esfera

de corcho negativamente se observa una atracción.

Hasta ahora, no se ha observado que un objeto cargado sea repelido por cargas

negativas y positivas o atraído por ambas. Esto quiere decir que solo hay dos tipos de

carga eléctrica.

A partir de estas observaciones se puede concluir que cargas eléctricas del mismo

signo se repelen y las cargas eléctricas de signos opuestos se atraen.

Para comprender mejor el origen eléctrico de los cuerpos analicemos la estructura de

sus átomos. Estos están constituidos fundamentalmente por las siguientes partículas;

protones, neutrones y electrones. Los protones y neutrones forman el núcleo del átomo

y los electrones se encuentran alrededor de este. A los protones se les asocio la carga

positiva y a los electrones la carga negativa. Los neutrones no tienen carga eléctrica.

Como en el átomo existe igual número de protones que electrones, la suma de las

cargas positivas es igual a las cargas negativas; por esto, se dice que el átomo es

neutro.

Es cierto que los cuerpos están formados por átomos que contienen partículas con

Cargas eléctricas; sin embargo, sus propiedades eléctricas no se perciben porque las

cargas eléctricas de dichas partículas se neutralizan entre sí. Sus propiedades

eléctricas se hacen patentes cuando se da un desequilibrio ente sus cargas eléctricas,

es decir, cuando hay un mayor (o menor) número de electrones que de protones en

algunos de sus átomos. Cuando se frota el popote con una bolsa de plástico, lo que se

provoca es un desprendimiento de electrones que pasan de un cuerpo a otro,

provocando que el cuerpo que pierde los electrones quede cargado positivamente y el

que los gana quede cargado negativamente. En el caso de vidrió, los electrones más

alejados del núcleo de sus átomos se desprenden fácilmente por frotamiento debido a

que se encuentran lejos del núcleo y a que le atracción que ejerce este sobre dichos

electrones es relativamente débil, por esta razón queda con una carga positiva.

De acuerdo con lo anterior, la carga eléctrica de un cuerpo se puede interpretar como la

diferencia entre las cargas positivas de sus protones y las cargas negativas de sus

electrones. Es importante señalar que la carga eléctrica es una propiedad inerte a los

protones y electrones así como a otras partículas fundamentales. No puede separarse

de tales partículas ni ser examinada por si sola y no tiene existencia sin ellas. A pesar

de que no se sabe porque existe la carga eléctrica, si se sabe cómo se comporta y cual

es su efecto sobre otras cosas. Sin embargo, en el estudio de esta propiedad es el

punto de partida del estudio de la electroestática.

La carga eléctrica se representa por la letra q y su unidad en el SI es el Coulomb cuyo

símbolo es la letra C.

Un coulomb es equivalente a la carga de 6.25x1018 electrones, lo cual la hace una

unidad demasiado grande para las cantidades de carga que se presentan en muchas

situaciones y fenómenos, que son del orden de mili coulomb (mC), micro coulomb (1µC)

y pico cocoulomb (pC). Por ejemplo, al frotar la varilla de vidrio con un trozo de seda, la

carga neta positiva que parece en el vidrio es del orden de un micro coulomb.

La carga eléctrica más pequeña que se puede encontraren el estado libre en la

naturaleza es la carga de un electrón (negativa) o de un protón (positiva). La magnitud

de esta carga se denota por e, y recibe el nombre de carga elemental, que tiene un

valor de:

1.60219x10-19C

de acuerdo con lo anterior el protón tiene una carga +e y el electrón una carga

eléctrica

-e. Como la carga eléctrica de un cuerpo aparece cuando este pierde electrones o

cuando gana estos, se puede concluir que cualquier carga eléctrica de magnitud q es

un múltiplo entero de la carga elemental e, es decir.

q=ne

Dónde:

q=carga eléctrica del cuerpo

n=número entero igual al número d electrones o de protones.

e=carga elemental

esta característica de la carga eléctrica que puede adquirir un cuerpo fue confirmada

en 1906 por Robert Milikan (1868-1953) cuando encontró experimentalmente que las

cargas eléctricas en gotitas de aceite solo pueden existir como múltiplos enteros de la

carga elemental. Por esta razón se dice que la carga eléctrica esta cuantizada.

En la actualidad se sabe que los protones están integrados por tres quarks; dos quarks

arriba (u) y un quarks abajo (d).

Los quarks u tienen una carga eléctrica de +2/3e y los quarks d tienen un carga de -

1/3e. Hasta ahora dichas partículas no han sido observadas como partículas libre y, en

consecuencia sus cargas fraccionarias no han sido observadas de manera aislada en la

naturaleza.

Corriente eléctrica.

Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas eléctricas en movimiento, pero,

¿Cómo puede establecerse una corriente eléctrica? Cuando se unen mediante un

conductor dos regiones que tienen diferente potencial eléctrico, las cargas eléctricas se

mueven a través de duchi conductor y la corriente eléctrica queda establecida.

En caso de un conductor metálico que tiene electrones que pueden moverse

libremente, la corriente eléctrica consiste en el movimiento de electrones libres (un

electrón libre es un electrón que se desprende de su átomo).

Es importante señalar que desde el punto de vista macroscópico, el flujo de cargas

eléctricas positivas que se mueven en sentido es completamente equivalente a un flujo

de cargas eléctricamente negativas que se mueven en el sentido opuesto. Esta

situación ha permitido fijar el sentido a una corriente eléctrica, es decir, por convención,

el sentido de una corriente eléctrica es el sentido en el que se mueven (o moverían) las

cargas eléctricas positivas.

El que se haya seleccionado como sentido de la corriente eléctrica el sentido en que se

mueven las cargas eléctricas positivas se debe a que cuando las pilas se construyeron

a principios del siglo XIX no se sabía cómo se movía la carga eléctrica en un circuito. A

pesar de esto, llego a ser de uso convencional desde esa época el considerar la

corriente eléctrica como el flujo de la carga eléctrica positiva de la terminal positiva de

una pila hasta la terminal negativa. Con el avance en el conocimiento de la estructura

de la matera, se descubrió que la corriente eléctrica en los conductores metálicos era

en realidad un flujo de electrones que se movían en el sentido opuesto al sentido

convencional asignado a la corriente eléctrica. Sin embargo, en la actualidad se sigue

utilizando el sentido convencional de la corriente eléctrica al analizar los circuitos

eléctricos.

Tipos de corriente eléctrica:

Para tomar en cuenta los portadores de carga eléctrica, la corriente eléctrica se puede

clasificar en:

Corriente de conducción. Se debe al movimiento de caras electicas libres (positivas o

negativas) en un medio conductor

Corriente de convención. Se debe al movimiento de cuerpos cargados eléctricamente

.Corriente de polarización. Con este nombre se designa al movimiento de las cargas

eléctricas en corriente continua o directa y corriente alterna

Corriente continua, es aquella en que las cargas eléctricas fluyen siempre en el mismo

sentido. Una pila eléctrica produce una corriente continua en el circuito que se

conecte. En este circuito, los electrones se mueven de la terminal negativa de la pila a

la terminal positiva, siempre moviéndose a lo largo del circuito en el mismo sentido.

.Corriente alterna, es aquella en la que las cargas eléctricas se desplazan primero en

un sentido y luego en sentido opuesto, a través del circuito. Este tipo de corriente es la

que se emplea en los hogares, en las fábricas y en los centros comerciales. El que se

refiera a este tipo de corriente se debe a que es más fácil transmitirse sin pérdidas

significativas en los alambres que las transportan.

Efectos de la corriente eléctrica.

a) efecto térmico, la temperatura del medio (conductor) se eleva comunicando calor a

sus alrededores.

b) efecto magnético, el medio (conductor) se rodea de un campo magnético que puede

afectar a otras corrientes o a los imanes.

c) efecto químico, al atravesar ciertas sustancias, la corriente eléctrica las

descompone químicamente.

d) efecto luminoso, en ciertas condiciones la corriente puede hacer que un material

emita luz.

Intensidad de la corriente eléctrica.

Con el propósito de cuantificar la cantidad de cargas eléctricas que fluyen por un

conductor se empela la intensidad de corriente eléctrica, la cual se designa por I y

se define como cantidad de cargas eléctricas que pasan por el área transversal al

conductor en la unidad de tiempo. Matemáticamente se expresa por:

Dónde:

I=intensidad de corriente eléctrica

q=carga eléctrica

t=tiempo

Comúnmente la intensidad de corriente eléctrica es designada por muchos autores o

profesores como corriente.

De esta expresión se deduce que si aumente el flujo de la carga eléctrica en un

conductor, la intensidad de corriente eléctrica también aumentara.

La unidad de la intensidad de corriente eléctrica es el ampere (A) en el SI. Si en la

sección transversal de un conductor existe una corriente eléctrica de 1 A, significa que

por dicha sección esta circulando una carga eléctrica de 1 C en cada lapso de 1 s, es

decir:

La cantidad de corriente eléctrica que puede circular en un medio o en un aparato

depende de las características de dicho medio o aparato.

Si la carga eléctrica se expresa en función de la carga elemental, la ecuación que

define a la intensidad de corriente eléctrica se expresa entonces por:

Dónde:

e=Carga elemental (1.6x10-19C).

n=número de portadores de la carga elemental (electrones).

t=tiempo.

Biografías:

A lo largo de la historia muchas personas han contribuido al estudio de la corriente

eléctrica, la carga eléctrica y las partículas diminutas.

Ahora veremos a 2 de esos grandes colaboradores de este tema.

Alejando Volta (1745-1827).

Físico italiano. Inicio sus estudios, en los que se distinguió muy pronto, en Como su

ciudad natal. A los 18 años escribió un poema alusivo a los grandes descubrimientos de

la física. Por sus investigaciones científicas se le nombre profesor de física en la

escuela real de Como (1774). Realizo importantes experimentos sobre electricidad,

polemizo con Galvani y viajo por diferentes países europeos. Napoleón lo invito a

presentar sus experimentos en el instituto de Francia y, más tarde, le otorgo el título de

conde y lo nombro senador, y le concedió una pensión. En 1815, era director de la

escuela de filosofía de Padua. Volt renovó las ideas que en su tiempo se tenían de la

electricidad.

Descubrió la electricidad por contacto, el electrómetro, el electrófono, el

condensador eléctrico, el eudiómetro, la lámpara de gas y, sobre todo, la pila

eléctrica que lleva su nombre. Escribió importantes memorias sobre sus

descubrimientos científicos. En su honor se le dio en nombre de votio a la unidad de

fuerza electromotriz.

Galvani Luis (1737-1798)

Médico y físico italiano. Estudio y practico medicina en Bolonia, su ciudad natal. Era

profesor universitario cuando descubrió que los músculos de una rana, suspendida de

un gancho de cobre y apoyada en una barra de hierro. Se contraían violentamente.

Galvani contribuyo este fenómeno a una cierta “electricidad animal”. , más tarde,

Alejandro Volta descubrió que los nervios de la rana actuaban como un conductor

eléctrico entre las dos piezas metálicas. Los fenómenos relacionados con la corriente

eléctrica fueron llamados durante mucho tiempo “galvánicos”, en honor de su

descubridor. Pese a la importancia de sus descubrimientos, Galvani fue expulsado de la

catedra universitaria por no haberse adherido a la recientemente creada república

Cisalpina.

Conclusión:

A pesar de que este es un tema muy complicado de explicar, no solo por ser partículas

diminutas las que están siendo estudiadas, sino porque algunas no se pueden

encontrar libremente en nuestro medio material como lo son los quarks (que

actualmente se cree que son las partículas más pequeñas existentes) y que tienen que

ser estudiadas junto con otros elementos, los científicos han logrado un gran avance en

los conocimientos de estos estudios, y probablemente posteriormente sigan

evolucionando tanto los estudios como nuestras ideas de ellos.

Referencia bibliográfica:

Carlos Gutiérrez Aranzeta.

(2009) Física General

Editorial: Mc Graw-Hill

(1984)Enciclopedia ilustrada volumen 6 y 14

Editorial: Cumbre