Propiedades de las partículas elementales con carga eléctrica
Al frotar dos cuerpos diferentes, así como por inducción, se les pueden dar propiedades especiales: eléctricas.
Cargas eléctricas y partículas cargadas
Aprendiendo cuerpos electrificados demostraron que sus propiedades eléctricas se explican por el hecho de que las partículas que componen todas las sustancias tienen una propiedad física especial llamada carga eléctrica.
La carga eléctrica caracteriza la relación de las partículas con su propio campo electromagnético y su interacción con un campo electromagnético externo. La carga es una de las propiedades distintivas de muchas partículas elementales. Hay dos tipos de cargas eléctricas: positivo y negativo.
Como sabes, todos los cuerpos en la naturaleza están compuestos de partículas discretas. Estas partículas se llaman elementales. Cada partícula elemental tiene sus propias características que son diferentes de las características de otras partículas. Estas características incluyen: masa en reposo, carga eléctrica, espín, momento magnético, tiempo de vida, etc.
Las partículas elementales forman parte de los átomos y moléculas de la materia, pero también pueden estar en estado libre. Estos son, por ejemplo, los electrones que forman el "gas de electrones" en los cables metálicos, los electrones de las corrientes catódicas en tubos de vacío etc.
Las partículas elementales con cargas eléctricas de distinto signo se atraen y con cargas del mismo signo se repelen. Cuando las partículas se mueven a su alrededor, se observa un campo magnético.
Los principales portadores de carga en la materia, es decir, las partículas que tienen propiedades eléctricas, son los electrones cargados negativamente y los protones cargados positivamente. Forman parte de los átomos de todas las sustancias, siendo sus principales elementos estructurales.
La totalidad de todos los fenómenos eléctricos está determinada por las cargas de las partículas que componen los átomos y sus campos. A este respecto, detengámonos en la estructura interna de los átomos en la medida en que sea necesario para comprender los fenómenos considerados en ingeniería eléctrica.
La estructura de los átomos de los elementos químicos: La estructura de los átomos: partículas elementales de materia, electrones, protones, neutrones.
Propiedades eléctricas de los cuerpos.
Los sólidos suelen tener una estructura cristalina: sus átomos están dispuestos en el espacio en una secuencia estricta a cierta distancia unos de otros, formando la denominada red espacial o cristalina. Los sitios de red contienen iones positivos.
Debido a las distancias relativamente pequeñas, los átomos vecinos actúan sobre los electrones de la capa de valencia de un átomo dado, por lo que los electrones de valencia participan directamente en el intercambio de electrones de cada átomo con los átomos vecinos circundantes.Esto lleva al hecho de que los niveles de energía se dividen en varios niveles estrechamente espaciados que forman zonas de estados continuos de energía de electrones.
Las propiedades eléctricas de los cuerpos están determinadas por la estructura de estas zonas y el número de electrones que llenan las zonas de acuerdo con el principio de exclusión. En los metales que incluyen, por ejemplo, el cobre, la banda de valencia está llena hasta la mitad con electrones, mientras que todas las bandas de menor energía están completamente llenas.
La presencia de una zona parcialmente llena es característica de todos los metales.Para excitar el electrón de valencia de un átomo aislado a un nivel superior, se requieren ciertas partes discretas de energía.
En los metales, la banda de conducción está parcialmente llena. Por lo tanto, los electrones que contiene ocupan fácilmente estados libres, y prácticamente cualquier pequeña cantidad de energía es suficiente para elevar un electrón a un nivel libre más alto y crear electricidad.
Dado que la conductividad en los metales se debe a la movilidad de los electrones, se denomina conductividad electronica… La conductividad de los electrolitos está determinada por la presencia de iones positivos y negativos fácilmente móviles en soluciones en las que se descomponen algunas de las moléculas de soluto. Esta conductividad se llama conductividad iónica.
La conductividad iónica significativa es característica de algunas sales en estado fundido y gases en estado ionizado... Los gases se ionizan bajo la influencia de altas temperaturas, alto voltaje, etc. Un gas con una alta densidad de electrones libres y moléculas en estado ionizado se llama plasma.
Ver también: Metales y dieléctricos: ¿cuál es la diferencia?
ley de Coulomb
La ley de Coulomb (1785) fue la primera en establecer una relación cuantitativa entre los valores de las cargas eléctricas y su interacción. Esta ley ha jugado y sigue jugando un papel importante en el establecimiento de las características de unidad de carga y fuerza del campo electrostático. Para más detalles ver aquí:La ley de Coulomb y su aplicación en ingeniería eléctrica.