Fundamentos de la Electricidad y Estructura Atómica: Ley de Coulomb y Modelos Físicos
Conceptos Fundamentales de la Electricidad
Métodos de Electrización y Carga Eléctrica
Existen diversos métodos de electrización, entre los que se encuentran la electrización por frotamiento, por inducción y por contacto.
Definiciones Clave
- Contacto: Tiene lugar cuando se pone en contacto un cuerpo no cargado y aislado con otro ya cargado (por frotamiento o cualquier otro método).
- Carga Eléctrica: Es la propiedad fundamental de la materia que produce fenómenos eléctricos. La cantidad de carga eléctrica, Q, es una magnitud física y su unidad en el SI es el culombio (C).
Fuerzas Eléctricas
Las interacciones entre cargas generan fuerzas de atracción o repulsión:
- Fuerza de Repulsión: Las cargas del mismo signo se repelen; entre ellas se origina una fuerza de repulsión.
- Fuerza de Atracción: Las cargas de distinto signo se atraen; entre ellas se origina una fuerza de atracción.
Ley de Coulomb
La fuerza atractiva o repulsiva ejercida entre dos cargas eléctricas puntuales es directamente proporcional al producto de dichas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Fórmulas de la Ley de Coulomb
FÓRMULAS
En esta igualdad, la fuerza, F, se mide en newtons (N); la distancia, r, en metros (m), y la carga, Q, en culombios (C).
Estructura Atómica y Partículas Subatómicas
Composición del Átomo
El átomo contiene partículas materiales subatómicas. Algunas de estas partículas, los electrones, tienen carga eléctrica negativa y masa. El núcleo, que contiene protones (carga positiva) y neutrones (eléctricamente neutros), posee la mayor parte de la masa del átomo. Los neutrones tienen una masa poco mayor que la de los protones.
Como el átomo es eléctricamente neutro, el número de cargas eléctricas negativas (electrones) es igual que el número de cargas positivas (protones), ya que el valor absoluto de la carga del electrón y de la del protón es el mismo.
Iones
Un ion es un átomo que ha ganado o ha perdido uno o más electrones.
- Si un átomo pierde uno o más electrones, adquiere carga neta positiva y se convierte en un catión.
- Si gana uno o más electrones, adquiere carga neta negativa y se denomina anión.
Estructura del Átomo
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
El átomo tiene un núcleo central en el que está concentrada prácticamente toda su masa, aportada por los protones y neutrones. La carga positiva de los protones se compensa con la carga negativa de los electrones, que se hallan fuera del núcleo. Así, el átomo es eléctricamente neutro. El núcleo contiene protones en un número igual al de electrones del átomo. Los electrones giran a mucha velocidad en torno al núcleo y están separados de este por una gran distancia.
Modelos Atómicos Históricos
Modelo Atómico de Thomson
MODELO ATÓMICO DE THOMSON
Según el modelo de Thomson, la carga positiva está distribuida de modo uniforme, por lo que las partículas positivas que atraviesan la lámina no deberían ser apreciablemente desviadas de su trayectoria inicial.
Modelo Atómico de Rutherford
MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD
La carga está concentrada en un núcleo central, de manera que las partículas positivas que pasan cerca del núcleo se desvían bastante de su trayectoria inicial y solo aquellas pocas que colisionan directamente con el núcleo regresan en la dirección de la que proceden.
Modelo de Bohr
MODELO DE BOHR
- El electrón solo se mueve en unas órbitas circulares "permitidas" en las que no emite energía. El electrón tiene en cada órbita una determinada energía, que es tanto mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo.
- La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un estado inicial de mayor energía hasta otro de menor energía.
Identificación Atómica: Números y Símbolos
Número Atómico (Z) y Número Másico (A)
El número de protones de un átomo se llama número atómico y se representa mediante la letra Z.
El número de protones y neutrones de un átomo se llama número másico y se representa con la letra A.
El número de neutrones, N, es la diferencia entre el número másico y el número atómico:
A = Z + N; N = A - Z
Representación de Elementos
Donde X es el símbolo del elemento; A, el número másico, y Z, el número atómico.
Isótopos
Un isótopo se refiere a átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico (Z), pero distinto número másico (A).