CARGA ELECTRICA
DEFINICION:
La carga eléctrica es una propiedad
física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante
fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. La materia cargada eléctricamente
es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de
ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico
es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Desde el punto
de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad
que posee una partícula para intercambiar fotones.
Una de las principales características de
la carga eléctrica es que, en cualquier proceso físico, la carga total de un
sistema aislado siempre se conserva. Es decir, la suma algebraica de las cargas
positivas y negativas no varía en el tiempo. Qi=Qf
La carga eléctrica es de naturaleza
discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por
razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también
expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e. A los quarks se les
asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se los ha podido observar
libres en la naturaleza.
UNIDADES
En el Sistema Internacional de Unidades
la unidad de carga eléctrica se denomina culombio o coulomb (símbolo C). Se
define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un
conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un
amperio, y se corresponde con la carga de 6,241 509 × 10^{18} electrones
aproximadamente.
HISTORIA
Experimento de la cometa de Benjamín
Franklin.
Desde la Antigua Grecia se conoce que al
frotar ámbar con una piel, ésta adquiere la propiedad de atraer cuerpos ligeros
tales como trozos de paja y plumas pequeñas. Su descubrimiento se le atribuye
al filósofo griego Tales de Mileto (ca. 639-547 a.C.), quién vivió hace unos 2500
años.
El médico inglés William Gilbert
(1540-1603) observó que algunos materiales se comportan como el ámbar al
frotarlos y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier cuerpo,
aun cuando no fuera ligero. Como el nombre griego correspondiente al ámbar es
elektron, Gilbert comenzó a utilizar el término eléctrico para referirse a todo
material que se comportaba como aquél, lo que originó los términos electricidad
y carga eléctrica. Además, en los estudios de Gilbert se puede encontrar la diferenciación
de los fenómenos eléctricos y magnéticos.
El descubrimiento de la atracción y
repulsión de elementos al conectarlos con materiales eléctricos se atribuye a
Stephen Gray. El primero en proponer la existencia de dos tipos de carga es
Charles du Fay, aunque fue Benjamin Franklin quién al estudiar estos fenómenos
descubrió como la electricidad de los cuerpos, después de ser frotados, se
distribuía en ciertos lugares donde había más atracción; por eso los denominó
(+) y (-).
Sin embargo, fue solo hacia mediados del
siglo XIX cuando estas observaciones fueron planteadas formalmente, gracias a
los experimentos sobre la electrólisis que realizó Michael Faraday, hacia 1833,
y que le permitieron descubrir la relación entre la electricidad y la materia; acompañado
de la completa descripción de los fenómenos electromagnéticos por James Clerk
Maxwell.
Posteriormente, los trabajos de Joseph
John Thomson al descubrir el electrón y de Robert Millikan al medir su carga,
fueron de gran ayuda para conocer la naturaleza discreta de la carga.
CARGA ELECTRICA ELEMENTAL
Las investigaciones actuales de la
física apuntan a que la carga eléctrica es una propiedad cuantizada. La unidad
más elemental de carga se encontró que es la carga que tiene el electrón, es
decir alrededor de 1,602 176 487(40) × 10 a la -19 culombios y es conocida como
carga elemental.4 El valor de la carga eléctrica de un cuerpo, representada
como q o Q, se mide según el número de electrones que posea en exceso o en
defecto.
Esta propiedad se conoce como
cuantización de la carga y el valor fundamental corresponde al valor de carga
eléctrica que posee el electrón y al cual se lo representa como e. Cualquier
carga q que exista físicamente, puede escribirse como \ N \times e siendo
N un número entero, positivo o negativo.
Por convención se representa a la carga
del electrón como -e, para el protón +e y para el neutrón, 0. La física de
partículas postula que la carga de los quarks, partículas que componen a
protones y neutrones toman valores fraccionarios de esta carga elemental. Sin
embargo, nunca se han observado quarks libres y el valor de su carga en
conjunto, en el caso del protón suma +e y en el neutrón suma 0.
Aunque no tenemos una explicación
suficientemente completa de porqué la carga es una magnitud cuantizada, que
sólo puede aparecer en múltiplos de la carga elemental, se han propuestos
diversas ideas:
Paul Dirac mostró que si existe un
monopolo magnético la carga eléctrica debe estar cuantizada.
En el contexto de la teoría de
Kaluza-Klein, Oskar Klein encontró que si se interpretaba el campo
electromagnético como un efecto secundario de la curvatura de un espacio tiempo
de topología M*S^1, entonces la compacidad de S^1\, comportaría que el momento
lineal según la quinta dimensión estaría cuantizado y de ahí se seguía la
cuantización de la carga.
En el Sistema Internacional de Unidades
la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C) y se define como
la cantidad de carga que a la distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad
de carga igual, la fuerza de 9×10 a la 9 N.
Como el culombio puede no ser manejable
en algunas aplicaciones, por ser demasiado grande, se utilizan también sus
submúltiplos:
Frecuentemente se usa también el sistema
CGS cuya unidad de carga eléctrica es el Franklin (Fr). El valor de la carga
elemental es entonces de aproximadamente 4,803×10–10 Fr.
DENSIDAD DE LAS CARGAS ELECTRICAS
Se llama densidad de carga eléctrica a
la cantidad de carga eléctrica por unidad de longitud, área o volumen que se
encuentra sobre una línea, una superficie o una región del espacio,
respectivamente. Por lo tanto se distingue en estos tres tipos de densidad de
carga.9 Se representaría con las letras griegas lambda (λ), para densidad de
carga lineal, sigma (σ), para densidad de carga superficial y ro (ρ), para
densidad de carga volumétrica.
Puede haber densidades de carga tanto
positivas como negativas. No se debe confundir con la densidad de portadores de
carga.
A pesar de que las cargas eléctricas son
cuantizadas con q y, por ende, múltiplos de una carga elemental, en ocasiones
las cargas eléctricas en un cuerpo están tan cercanas entre sí, que se puede
suponer que están distribuidas de manera uniforme por el cuerpo del cual forman
parte. La característica principal de estos cuerpos es que se los puede
estudiar como si fueran continuos, lo que hace más fácil, sin perder
generalidad, su tratamiento. Se distinguen tres tipos de densidad de carga
eléctrica: lineal, superficial y volumétrica.
Densidad de carga lineal
Se usa en cuerpos lineales como, por
ejemplo hilos.
Donde Q es la carga encerrada en el
cuerpo y L es la longitud. En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se mide
en C/m (culombios por metro).
Densidad de carga superficial
donde Q es la carga encerrada en el
cuerpo y S es la superficie. En el SI se mide en C/m2 (culombios por metro
cuadrado).
Densidad de carga volumétrica
Se emplea para cuerpos que tienen volumen.
donde Q es la carga encerrada en el
cuerpo y V el volumen. En el SI se mide en C/m3 (culombios por metro cúbico).
PROGRAMACION DEV C++
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <math.h>
using namespace std;
int main()
{
int opcion;
cout<<"********** MENU PRINCIPAL ********** \n\n";
cout<<"1)CARGA ENCERRADA \n";
cout<<"2)SUPERFICE ELECTRICA\n";
cout<<"3)DENSIDAD DE CARGA LINEAL \n";
cout<<"4)DENSIDAD DE CARGA SUPERFICIAL \n";
cout<<"5)DENSIDAD DE CARGA VOLUMETRICA \n\n";
cout<<"**************************************\n\n";
cout<<" INGRESE UNA OPCION: "; cin>>opcion;
switch (opcion)
{
case 1 :
{
cout<<"******* CARGA ENCERRADA **********\n\n";
int Q, L ,Dcl;
cout<<"INGRESE LA LONGITUD: "; cin>>L;
cout<<"INGRESE LA DENSIDAD DE CARGA LINEAL: "; cin>>Dcl;
Q = L * Dcl;
cout<<"LA CARGA ENCERRADA ES :"<<Q<<endl;
cout<<"**************************************\n\n";
}
break;
case 2 :
{
cout<<"******* SUPERFICE ELECTRICA **********\n\n";
int Q, S, Dcs;
cout<<"INGRESE LA CARGA ENCERRADA : "; cin>>Q;
cout<<"INGRESE LA DENSIDAD DE CARGA SUPERFICIAL : "; cin>>Dcs;
S = Q * Dcs
cout<<"LA SUPERFICE ELECTRICA :" <<S<<endl;
cout<<"**************************************\n\n";
}
break;
case 3 :
{
cout<<"******* DENSIDAD DE CARGA LINEAL **********\n\n";
int Dcl, Q, L ;
cout<<"INGRESE LA CARGA ENCERRADA: "; cin>>Q;
cout<<"INGRESE LA LONGITUD: "; cin>>L;
Dcl = Q/L
cout<<"LA DENSIDAD DE CARGA LINEAL ES :" <<Dcl<<endl;
cout<<"**************************************\n\n";
}
break;
case 4 :
{
cout<<"******* DENSIDAD DE CARGA SUPERFICIAL **********\n\n";
int Dcs, Q, S;
cout<<"INGRESE LA CARGA ENCERRADA: "; cin>>Q;
cout<<"INGRESE LA SUPERFICE: "; cin>>S;
Dcs = Q/S ;
cout<<"LA DENSIDAD DE CARGA SUPERFICIAL ES :" <<Dcs<<endl;
cout<<"**************************************\n\n";
}
break;
case 5 :
{
cout<<"******* DENSIDAD DE CARGA VOLUMETRICA **********\n\n";
int Dcv, Q, V;
cout<<"INGRESE LA CARGA ENCERRADA: "; cin>>Q;
cout<<"INGRESE EL VOLUMEN: "; cin>>V;
Dcv = Q/V ;
cout<<"LA DENSIDAD DE CARGA VOLUMETRICA ES :" <<Dcv<<endl;
cout<<"**************************************\n\n";
}
break;
}
cout<<endl; cout<<"\n";
system("PAUSE");
return 0;
}
https://drive.google.com/file/d/0B6x-0vuClBqTUUoxZzhQbV81UzQ/view?usp=sharing
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