La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas.

Esta se origina del vocablo griego electrón Se manifiestan en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas.

Por su parte existen científicos que han descubierto la importacia en el ámbito de la electricidad.

Uno de ellos seria Samuel Morse (1833) generalizo el telégrafo eléctrico ya que este revolución las telecomunicaciones, con la generación masiva se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas.

James Joule (1818-1889) este físico ingles estudio los fenómenos producidos por las corrientes eléctricas y el calor desprendido en los circuitos eléctricos.

Alessandro Volta (1745-1827) fue un físico italiano que contribuyo notablemente al estudio de la electricidad y en 1775 invento el electróforo este dispositivo generaba y almacenaba electricidad estática y también elaboro la primera pila eléctrica.

Por otro lado existen formas de electrizar cuerpos como por ejemplo

El frotamiento (se obtiene cuando dos cuerpos de diferente material son frotados entre sí), el contacto y la inducción son tres de las formas más empleadas para electrizar un cuerpo. Toda la materia está formada por moléculas, las cuales, a su vez, se componen de átomos, y estos están constituidos por partículas subatómicas que poseen carga eléctrica; así, los protones contienen una carga positiva, mientras que los electrones la poseen negativa.

Los átomos están compuestos por: los  protones (con carga +), los electrones (con carga -) y los neutrones (con carga neutra, por lo que no atrae ni rechaza a los electrones ó a los protones).

Por otra parte la electrostática, es la rama física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en reposo, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del problema.

El impacto que ha tenido el descubrimiento de la electricidad en nuestras vidas diarias es que permite cubrir las necesidades básicas del hogar, de los servicios públicos, alumbramiento, generalización de fuentes de trabajo, beneficia en ámbitos económicos, turístico de un grupo de sociedades.

La materia está constituida por partículas muy pequeñas en grupos que con ello se forman átomos, con dichos átomos se forman partículas llamadas elementos, dichos elementos están constituidos por números atómicos y peso atómico ambos con una secuencia seguida. Estos elementos llevan procesos químicos y es por ellos que no pueden cambiarse.

Un modelo atómico no se da por si solo es por ello que grandes personajes contribuyeron a su propuesta que son:

John Dalton, John Thomson, Ernesst Rutherford, Niels Bohr, Louis Victor de Broglie (Mecanica ondulatoria), Werner Karl Heisenberg, Erwin Schrodinger.

En la electricidad tanto como los protones y electrones en la elecricidad desempeñan el papel que desempeñan los electrones seria que poseen carga negativa (-), y por su parte los protones poseen carga positiva (+). Y es por lo tanto los electrones como los protones son cargas eléctricas y es por eso que crean las suficientes cargas para poder generar la electricidad.  

La teoría atómica más aceptada en actualidad es la de DALTON en esta se dice que constituye una verdadera teoría científica mediante la cual podían explicarse y coordinarse cuantitativamente los fenómenos observados y las leyes de las combinaciones químicas.

El núcleo atómico es la parte central de un átomo, tiene carga positiva, y concentrada más del 99.9% de la masa total del átomo; está formado por protones y neutrones(nucleones) que se mantienen unidos por medio de la interacción nuclear fuerte , la cual permite que el núcleo sea estable, la cantidad de protones en el núcleo(numero atómico) es la que determina el elemento químico perteneciente Los núcleos atómicos no necesariamente tienen el mismo número de neutrones, ya que átomos de un mismo elemento pueden tener masas diferentes, es decir son isótopos del elemento.

Las unidades de carga en el sistema internacional se utiliza el coulomb (C)

1 Coulomb = 1 C = 6.24 x 10¹⁸ electrones

Por otro lado las unidades de carga del sistema CGS está basado en el centímetro, el gramo y el segundo. Su nombre es acrónimo de estas tres unidades.  Y en relación también longitud, masa, tiempo, intensidad de corriente eléctrica, temperatura, cantidad de sustancia, y intensidad luminosa.

Pasando a otros temas una carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiestan mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. Una principal característica es que 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. Estas se forman en si porque las cargas eléctricas son partículas que ejercen fuerzas atractivas y repulsivas entre ellas. Por ser partículas, tienen una masa que se opone a ser acelerada por fuerza alguna, y sufre la atracción gravitacional del centro de la Tierra, como todos los demás cuerpos sobre la superficie del mundo.

Sus propiedades son por ejemplo

Principio de conservación de la carga: En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva.

Invariante relativista: Eso quiere decir que todos los observadores, sin importar su estado de movimiento y su velocidad, podrán siempre medir la misma cantidad de carga. Así, a diferencia del espacio, el tiempo, la energía o el momento lineal, cuando un cuerpo o partícula se mueve a velocidades comparables con la velocidad de la luz, el valor de su carga no variará.

El que descubre las cargas eléctricas es WILLIAM GILBERT quien observó que una propiedad similar a la del ámbar la adquieren otros objetos.

Que un objeto atraiga o rechace a otro objeto se explica que los cuerpos se pueden cargar con solamente de dos tipos de carga, la positiva y la negativa y cuando se encuentra uno en presencia del otro se puede comprobar que:

Los cuerpos cargados con igual tipo de carga eléctrica se repelen.

Los cuerpos cargados con distinto tipo de carga eléctrica se atraen.

La cargas eléctricas de un conductor está distribuido un conductor es un material en el cual las cargas eléctricas son libres de moverse por todo el material, es decir, los electrones de carga negativa EXTERIORES a los átomos, son libres de moverse por todo el material: no están ligados a los núcleos atómicos.

Y por otro lado las cargas electicas en un aislante está distribuido cargas eléctricas en un Aislante están distribuidas equilibradamente y sin posibilidades de movimiento, es decir, cuando tu conectas un cable de cobre y pasa corriente, significa que posee electrones libres que permiten moverse a través de aquel material, en un aislante (como el caucho), las cargas libres son muy pocas, evitando el movimiento de electrones en el material. Pero en si solo se encuentran en el área en contacto con la electricidad.

Gauss es sin duda uno de los tres genios de la historia de las Matemáticas;

Aportaciones:

- A los 19 años Gauss halló un método para construir un polígono equilátero de 17 lados con ayuda de regla y compás, e incluso fue más allá, demostrando que sólo ciertos polígonos equiláteros se podían construir con ayuda de regla y compas.

- En 1799 Gauss demostró el teorema fundamental del algebra, que afirma que toda ecuación algebraica tiene una raíz de la forma a+bi donde a y b son números reales, e i es la unidad imaginaria.

-También demostró que los números se podían representar mediante puntos en un plano.

- En 1801 demostró el teorema fundamental de la aritmética: todo número natural se puede representar como el producto de números de una y solamente una forma.

-Durante su estancia es el observatorio, construyo un heliotropo, instrumento que refleja la luz solar a grandes distancias.

- Uno de sus principales descubrimientos fue la campana de gauss.

Su expresión matemática de su teoría como bien nombre lo dice de su teoría de Gauss establece que el flujo (denotado como es una propiedad de cualquier campo vectorial referida a una superficie hipotética que puede ser cerrada o abierta) de ciertos campos a través de una superficie cerrada es proporcional a la magnitud de las fuentes de dicho campo que hay en el interior de dicha superficie. Dichos campos son aquellos cuya intensidad decrece como la distancia a la fuente al cuadrado. La constante de proporcionalidad depende del sistema de unidades empleado. El flujo ( ) se mide por el número de líneas de fuerza que atraviesan la superficie.

     

  Puede considerarse constante en todos los puntos de un cuadrado dado.

 Y caracterizan a cada cuadrado y forman un ángulo entre sí y la figura muestra una vista amplificada de dos cuadrados.

Por ejemplo se podría explicar así:

Considérese una esfera uniformemente cargada de radio R. La carga existente en el interior de una superficie esférica de radio r es una parte de la carga total, que se calcula multiplicando la densidad de carga por el volumen de la esfera de radio r:

Si Q es la carga de la esfera de radio R, entonces, se tiene:

Dividiendo miembro a miembro ambas expresiones y operando apropiadamente:

Como se demostró en una sección anterior y teniendo en cuenta que según la ley de Gauss , se obtiene:

      

Por lo tanto, para puntos interiores de la esfera:

   Puntos exteriores de la esfera

Ejemplo 2  Supóngase una superficie cilíndrica colocada dentro de un campo uniforme tal como muestra la figura:

El flujo puede escribirse como la suma de tres términos, (a) una integral en la tapa izquierda del cilindro, (b) una integral en la superficie cilíndrica y (c) una integral en la tapa derecha:

(3)

Para la tapa izquierda, el ángulo , para todos los puntos, es de , tiene un valor constante y los vectores son todos paralelos.

Entonces:

(4)

Siendo el área de la tapa. Análogamente, para la tapa derecha:

(5)

Finalmente, para la superficie cilíndrica:

(6)

Por consiguiente: da cero ya que las mismas líneas de fuerza que entran, después salen del cilindro.

(7)

Ejemplo 3. Encontrar el flujo eléctrico neto atreves de la superficie si:

q1=q4=+3.1nC

q2=q5=-5.9nC

Y q3=-3.1nC

La ley de gauss respecto a las leyes de Coulomb cuenta con ventajas ya que la ley de Coulomb describe una interacción entre las cargas eléctricas y en la de Gauss ley fundamental de la teoría electromagnética, se trata de una relación entre la carga encerrada en una superficie y el flujo de su campo eléctrico, a través de la misma.

Constituye un medio para obtener expresiones de campos eléctricos, con suficientes condiciones de simetría.

Charles Agustín Coulomb (Físico Francés). Su dele bridad se basa sobre todo en que enunció la ley física que lleva su nombre (ley de Coulomb), que establece que la fuerza existente entre dos cargas eléctricas es proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las

 Separa. Las fuerzas de Coulomb son unas de las más importantes que intervienen en las reacciones atómicas.

Ley de Coulomb a partir de su expresión matemática.

·         F= Fuerza electrostática

·         K= Constante Coulumbiana (9x109Nm²/C²)

·         q1, q2= Cargas, y se expresan en Coulum(C)

·         r= Distancia entre cargas, y se expresa en metros.

Un electroscopio es un instrumento antiguo utilizado para detectar carga y medir potencial eléctrico.

Si la esfera metálica de la parte superior se pone en contacto con un conductor cargado, las delgadas hojas de metal (laminas de oro o aluminio) adquirirán el mismo potencial que el conductor. La carga en las hojas será proporcional a la diferencia de potencial entre ellas y la caja. La fuerza de repulsión que existirá entre las hojas, debido a sus cargas idénticas, puede medirse observando el valor de la desviación de un escala.

También es posible cargar un electroscopio por inducción en la misma forma de la esfera de la ilustración de arriba, un electroscopio cargado puede emplearse para detectar la presencia de cargas, así como para determinar su signo. Imagine que una barra con cargas negativas se acerca al electroscopio cargado negativamente, la barra repele electrones adicionales abajo hacia las hojas se desviara.

Un electroscopio cargado estando al aire libre perderá gradualmente su carga debido que un pequeño número de moléculas están siendo ionizadas continuamente bajo la acción de rayos cósmicos, algunos de estos iones pueden tomar un exceso de carga del electroscopio. La rapidez de carga de un electroscopio es proporcional a la cantidad de radiación de fondo (radioactividad). Un electroscopio del tamaño de un lápiz es un dispositivo usual utilizado para medir la dosis de radiación recibida por el personal, el valor de descarga de tal puede leerse fácilmente acercándolo a la luz. Este es el modelo de electroscopio más sencillo conocido no posee esfera solo dos tubos paralelos entre con sus chapas de oros.

Ley de Coulomb mediante 3 ejercicios donde intervengan 3 cargas eléctricas.

1. Cuánto vale la fuerza que se ejercen entre sí dos cargas positivas, cada una de 2 ues separadas a una distancia de 10 centímetros?

Solución:

  =  = 2 ues                 r: 10 cm

La formula de coulomb es:

F = 

Para no entrar en detalles las unidades de la constante k, simplemente asemos la asociación 

2. Determina el valor de la fuerza entre las cargas q1 = 3x10^-3 C q2= -1.5 x 10^-3, si la distancia que las separa es de 0.8 c

Datos conocidos:

q1 = 3x10^-3 C   q2= -1.5 x 10^-3   r= 0.8 = 8 x 10^-3 m.

Datos desconocidos: F

  F = -6, 33 X 10^8 N

3. Dos cargas q1= 4uC y q2= -8u C están separadas a una distancia de 4 m, ¿Con que fuerza se atraen?

Datos:

q1= 4 x 10^6 C

q2= -8 x 10^6 C                                            

r= 4 x 10^-3 m

k= 9 x 10^9 N.m^2/c^2

Solución:      

Remplazamos:

El campo eléctrico es el lugar o campo en donde se manifiestan los efectos que producen unas cosas llamadas Cargas Eléctricas que a su vez, forman parte inherente de las partículas materiales subatómicas. Hasta ahora, el efecto producido por esos entes llamados cargas eléctricas, sólo ha sido detectable mutuamente por una simetría de efectos procedentes de las respectivas cargas a las que se ha dado en llamar: carga positiva a una y carga negativa a la otra.

Los personajes y que conocimientos aportaron a este tema

Charles Coulomb: Este físico e ingeniero francés, nacido en Angulema fue el primero en establecer las leyes cuantitativas de la electrostática, además de realizar muchas investigaciones sobre: magnetismo, rozamiento y electricidad.

Stephen Gray: Este físico ingles estudio principalmente la conductibilidad de los cuerpos y, después de muchos experimentos, fue el primero en transmitir electricidad atreves de un conductor en 1729.

William Gilbert: Fue el primero en realizar experimentos de electrostática y magnetismo, y quizás su aportación más importante a la ciencia fue la de demostrar experimentalmente el magnetismo terrestre.

Tales de Mileto: fue el primero en descubrir que si se frota un trozo de ámbar, este atrae objetos más livianos, y aunque no llego a definir que era debido a la distribución de cargas, si creía que la electricidad residía en el objeto frotado.

Otto Von Guericke: Este físico alemán, nacido en Magdenburgo, fue el creador de la primera máquina electrostática capaz de producir una descarga eléctrica, allá por el año 1672.

Benjamín Franklin: Este polifacético norteamericano: político, impresor, editor y físico, investigo los fenómenos eléctricos e invento el pararrayos.

El campo eléctrico de cualquier número de cargas, se puede obtener por la suma vectorial de los campos individuales. Un campo dirigido hacia afuera se toma como positivo; el campo de carga negativa está dirigido hacia el interior de la carga.

         =    

Campo eléctrico producido por un conjunto de cargas puntuales. Se muestra en rosa la suma vectorial de los campos de las cargas individuales.

   Se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor sufre los efectos de una fuerza eléctrica .