Grado 10
  1. Mecánica  1.1. Dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y Rapidez  1.1.5. Aceleración  1.1.6. Representación gráfica del movimiento  1.1.7. Ecuaciones de movimiento  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Movimiento de un proyectil  1.1.10. Velocidad relativa  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton  1.2.2. Inercia y masa  1.2.3. Fuerza y sus tipos  1.2.4. fuerza de acción y reacción  1.2.5. La fricción y sus efectos  1.2.6. Coefficient of friction  1.2.7. Movimiento circular  1.2.8. Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta  1.2.9. Momentum e Impulso  1.2.10. Conservación del momento  1.2.11. Tercera ley de Newton y aplicaciones  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial  1.3.5. Energía mecánica  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.3.8. Fuentes de energía renovables y no renovables  1.4. Fuerza gravitacional  1.4.1. La ley de gravitación universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional y fuerza del campo  1.4.3. Aceleración debida a la gravedad en diferentes planetas  1.4.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.4.5. Órbitas y satélites  1.4.6. Peso y peso aparente  1.4.7. Energía potencial gravitacional
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólido, líquido y gas  2.1.2. Estructura molecular de la materia  2.1.3. Fuerzas intermoleculares  2.1.4. Plasma y condensado de Bose–Einstein  2.2. Presión  2.2.1. Definición de Presión  2.2.2. Presión en líquidos  2.2.3. Presión atmosférica  2.2.4. Principio de Pascal  2.2.5. El principio de Arquímedes y la flotabilidad  2.2.6. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Elasticidad  2.3.1. La ley de Hooke  2.3.2. Tensión y deformación  2.3.3. Límite elástico y módulo de elasticidad  2.3.4. Aplicaciones de la elasticidad
  3. Física térmica  3.1. calor y temperatura  3.1.1. Diferencia entre calor y temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Dilatación térmica  3.1.4. Equilibrio térmico  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conductividad  3.2.2. Convección  3.2.3. Radiación  3.2.4. Aislamiento y sus aplicaciones  3.3. Propiedades térmicas de la materia  3.3.1. Capacidad calorífica específica  3.3.2. Calor latente y cambio de fase  3.3.3. Punto de ebullición y punto de fusión  3.3.4. Motores térmicos y refrigeración  3.4. Leyes de la Termodinámica  3.4.1. Ley cero de la termodinámica  3.4.2. Primera ley de la termodinámica  3.4.3. Segunda ley de la termodinámica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas y óptica  4.1. Nature and properties of waves  4.1.1. Tipos de ondas en la naturaleza y propiedades de las ondas  4.1.2. Olas transversales y longitudinales  4.1.3. Parámetros de las ondas  4.1.4. Reflexión y refracción de ondas  4.1.5. Superposición e Interferencia  4.1.6. Ondas estacionarias y resonancia  4.1.7. Efecto Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características de las ondas sonoras  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Aplicaciones de las ondas sonoras  4.2.4. Ultrasonido y sus usos  4.3. Ondas de Luz y Óptica  4.3.1. Naturaleza de la luz  4.3.2. Reflexión de la luz  4.3.3. Leyes de la reflexión  4.3.4. Espejos y Formación de Imágenes  4.3.5. Refracción de la luz  4.3.6. La Ley de Snell  4.3.7. Lentes y Formación de Imágenes  4.3.8. Reflexión interna total y ángulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Instrumentos Ópticos  4.4.1. Microscopio  4.4.2. Telescopio  4.4.3. Ojo humano y defectos de visión  4.4.4. Cámara y su principio de funcionamiento
  5. Electricidad y Magnetismo  5.1. Electrostática  5.1.1. Carga eléctrica y sus propiedades  5.1.2. Conductores e Aislantes  5.1.3. La ley de Coulomb  5.1.4. Campo eléctrico y líneas de campo  5.1.5. Potencial eléctrico y diferencia de potencial  5.1.6. Capacitores y Capacitancia  5.2. Electricidad Actual  5.2.1. Corriente eléctrica y su medición  5.2.2. La ley de Ohm  5.2.3. Resistencia y resistividad  5.2.4. Circuitos en Serie y en Paralelo  5.2.5. Energía y potencia eléctricas  5.2.6. Leyes de Kirchhoff  5.3. Magnetismo y Electromagnetismo  5.3.1. Campo magnético y líneas de campo  5.3.2. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica  5.3.3. Inducción electromagnética  5.3.4. Leyes de Faraday de la inducción electromagnética  5.3.5. Transformadores y Aplicaciones  5.3.6. Corriente AC y DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estructura del átomo  6.1.2. Modelo atómico de Bohr  6.1.3. Niveles de Energía del Electrón  6.1.4. Rayos X y aplicaciones  6.2. Radiactividad  6.2.1. Tipos de radiación  6.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  6.2.3. Reacciones nucleares y aplicaciones  6.2.4. Fisión y Fusión  6.3. Física cuántica  6.3.1. Dualidad onda-partícula  6.3.2. Efecto fotoeléctrico  6.3.3. Cuantización de la energía  6.3.4. El principio de incertidumbre de Heisenberg
  7. Electrónica y Comunicación  7.1. Semiconductores  7.1.1. Conductores, aislantes y semiconductores  7.1.2. Diodos y sus aplicaciones  7.1.3. Transistores y Puertas Lógicas  7.1.4. LEDs y fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicación  7.2.1. Fundamentos de la comunicación  7.2.2. Señales analógicas y digitales  7.2.3. Comunicación inalámbrica y fibra óptica  7.2.4. Ondas de radio y modulación

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Carga eléctrica y sus propiedades


En el campo de la física, la carga eléctrica puede describirse como una propiedad fundamental de la materia que causa que se ejerza una fuerza sobre ella cuando se coloca en un campo eléctrico. Comprender la carga eléctrica es esencial para explicar cómo funciona la electricidad y cómo interactúa con el magnetismo.

¿Qué es la carga eléctrica?

La carga eléctrica es una propiedad que se encuentra en las partículas de la materia. Las partículas cargadas más conocidas son los electrones y los protones. Los electrones tienen una carga negativa, mientras que los protones tienen una carga positiva. En los átomos, estas cargas se equilibran para que el átomo sea neutral, pero cuando los electrones se mueven o se eliminan de los átomos, esto crea un desequilibrio, resultando en una carga eléctrica. Esta carga es responsable de las fuerzas eléctricas que actúan entre las partículas cargadas.

Diagrama del átomo

Protón (p⁺) Electrón (e⁻) Electrón (e⁻) Electrón (e⁻)

Este diagrama simplificado muestra un átomo con una carga positiva en los protones del núcleo y una carga negativa en los electrones.

Unidades de carga

La unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el coulomb (C). La carga también puede expresarse en unidades más pequeñas llamadas cargas elementales, generalmente denotadas como e, donde una carga elemental es aproximadamente igual a 1.6 × 10 -19 C. La carga de un protón es +1e, y la carga de un electrón es -1e.

Propiedades de la carga eléctrica

Las propiedades de la carga eléctrica se pueden resumir de la siguiente manera:

1. Cuantización de la carga

La carga total Q de un sistema siempre es un múltiplo entero de la carga elemental e. Por lo tanto, se dice que la carga está cuantizada. Esto significa que nunca encontrarás una fracción de e en una carga. Matemáticamente, puede representarse como:

Q = n × e

Aquí n es un número entero.

2. Conservación de la carga

Durante cualquier proceso físico, la carga total permanece constante. Esto se conoce como la conservación de la carga eléctrica. Las cargas pueden moverse e incluso cambiar de positiva a negativa, pero la carga total siempre será la misma antes y después de la reacción.

3. Aditividad de la carga

Cuando combinas diferentes cargas, la carga total es simplemente la suma de las cargas individuales. Por ejemplo, si tienes una carga de +2 C y -1 C, la carga resultante será +1 C

Interacción entre cargas

Las cargas eléctricas interactúan entre sí y pueden ejercer fuerzas. La naturaleza de la interacción depende del tipo de cargas involucradas:

1. Cargas iguales se repelen

Si dos cargas son ambas positivas o ambas negativas, se repelen entre sí. Esto significa que se empujan mutuamente. Imagínalo así:

+ +

Este diagrama muestra dos cargas positivas repeliéndose entre sí.

2. Cargas opuestas se atraen

Cuando una carga es positiva y la otra es negativa, se atraen entre sí, es decir, son arrastradas una hacia la otra como imanes.

+ -

Esto muestra que las cargas positivas y negativas se atraen entre sí.

Ley de Coulomb

La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales está dada por la ley de Coulomb, que establece que la fuerza F es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r entre ellas. Puede expresarse matemáticamente como:

F = k × |q₁ × q₂| / r²

Donde:

  • F es la fuerza entre las cargas (en newtons, N)
  • k es la constante de Coulomb, aproximadamente 8.99 × 10 9 N·m²/C²
  • q₁ y q₂ son cantidades de cargas (en coulombs, C)
  • r es la distancia entre los centros de las dos cargas (en metros, m)

Problema de ejemplo

Imagina que tienes dos cargas, q₁ = +3 C y q₂ = -2 C, que están a 2 m de distancia.

Para encontrar la fuerza entre ellas:

F = 8.99 × 10⁹ × |(+3) × (-2)| / (2)² = 8.99 × 10⁹ × 6 / 4 = 13.485 × 10⁹ / 4 = 3.37125 × 10⁹ N

La fuerza 3.37125 × 10⁹ N está dirigida de manera que las cargas opuestas se atraen entre sí.

Carga por inducción

La carga eléctrica puede transferirse de un cuerpo a otro, y una forma común de que esto suceda es a través de la inducción. Esto implica acercar un objeto cargado a un objeto neutro, causando que se desarrollen regiones de carga positiva y negativa en el objeto neutro.

Pasos de la carga por inducción

Consideremos que una varilla cargada negativamente se acerca a una esfera metálica neutra:

  1. La carga negativa de la varilla repele los electrones presentes en la esfera. Esto crea una carga positiva en la parte más cercana a la varilla y una carga negativa en el otro lado.
  2. Si la esfera se conecta a tierra por algún tiempo (conectada a un conductor que permite el flujo de carga), algunos de los electrones fluyen hacia afuera, dejando la esfera cargada positivamente.
  3. Después de quitar la conexión a tierra y luego la varilla, la esfera permanece con carga neta positiva.

Aplicaciones de la carga eléctrica

La carga eléctrica tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana y la tecnología. Aquí hay algunos ejemplos:

1. Electricidad estática

Cuando frotas el globo en tu cabello, los electrones se transfieren de tu cabello al globo, dándole al globo una carga negativa. Esta carga negativa permite que el globo se adhiera a la pared por algún tiempo.

2. Aparatos eléctricos

Las partículas cargadas que se mueven a través de un conductor (por lo general electrones) crean una corriente eléctrica. Esta es la base para el funcionamiento de la mayoría de nuestros dispositivos eléctricos, desde bombillas hasta computadoras.

3. Condensador

Un condensador es un dispositivo que almacena energía eléctrica en un campo eléctrico, creado por un par de placas conductoras separadas por un aislante. Juegan un papel importante en los circuitos electrónicos.

Símbolo del condensador

Condensador

4. Electroscopio

El electroscopio puede detectar la presencia y magnitud de la carga eléctrica. Consiste en una varilla metálica conectada a dos placas metálicas delgadas. Cuando un objeto cargado toca la varilla metálica, las placas se separan debido a la repulsión.

Conclusión

La carga eléctrica es un concepto fundamental en nuestra comprensión de cómo interactúan la electricidad y el magnetismo. Sus propiedades de cuantización, conservación y aditividad subyacen a la estructura de la materia y energizan nuestro mundo de innumerables maneras. Desde la electricidad estática cotidiana hasta los circuitos eléctricos complejos, el flujo y la interacción de las cargas eléctricas son vitales para el funcionamiento de la tecnología moderna.


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