Enunciado: Crea mediante un cuento o historieta un personaje que usa el poder de las cargas eléctricas, y responde las preguntas a) y b).
¿Por qué unos cuerpos se cargan positivamente y otros negativamente?
- En todo átomo neutro hay tantos protones (carga +e) como electrones (carga -e), de modo que la carga neta es cero: Q = Q_+ + Q_- = (+ne) + (-ne) = 0.
- Los protones están unidos fuertemente al núcleo, por lo que en los procesos de carga (fricción, contacto, inducción) los que se desplazan son los electrones de las capas externas.
- Si un cuerpo gana electrones, su carga neta se vuelve negativa. Por ejemplo, si recibe n electrones: Q = -nar{e}, con ar{e} = 1.6 imes 10^{-19} ext{ C}.
- Si un cuerpo pierde electrones, esos electrones pasan a otro cuerpo y el primero queda con exceso de protones, es decir, con carga positiva: Q = +nar{e}.
- Al frotar dos materiales (por ejemplo, lana y ebonita), el material con mayor afinidad por los electrones se carga negativo y el otro positivo.
- Ejemplo numérico: si un cuerpo pierde 5.0 imes 10^{10} electrones, queda con carga Q = n\bar{e} = (5.0 imes 10^{10})(1.6 imes 10^{-19} ext{ C}) = 8.0 imes 10^{-9} ext{ C} = 8 ext{ nC} (es decir, positiva).
Los cuerpos se cargan porque intercambian electrones. Quien gana electrones queda negativo; quien los pierde queda positivo, ya que los protones permanecen en el núcleo.
¿Cómo se mantiene el principio de conservación de la carga eléctrica?
- El principio de conservación de la carga establece que la carga eléctrica ni se crea ni se destruye: solo puede transferirse de un cuerpo a otro.
- Expresión matemática: la carga total de un sistema aislado es constante, es decir, \sum Q_{\text{antes}} = \sum Q_{\text{después}}
- Al frotar la lana contra la ebonita, la lana gana electrones y la ebonita los pierde en la misma cantidad: si la ebonita queda con -Q, la lana queda con +Q, de modo que Q_{\text{lana}} + Q_{\text{ebonita}} = +Q + (-Q) = 0 (antes y después del frotamiento).
- En las reacciones químicas y en los procesos de ionización igual se cumple: el número de electrones perdidos por un átomo es igual al número de electrones ganados por otro.
- En ningún proceso (fricción, contacto, inducción, reacción química) aparece o desaparece carga: la carga simplemente se redistribuye.
Idea para el cuento (creación)
Sugerencia: "Voltio, el guardián de las nubes", un héroe que acumula electrones tocando suelos aislados (cargándose negativo) y los devuelve a las nubes al tocarlas, provocando rayos; mientras tanto, la Tierra queda cargada positivamente y la nube negativa, cumpliéndose que Q_{\text{Tierra}} + Q_{\text{nube}} = 0 en todo momento. La historia debe mostrar al menos: (i) transferencia de electrones, (ii) aparición de cargas opuestas, (iii) conservación de la carga total.
La carga se conserva porque siempre que un cuerpo se carga de un signo, otro cuerpo adquiere exactamente la carga opuesta; la suma total de las cargas del sistema permanece constante: \sum Q_{\text{antes}} = \sum Q_{\text{después}}.
