Física y Química 3.º ESO · La carga eléctrica y la electrización
Recuerda: la carga eléctrica y los electrones
Objetivo: Al terminar, sabrás explicar con el modelo del átomo por qué un cuerpo queda cargado positiva o negativamente, calcular la carga de un ion, aplicar la conservación de la carga y predecir si dos cuerpos cargados se atraen o se repelen.
Recuerda
La carga eléctrica: una propiedad de la materia
Hace más de 2500 años, los griegos vieron que el ámbar frotado atraía pajitas y plumas; en griego, ámbar se dice élektron, y de ahí viene la palabra electricidad. Hoy sabemos por qué ocurre: la carga eléctrica es una propiedad de las partículas que forman los átomos.
Toda la materia está formada por átomos, y los átomos tienen partículas con carga eléctrica:
| Partícula | Dónde está | Carga |
|---|---|---|
| Protón | En el núcleo | Positiva (+) |
| Neutrón | En el núcleo | Sin carga |
| Electrón | En la corteza | Negativa (−) |
La carga de un protón y la de un electrón son iguales pero de signo contrario.
Cuerpos neutros y cuerpos cargados
- Un átomo, o un cuerpo, es neutro cuando tiene el mismo número de protones que de electrones: sus cargas se compensan.
- Los protones están bien sujetos en el núcleo; lo que puede pasar de un cuerpo a otro son los electrones de la corteza.
- Si un cuerpo gana electrones, queda con carga negativa (le sobran electrones).
- Si un cuerpo pierde electrones, queda con carga positiva (le faltan electrones).
Atracción y repulsión
- Cargas del mismo signo se repelen (+ con +, − con −).
- Cargas de distinto signo se atraen (+ con −).
Contar la carga de un átomo o de un ion
Si un átomo gana o pierde electrones, se convierte en un ion. Su carga se calcula así:
- Resultado 0: átomo neutro.
- Resultado positivo: ion positivo (catión), le faltan electrones. Ejemplo: 11 protones y 10 electrones → carga +1 ().
- Resultado negativo: ion negativo (anión), le sobran electrones. Ejemplo: 17 protones y 18 electrones → carga −1 ().
La carga se conserva
Al frotar dos cuerpos neutros, los electrones que gana uno son exactamente los que pierde el otro. Uno queda negativo y el otro positivo con la misma cantidad de carga, y la carga total sigue siendo cero. Es el principio de conservación de la carga: la carga eléctrica no se crea ni se destruye, solo pasa de unos cuerpos a otros.
La unidad de carga: el culombio
La carga se mide en culombios (C). La carga de un electrón es tan pequeña que hacen falta unos 6,24 trillones de electrones (6 240 000 000 000 000 000) para reunir 1 C. Por eso, al frotar un globo, pasan miles de millones de electrones y, aun así, la carga es una parte muy pequeña de un culombio.
Puntos clave
- Protones (+) en el núcleo, electrones (−) en la corteza, neutrones sin carga.
- Un cuerpo neutro tiene tantos protones como electrones.
- Solo se transfieren electrones: quien gana electrones queda negativo; quien los pierde, positivo.
- Mismo signo: repulsión. Distinto signo: atracción.
- Carga de un átomo o ion = n.º de protones − n.º de electrones.
- Conservación de la carga: la carga no se crea ni se destruye, solo pasa de unos cuerpos a otros.
- La carga se mide en culombios (C); 1 C es la carga de unos 6,24 trillones de electrones.
Errores frecuentes
ErrorDecir que un cuerpo queda positivo porque «ha ganado protones».
Cómo corregirloLos protones no salen del núcleo. Un cuerpo positivo es uno que ha perdido electrones: ahora tiene más protones que electrones.
ErrorPensar que un cuerpo neutro no tiene cargas.
Cómo corregirloUn cuerpo neutro tiene muchísimas cargas, pero el mismo número de positivas que de negativas, y se compensan.
ErrorRestar al revés al calcular la carga de un ion (electrones − protones).
Cómo corregirloCarga = protones − electrones. Si sobran electrones, el resultado debe salir negativo.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. El globo y el pelo situación real
Frotas un globo con el pelo. Después, el globo queda con carga negativa. a) ¿Qué partículas han pasado de un cuerpo a otro y en qué sentido? b) ¿Con qué carga queda el pelo? c) ¿Por qué el pelo se levanta hacia el globo?
Resolución
a) Solo pueden pasar electrones. Como el globo queda negativo, ha ganado electrones: han pasado del pelo al globo.
b) El pelo ha perdido esos electrones: queda con carga positiva (le faltan electrones).
c) El globo (−) y el pelo (+) tienen cargas de distinto signo: se atraen. Además, cada pelo tiene carga positiva y se repele con los pelos de al lado: por eso se separan unos de otros.
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
Indica el signo de la carga de cada cuerpo: a) Un trozo de lana que ha perdido electrones. b) Una regla de plástico que ha ganado electrones. c) Un átomo con 12 protones y 12 electrones. d) Un átomo con 17 protones y 18 electrones.
Ver solución
a) Positiva. b) Negativa. c) Neutro. d) Negativa.
a) Le faltan electrones → positiva. b) Le sobran electrones → negativa. c) Igual número de protones que de electrones → neutro. d) Tiene un electrón más que protones → negativa (es un ion negativo).
2. Fácil
Indica si se atraen o se repelen: a) Dos pajitas de plástico frotadas con la misma servilleta de papel (las dos quedan negativas). b) Una varilla de vidrio con carga positiva y una pajita con carga negativa. c) Dos trozos de cinta adhesiva con carga positiva.
Ver solución
a) Se repelen. b) Se atraen. c) Se repelen.
a) Mismo signo (− y −) → se repelen. b) Distinto signo (+ y −) → se atraen. c) Mismo signo (+ y +) → se repelen.
3. Media
Tres cuerpos cargados, A, B y C. A repele a B y B atrae a C. Sabemos que C tiene carga negativa. ¿Qué signo tienen A y B?
Ver solución
B positiva; A positiva.
B atrae a C, que es negativa → B tiene signo contrario: B es positiva. A repele a B → tienen el mismo signo: A es positiva.
Para practicar más
1. Fácil
Al frotar una varilla de vidrio con un paño de seda, la varilla queda con carga positiva. a) ¿Ha ganado o ha perdido electrones la varilla? b) ¿Qué carga tiene ahora el paño? Explícalo.
Ver solución
a) Ha perdido electrones. b) Negativa.
a) Queda positiva porque le faltan electrones: los ha perdido. b) Los electrones que pierde la varilla los gana el paño, así que el paño queda con carga negativa.
2. Fácil
Un átomo de sodio tiene 11 protones y 11 electrones. Al reaccionar con el cloro, pierde un electrón. a) ¿Era neutro al principio? b) ¿Qué carga tiene después? c) ¿Ha cambiado el número de protones?
Ver solución
a) Sí. b) Positiva (+1). c) No.
a) 11 protones y 11 electrones → neutro. b) Ahora tiene 11 protones y 10 electrones: una carga positiva de más → ion positivo (). c) No: los protones están en el núcleo y no se transfieren.
3. Media
Cuatro bolitas cargadas, P, Q, R y S. P atrae a Q, Q repele a R y R atrae a S. Si S es positiva, ¿qué signo tienen P, Q y R?
Ver solución
R negativa, Q negativa, P positiva.
R atrae a S (+) → R es negativa. Q repele a R (−) → Q es negativa. P atrae a Q (−) → P es positiva.