En física, se llama materia a cualquier tipo de entidad que es parte del universo observable, tiene energía asociada, es capaz de interaccionar, es decir, es medible y tiene una localización espaciotemporal compatible con las leyes de la naturaleza.
Clásicamente se considera que la materia tiene tres propiedades que juntas la caracterizan: ocupa un lugar en el espacio, tiene masa y perdura en el tiempo.
En el contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo, entidad, o discontinuidad traducible a fenómeno perceptible que se propaga a través del espacio-tiempo a una velocidad igual o inferior a la de la luz y a la que se pueda asociar energía. Así todas las formas de materia tienen asociadas una cierta energía pero sólo algunas formas de materia tienen masa.
El átomo es un constituyente de la materia ordinaria, con propiedades químicas bien definidas, formado a su vez por constituyentes más elementales sin propiedades químicas bien definidas. Cada elemento químico está formado por átomos del mismo tipo (con la misma estructura electrónica básica), y que no es posible dividir mediante procesos químicos.
Actualmente se conoce que el átomo está compuesto por un núcleo atómico, en el que se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. Esto fue descubierto a principios del siglo XX, ya que durante el siglo XIX se había pensado que los átomos eran indivisibles, de ahí su nombre a-tómo- 'sin división'. Poco después se descubrió que también el núcleo está formado por partes, como los protones, con carga positiva, yneutrones, eléctricamente neutros.nota 1 Los electrones, cargados negativamente, permanecen ligados a este mediante la fuerza electromagnética.
El nombre «átomo» proviene del latín atomum, y este del griego ἄτομον 'sin porciones, indivisible'; también, se deriva de a- ('no') y tómo (divisible).1 El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del universo fue postulado por laescuela atomista en la Antigua Grecia. Sin embargo, no fueron considerados seriamente por los científicos hasta el siglo XIX, cuando fueron introducidos para explicar ciertas leyes químicas. Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas.2 3
En física, el protón (del griego πρῶτον, prōton ['primero']) es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva 1 (1,6 × 10-19 C), igual en valor absoluto y de signo contrario a la del electrón, y una masa 1836 veces superior a la de un electrón. Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos 1035 años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse en otras partículas.
El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos.
El neutrón es una partícula subatómica, un nucleón, sin carga neta, presente en el núcleo atómico de prácticamente todos los átomos, excepto el protio. Aunque se dice que el neutrón no tiene carga, en realidad está compuesto por tres partículas fundamentales cargadas llamadas quarks, cuyas cargas sumadas son cero. Por tanto, el neutrón es un barión neutro compuesto por dos quarks de tipo abajo, y un quark de tipo arriba.
Fuera del núcleo atómico, los neutrones son inestables, teniendo una vida media de 15 minutos (885,7 ± 0,8 s);2 cada neutrón libre se descompone en un electrón, un antineutrino y un protón. Su masa es muy similar a la del protón, aunque ligeramente mayor.
El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos, a excepción del isótopo hidrógeno-1. La interacción nuclear fuerte es responsable de mantenerlos estables en los núcleos atómicos.
Fue descubierto por James Chadwick en el año de 1932. Se localiza en el núcleo del átomo. Antes de ser descubierto el neutrón, se creía que un núcleo de número de masa A (es decir, de masa casi A veces la del protón) y carga Z veces la del protón, estaba formada por A protones y A-Z electrones.
El electrón (del griego clásico ἤλεκτρον, ámbar), comúnmente representado por el símbolo: e−, es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental negativa.12 Un electrón no tiene componentes o subestructura conocidos, en otras palabras, generalmente se define como una partícula elemental. En la Teoría de cuerdas se dice que un electrón se encuentra formado por una subestructura (cuerdas).2 Tiene una masa que es aproximadamente 1836 veces menor con respecto a la del protón.13 El momento angular (espín) intrínseco del electrón es un valor semientero en unidades de ħ, lo que significa que es un fermión. Suantipartícula es denominada positrón: es idéntica excepto por el hecho de que tiene cargas —entre ellas, la eléctrica— de signo opuesto. Cuando un electrón colisiona con un positrón, las dos partículas pueden resultar totalmente aniquiladas y producir fotones de rayos gamma.
Los electrones, que pertenecen a la primera generación de la familia de partículas de los leptones,14 participan en las interacciones fundamentales, tales como la gravedad, el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil.15 Como toda la materia, posee propiedades mecánico-cuánticas tanto de partículas como de ondas, de tal manera que pueden colisionar con otras partículas y pueden ser difractadas como la luz. Esta dualidad se demuestra de una mejor manera en experimentos con electrones a causa de su ínfima masa. Como los electrones son fermiones, dos de ellos no pueden ocupar el mismo estado cuántico, según el principio de exclusión de Pauli.14
Generalmente se le acredita a Ernest Rutherford el descubrimiento del protón. En el año 1918 Rutherford descubrió que cuando se disparan partículas alfa contra un gas de nitrógeno, sus detectores de centelleomuestran los signos de núcleos de hidrógeno. Rutherford determinó que el único sitio del cual podían provenir estos núcleos era del nitrógeno y que por tanto el nitrógeno debía contener núcleos de hidrógeno. Por estas razones Rutherford sugirió que el núcleo de hidrógeno, que en la época se sabía que su número atómico era 1, debía ser una partícula fundamental.
Antes que Rutherford, Eugene Goldstein había observado rayos catódicos compuestos de iones cargados positivamente en 1886. Luego del descubrimiento del electrón por J.J. Thomson, Goldstein sugirió que puesto que el átomo era eléctricamente neutro, el mismo debía contener partículas cargadas positivamente. Goldstein usó los rayos canales y pudo calcular la razón carga/masa. Encontró que dichas razones cambiaban cuando variaban los gases que usaba en el tubo de rayos catódicos. Lo que Goldstein creía que eran protones resultaron ser iones positivos. Sin embargo, sus trabajos fueron largamente ignorados por la comunidad de físicos.
| Formas de cargar eléctricamente un cuerpo |
| A.- Electrizacion por contacto Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva. B.- Electrizacion por frotamiento Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Si frotas una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda. Si frotas un lápiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño a al lápiz. C.- Electrizacion por inducción Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro. Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste. En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae. En términos de movimiento de electrones, cuando... A.- Un objeto con carga positiva se conecta a tierra: Existe un flujo de electrones de tierra hasta la carga, carga neutra. B.- Una esfera con carga negativa se pone en contacto con una neutra: Existe un flujo de electrones de la carga hacia tierra. C.- Una barra con carga positiva se acerca a una placa metálica neutra y aislada: Se atraen los cuerpos. |
Valor de Carga :
Los protones tienen carga positiva y se repelen entre si
Los electrones son de carga electrica negativa y se repelen entre si
Los neutrones no tienen carga electrica.
Cargas del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario se atraen.
Valor de Masa:
Los electrones tienen una masa de 9,11×10-31 kilogramos, unas 1800 veces menor que la de los neutrones y protones. Siendo tan livianos, apenas contribuyen a la masa total de las sustancias.
El protón (del griego πρῶτον, prōton ['primero']) es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva y una masa 1.836 veces superior a la de un electrón.
Un neutrón es un barión neutro formado por dos quarks abajo y unquark arriba. Forma, junto con los protones, los núcleos atómicos. Fuera del núcleo atómico es inestable y tiene una vida media de unos 15 minutos emitiendo un electrón y un antineutrino para convertirse en un protón. Su masa es muy similar a la del protón.
Algunas de sus propiedades:
- Masa: mn = 1,675×10-27 Kg = 1,008587833 uma
- Vida media: tn = 886,7 ± 1,9 s
- Momento magnético: mn = -1,9130427 ± 0,0000005 mN
- Carga eléctrica: 0 C.
El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos (la única excepción es el hidrógeno), ya que interactúa fuertemente atrayéndose con los protones, pero sin repulsión electrostática.
Permitividad:
La permitividad (o impropiamente constante dieléctrica) es una constante física que describe cómo un campo eléctro afecta y es afectado por un medio. La permitividad del vacío 
es 8,8541878176x10-12 F/m.
es 8,8541878176x10-12 F/m.
La permitividad está determinada por la tendencia de un material a polarizarse ante la aplicación de un campo eléctrico y de esa forma anular parcialmente el campo interno del material. Está directamente relacionada con la susceptibilidad eléctrica. Por ejemplo, en un condensador una alta permitividad hace que la misma cantidad de carga eléctrica se almacene con un campo eléctrico menor y, por ende, a un potencial menor, llevando a una mayor capacitancia del mismo.
En electromagnetismo se define el campo de desplazamiento eléctrico D, como el campo eléctrico E multiplicado por la permitividad eléctrica del medio. De este modo el campo de desplazamiento eléctrico D sólo es inducido por las cargas libres y no por la cargas dipolares. La relación de ambos campos (para medios lineales) con la permitividad es
La permitividad, tomada en función de la frecuencia, puede tomar valores reales o complejos. Generalmente no es una constante ya que puede variar con la posición en el medio, la frecuencia del campo aplicado, la humedad o la temperatura, entre otros parámetros. En un medio no lineal, la permitividad puede depender de la magnitud del campo eléctrico.
La unidad de medida en el Sistema Internacional es el faradio por metro (F/m). El campo de desplazamiento D se mide en culombios por metro cuadrado (C/m2), mientras que el campo eléctrico E se mide en voltios por metro (V/m).
D y E representan el mismo fenómeno, la interacción entre objetos cargados. D está relacionado con las densidades de carga asociada a esta interacción. E se relaciona con las fuerzas y diferencias de potencial involucradas. La permitividad del vacío , es el factor de escala que relaciona los valores de D y E en ese medio. es igual a 8.8541878176...×10-12 F/m.
, es el factor de escala que relaciona los valores de D y E en ese medio. es igual a 8.8541878176...×10-12 F/m.Ley de Coulomb :
La ley de Coulomb puede expresarse como:
|
La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas.
Se nombra en reconocimiento del físico francés Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806), que la enunció en 1785 y forma la base de la electroestática.
La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas.
Se nombra en reconocimiento del físico francés Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806), que la enunció en 1785 y forma la base de la electroestática.
Enunciado de la ley[editar]
La ley de Coulomb es válida sólo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostática.
En términos matemáticos, la magnitud 
de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales 
y 
ejerce sobre la otra separadas por una distancia 
se expresa como:
de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales y ejerce sobre la otra separadas por una distancia se expresa como:
Dadas dos cargas puntuales y separadas una distancia en el vacío, se atraen o repelen entre sí con una fuerza cuya magnitud está dada por:
y separadas una distancia en el vacío, se atraen o repelen entre sí con una fuerza cuya magnitud está dada por:
La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitudes vectoriales:
donde 
es un vector unitario, siendo su dirección desde la cargas que produce la fuerza hacia la carga que la experimenta.
es un vector unitario, siendo su dirección desde la cargas que produce la fuerza hacia la carga que la experimenta.
Al aplicar esta fórmula en un ejercicio, se debe colocar el signo de las cargas q1 o q2, según sean éstas positivas o negativas.
El exponente (de la distancia: d) de la Ley de Coulomb es, hasta donde se sabe hoy en día, exactamente 2. Experimentalmente se sabe que, si el exponente fuera de la forma 
, entonces 
.
, entonces .
Obsérvese que esto satisface la tercera de la ley de Newton debido a que implica que fuerzas de igual magnitud actúan sobre 
y 
. La ley de Coulomb es una ecuación vectorial e incluye el hecho de que la fuerza actúa a lo largo de la línea de unión entre las cargas.| Ley De Coulomb |
| 1.- Ley de Coulomb. Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la ley de Coulomb Según la cual la fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas. 2.- Expresión matemática. La ley de Coulomb Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. El valor de la constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que se exprese F, q, q’ y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale 9·10-9 Nm2/C2. Obsérvese que la ley de Coulomb tiene la misma forma funcional que la ley de la Gravitación Universal |
