02- Teoría atómica

7/26/2019 02- Teora atmica

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tomos electrones y cargas elctricas.

Antes de que se estudien los fundamentos de la electricidad y la electrnica, se necesita saber qu es lamateria. teri es todo aquello que ocupa espacio y tiene masa o peso. El alambre, el hule y el vidrioson ejemplos de materia. Los cientficos estudian las propiedades de la materia con el propsito deconocer su comportamiento. Tambin se interesan en el estudio de la energa. La energa es lacapacidad para realizar un trabajo. sta tiene diferentes formas, como la energa trmica y la energaelctrica. La energa elctrica es el resultado del movimiento de diminutos fragmentos de materiallamados electrones. La energa puede producir cambios en los materiales, puede unirlos, separarlos osimplemente moverlos de un lugar a otro.

La unidad bsica de la materia es el tomo. Al estudiar la electricidad y la electrnica es importanteconocer al tomo, puesto que el electrn es una de sus partes. En esta unidad se estudia la estructura

del tomo y sus propiedades elctricas.ESTRUCTURA DEL TOMO.

Un tomo est formado por partculas diminutas. Dos de estas partculas, el electrn y el protn, sonimportantes para nuestros estudios.Los electrones se mueven en trayectorias alrededor del centro oncleo de un tomo. Estas trayectoriascomnmente se denominan niveles (Fig. 1). Un tomo puede tener varios niveles alrededor de suncleo. Cada uno de ellos puede tener nicamente determinado nmero de electrones. Este nmero sellama cuota de un nivel. Cuando todos los niveles de un tomo contienen su cuota de electrones, sedice que el tomo est en una condicin estable. El ncleo del tomo est formado por partculasllamadas protones y neutrones. stos se mantienen unidos estrechamente por una energa de amarre.

Figura 1 Representacin de un tomo de gas oxigeno. Contiene ocho electrones que se muevealrededor del ncleo en dos niveles.


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Todos los electrones son semejantes, y todos los protones tambin. De este modo, los tomos difierenunos de otros slo por el nmero de electrones y protones que contienen (Fig. 2). El nmero de

protones en el ncleo es el nmero atmico del tomo. El peso de los neutrones es aproximadamente elmismo que el de los protones. El trmino peso atmico se refiere al nmero total de partculas (tantoprotones como neutrones) en el ncleo de un tomo.

Figura 2. tomos de hidrgeno, helio y carbono

ELEMENTOS COMPUESTOS Y MOLCULAS

Cuando todos los elementos en una sustancia son semejantes, la sustancia se llama elemento. El cobre,el hierro y el carbono estn entre los ms de 100 elementos diferentes conocidos. Diferentes elementospueden combinarse para formar una sustancia llamada compuesto. El agua, el azcar y los materialesplsticos son ejemplos de compuestos.

La partcula ms pequea de un compuesto que conserva las mismas propiedades se denominamolcula. Una molcula contiene tomos de cada uno de los elementos que forman el compuesto (Fig.3).

Figura 3. Molculas de agua y cido sulfrico. Una molcula est formada por varios tomos.


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CARGAS

Los electrones y los protones tienen diminutas cantidades de energa conocidas como cargas elctricas.Los electrones tienen carga negativa (). Los protones positiva (+). Los neutrones no tienen cargaelctrica; por esta razn, son neutros.La magnitud de la carga negativa de cada electrn es igual a la magnitud de la carga positiva de cadaprotn. Estas cargas opuestas se atraen unas a otras. Esta atraccin es la responsable de que el tomose mantenga unido.

En condiciones normales, las cargas positivas y negativas en el tomo tienen el mismo valor. Esto sedebe a que el tomo tiene el mismo nmero de electrones y de protones. Cuando un tomo tiene estacondicin, se dice que es elctricamente neutro (Fig. 4).

Figura 4. Un tomo elctricamente neutro.

Electrones de Valencia.

A los electrones del nivel superior de un tomo se les llama electrones de valencia. En el estudio de laelectricidad y electrnica, interesa principalmente el comportamiento de los electrones de valencia.Ellos, en ciertas condiciones, pueden abandonar a sus tomos padres. El nmero de los electrones devalencia en los tomos determina importantes caractersticas elctricas y qumicas de la sustancia.

Niveles de energa y electrones libres.

Se dice que los electrones de cualquier nivel de un tomo estn localizados en determinados niveles deenerga. Estos niveles estn relacionados con la distancia existente entre los electrones y el ncleo del

tomo. Cuando se aplica energa externa como calor, luz o electricidad a ciertos materiales, loselectrones de los tomos de esos materiales ganan energa. Esto puede causar que los electronessalten a niveles de energa ms altos. De esta manera, se alejan de los ncleos de sus tomos (Fig. 5A).

Cuando un electrn pasa al nivel de energa ms alto posible (o al nivel superior de su tomo),disminuye la atraccin que ejercen sobre l las cargas positivas de los protones dentro del ncleo deltomo. Si en estas condiciones se aplica suficiente energa al tomo, algunos de los electrones del nivelsuperior, o de valencia, lo abandonarn. A estos electrones se les llama electrones libres (Fig. 5B).


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Figura 5. Algunos electrones del tomo pueden moverse a niveles de energa ms altos dentro delmismo o abandonando como resultado de una absorcin de energa.

Cuando un electrn pasa al nivel de energa ms alto posible (o al nivel superior de su tomo),disminuye la atraccin que ejercen sobre l las cargas positivas de los protones dentro del ncleo deltomo. Si en estas condiciones se aplica suficiente energa al tomo, algunos de los electrones del nivelsuperior, o de valencia, lo abandonarn. A estos electrones se les llama electrones libres (Fig. 5B).

Iones.

Un ion es un tomo cargado. Si un tomo neutro gana electrones, entonces habr en l ms electrones

que protones. As, el tomo se convierte en un ion cargado negativamente (Fig. 6A). Si un tomo neutropierde electrones, los protones sobrepasarn en nmero a los electrones restantes; as, el tomo serun ion cargado positivamente (Fig. 6B). Iones con cargas opuestas se atraen entre s. Iones con cargasiguales se repelen unos a otros. El proceso por medio del cual los tomos ganan o pierden electronesse conoce como ionizacin.

Figura 6. Iones. (A) ion cargado negativamente; (B) ion cargado positivamente.


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CARGAS ELCTRICAS EN ACCIN.

Una manera sencilla de generar una carga elctrica es por medio del rozamiento. Por ejemplo, si sefrota vigorosamente un globo de hule con un pao de lana, los electrones pasarn del pao al globo, yel globo quedar cargado negativamente. Si luego el globo se coloca contra una pared, la carganegativa del globo repelar a los electrones de la superficie de la pared (Fig. 7). Esto, a su vez, causarque la superficie de la pared quede cargada positivamente. La atraccin entre las cargas opuestas delglobo y de la pequea rea de la superficie de la pared es lo suficientemente intensa para mantener alglobo en ese lugar.

Figura 7. Las cargas elctricas opuestas se atraen unas a otras, por eso causa que el globo quedepegado en la pared.

ELECTRICIDAD ESTTICA

La atraccin entre el globo cargado y la pared representa el trabajo realizado por la energaelectrosttica, llamada electricidad esttica con frecuencia. Un campo electrosttico es la energa querodea a todo objeto cargado (Fig. 8). En esta clase de electricidad, no hay movimiento de electronesentre el globo y la pared. Por esto, se dice que la electricidad es esttico o en reposo.

La electricidad esttica a veces se considera como algo que no tiene aplicacin prctica. Sin embargo,existen dispositivos como capacitores y purificadores de aire en procesos industriales, como lamanufactura de papel abrasivo, que hacen uso de ella.


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Figura 8. Un campo electrosttico invisible est presente alrededor de todo objeto cargado.

APLICACIONES DE LA ELECTRICIDAD ESTTICA.

La figura 9 muestra cmo se usan las cargas estticas para producir papel abrasivo. Papel de lija es eltrmino comn para el papel abrasivo. Este papel se emplea para pulir superficies de madera o metal.Una banda transportadora conduce las partculas abrasivas sobre una placa cargada negativamente.Las partculas abrasivas se cargan negativamente por contacto. Al mismo tiempo, el papel, el cualcontiene un recubrimiento adhesivo, s mueve debajo de una placa cargada positivamente. Esto haceque el papel se cargue positivamente. Puesto que las cargas opuestas se atraen, el papel atraer a laspartculas abrasivas. Estas partculas forman una superficie abrasiva muy uniforme y densa en el papel.

PLACA CARGADAPOSITIVAMENTE

PLACA CARGADANEGATIVAMENTE

Figura 9. La electrosttica se aplica en la fabricacin de papel abrasivo.


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La electricidad esttica tambin puede aplicarse en los purificadores de aire (Fig. 10). Este dispositivopuede emplearse en sistemas de calefaccin domsticos, y sirve para limpiar el aire cuando ste circula

a travs del horno. Un dispositivo similar puede utilizarse industrialmente para reducir la contaminacin.Los filtros de aire electrostticos son mucho ms eficientes que los sencillos filtros de tela o papel.

Aqullos remueven del aire nicamente partculas grandes. Un filtro electrnico puede removerpartculas diminutas. Como se muestra en la figura 10, el aire sucio pasa a travs de un prefiltro depapel que elimina fragmentos grandes de impurezas y pelusa. El aire atraviesa entonces por una seriede placas que cargan positivamente a las impurezas y partculas de polvo. Por ltimo, el aire pasa atravs de un filtro cargado negativamente. El filtro negativo atrae a las partculas positivas y quedanatrapadas. Cuando el filtro est demasiado sucio, el sistema debe apagarse y limpiarse.

Figura 10. Purificador electrosttico.

Otro uso prctico de la electricidad esttica se muestra en la figura 11. La pintura con pistola es una

forma comn para producir superficies de excelente acabado. Sin embargo, sta se desperdicia muchoya que la mayor parte de la pintura nunca llega a la superficie. Permanece en el aire como rocodisperso. Esto no slo representa un desperdicio de pintura, sino tambin es peligroso para la salud. Lamayor parte del roco disperso puede eliminarse cargando positivamente al objeto que se va a pintar ynegativamente a la pintura. Adems, como la carga disminuye en donde se aplica la pintura, el resultadoser una capa uniforme de sta.


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Figura11 Pintado electrosttico con pistola.

Tomado de:Tomado de: Electricidad y Electrnica Bsica. Cuarta Edicin. Peter Buba - Marshal SchmitMcGraw-Hill.

Desarrollado por:

Andrey Julin Rentera Scarpetta


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Autoevaluacin.

Ponga a prueba sus conocimientos escribiendo, en una hoja de papel aparte, la palabra o palabras quecompleten correctamente las siguientes aseveraciones:

1. __________ es todo lo que ocupa espacio y tiene masa.

2. La capacidad para realizar un trabajo se Llama_________.

3. Los electrones se mueven alrededor del ncleo de un tomo en trayectorias que usualmente sedenominan________.

4. El ncleo de un tomo est formado por partculas llamadas_________ y _________.

5.

Los tomos difieren uno de otro nicamente por el nmero de ______ y_______ que contienen.

6. El nmero de protones en el ncleo de un tomo se conoce como __________el atmico de esetomo.

7. Cuando todos los tomos dentro de una sustancia son semejantes, la sustancia se llamaun__________.

8. Ejemplos comunes de elementos son: _________, ___________ y ____________.

9. Diferentes elementos pueden combinarse para formar una sustancia llamada______________.

10. Una______________ es la partcula ms pequea de un compuesto que conserva las mismaspropiedades.

11. Los electrones son cargas _____________. Los protones son cargas __________.

12. Un tomo elctricamente neutro es el que tiene el mismo nmero de __________ y ____________.

13. Los electrones del nivel superior de un tomo se denominan electrones de____________.

14. El _____________ de energa de un electrn est relacionado con su distancia del ncleo deltomo.

15. Un ion es un tomo que est cargado _____________ o cargado ______________.

16. Si un tomo neutro gana electrones, se convierte en un ion _____________.

17. Si un tomo neutro pierde electrones, se convierte en un ion _____________.

18. Iones con carga elctrica diferente __________________ unos a otros. Iones con carga elctrica

igual _________________unos a otros.19. El proceso mediante el cual los tomos ganan o pierden electrones se denomina____________.

20. Una manera sencilla de generar una carga elctrica es mediante______________.

21.

La atraccin entre dos cargas elctricas opuestas es un ejemplo de electricidad______________.

22. Un objeto cargado est rodeado por un campo___________.

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