Transferencia electrónica – Principio de Conservación de Carga Eléctrica

Algunos datos históricos presentados en artículos anteriores, muestran que de hecho, realizar experiencias para demostrar la existencia de cargas eléctricas y fuerzas eléctricas es bastante simple.

Enunciaremos aquí a modo de resumen la conclusión a la cual arribó Franklin, la cual es:

La carga eléctrica es una propiedad física de la materia

Tanto cuanto la masa, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia. Y las observaciones experimentales permitieron el descubrimiento de importantes propiedades que la carga eléctrica posee (en común con la masa).

• Las cargas eléctricas crean y están sujetas a fuerzas eléctricas, lo cual fácilmente se observa en los experimentos de electrización.
• Las cargas eléctricas no pueden ser creadas ni destruidas.

Principio de conservación de la carga eléctrica

En relación a las afirmaciones anteriores, cuando un cuerpo es electrizado por fricción, por ejemplo, el estado de electrización final se debe a la transferencia de cargas de un objeto hacia el otro, no existiendo creación de cargas en el proceso.

Por tanto si uno de los objetos cede una carga negativa al otro, quedará cargado positivamente, con la misma cantidad de carga cedida al otro. Esta observación es coherente con la observación de que la materia es neutra, esto es, sin exceso de cargas, conteniendo el mismo número de cargas positivas (núcleo atómico) y negativas (electrones).

Estableceremos entonces el principio de conservación de la carga eléctrica

Como ejemplo podemos citar al llamado proceso de aniquilación entre un electrón, carga -e y su antipartícula, el positrón, con carga +e. Cuando se aproximan, estas dos partículas pueden desaparecer originando un par de rayos γ, partículas sin masa y sin carga pero con altas energías. El proceso puede ser representado por:

Observemos que la carga total antes y luego del proceso es nula, por lo tanto conservándose.

Otro ejemplo interesante sucede en las estrellas y es conocido como fusión. En ese caso, dos núcleos de deuterio (hidrógeno pesado ²H), compuesto por 1p y 1n se funden con dos posibilidades finales a saber;

En la primera el resultado es un núcleo de tritio ³H, que posee 1p y 2n. En la segunda, resulta el isótopo del Helio ³He que posee 2p y 1n. En las dos posibilidades la suma final de cargas es +2e, idéntica a la situación inicial.

Cuantización de la carga eléctrica

En el siglo XVIII, la carga eléctrica era considerada como un fluido continuo, en tanto en el inicio del siglo XX, Millikan descubrió que el fluido eléctrico no era continuo y sí, que la carga eléctrica estaba constituida por un múltiplo entero de una carga fundamental e, o sea la carga q de un cierto objeto que puede ser escrita como:

q = ne

siendo n = 1, 2, 3, …

e es iguala al valor de 1,60 x 10^-19 y siendo una de las constantes fundamentales de la naturaleza.

Podemos entonces decir que la carga eléctrica existe en paquetes discretos o en términos modernos que está “cuantizada”, no pudiendo tomar cualquier valor.

Todos los objetos de la naturaleza contienen cargas. En tanto, en la mayoría de los casos no logramos percibirlas. Esto se debe al hecho de que los objetos contienen cantidades iguales de dos tipos de cargas: cargas positivas y cargas negativas (conforme lo establecido por Franklin).

Así, la igualdad lleva al equilibrio de cargas y decimos que los objetos son eléctricamente neutros, o sea, que no poseen carga líquida. Por otra parte, si el equilibrio fuese alterado, decimos que él está electrizado, entonces una carga eléctrica existirá y el cuerpo podrá interactuar eléctricamente.

Otras experiencias de la época de Millikan mostraron que el electrón tiene carga –e y el protón +e lo cual asegura que un átomo sea neutro porque tiene el mismo número de protones que de electrones.

La tabla a continuación resume las cargas y masa de los constituyentes atómicos de mayor interés.