¿Qué es un cargo?

Question

Soy un estudiante de secundaria. Me encantan los ordenadores y la electrónica. Hace unas semanas, pensé en construir mi propio aparato electrónico pero, por desgracia, no tenía muchos conocimientos de electrónica. Así que decidí aprender. Después de buscar en Google aquí y allá, me encontré con una gran cantidad de información. Nada, excepto una cosa, que me intimida y amedrenta es que lo que el término Carga ¿Significa? Ninguno de los libros dice lo que significa. Algunos dicen que es la propiedad básica de la materia y sólo eso y no definen más sobre ella. Mientras que otros ni siquiera se molestan en hablar de ella. En _Wikipedia_ se define como:

La carga eléctrica es la propiedad física de la materia que hace que ésta experimente una fuerza cuando se acerca a otra materia cargada eléctricamente.

La definición es bastante difícil y confusa. Del mismo modo, desde _Todo sobre los circuitos_ Los tutoriales de la página web me han dado otro tipo de definición y comprensión.

A través de los libros, llegué a saber que todavía no sabemos mucho sobre cargos incluso grandes científicos como Sir Stephen Hawking no saben mucho al respecto. ¿Es correcto? Si no lo es, ¿por qué se escribió en los libros (me refiero a los libros aquí, no a un libro), cuál es su definición correcta? ¿Por qué la mayoría de los libros no definen lo que cargos ¿es/son?

Answer 1

Para mantenerlo simple por ahora (una vez que llegues a la física universitaria esto se ampliará), la carga son electrones amontonados, o la falta de electrones donde esperarías que hubiera algunos. Los electrones tienen carga negativa y los protones carga positiva. Un átomo normal tiene el mismo número de electrones que de protones, por lo que no tiene carga neta.

En algunos átomos, los pocos electrones exteriores están algo "sueltos". Cuando hay un montón de átomos de este tipo uno al lado del otro, como los átomos de cobre en un cable de cobre, estos electrones sueltos pueden saltar entre los átomos adyacentes. Sin embargo, si saltan demasiado, dejan una carga positiva (ya que se fue una negativa) donde se fueron, y una carga negativa donde están. Este desequilibrio de cargas crea un campo eléctrico que se puede considerar como un campo de fuerza que empuja y tira de los electrones. Los electrones son atraídos hacia las cargas positivas y alejados por las negativas. Por lo tanto, este campo eléctrico no permite que los electrones abandonen un lugar y se amontonen en otro en el espacio de unos pocos átomos.

Una fuente de tensión, como una batería, es algo que crea un campo eléctrico. Si se conectan los extremos opuestos de la batería a los extremos opuestos de este cable de cobre con todos los electrones algo móviles en él, se puede conseguir que todos los electrones se muevan de media desde el extremo de tensión negativa del cable al extremo de tensión positiva. Para mantener el campo eléctrico aplicado al cable, la batería bombea los electrones que salen del extremo + del cable de vuelta al extremo - del cable, donde vuelven a saltar entre los átomos de cobre y acaban de nuevo en el extremo +.

El movimiento de masa de los electrones se llama actual que es la carga que fluye. Esto es muy parecido a la corriente de un río, que es un montón de pequeñas moléculas de agua fluyendo. Como la carga de un electrón es muy, muy pequeña y de poca utilidad a nuestra escala humana, utilizamos una unidad de carga llamada Coulomb . Sin embargo, un culombio no es más que una pila de carga calibrada. De hecho, es aproximadamente 6,24 x 10 18 cargas de electrones. En realidad es -6.24 x 10 18 electrones desde que decidimos arbitrariamente que los electrones tienen carga negativa.

De nuevo, para mantener el rango de números más agradable a escala humana, medimos la corriente en Amperios que es un culombio de carga que pasa cada segundo. Por lo tanto, si hay 1 amperio (a veces "amperio" o la abreviatura oficial "A") que fluye de izquierda a derecha en un cable, en realidad hay 6.240.000.000.000.000 de electrones que fluyen de derecha a izquierda por segundo en cualquier punto de ese cable.

Ahora que tienes una idea básica de lo que son la carga y la corriente, olvídate de los electrones que se mueven con sus cargas negativas. El resto de la electrónica se basa en amperios y culombios. Piensa que son las unidades conceptuales de corriente y carga que utilizarás a partir de ahora. El hecho de que éstas se basen (normalmente) en cargas negativas reales es irrelevante y sólo invita a la confusión.

Así que ahora volvamos a esa batería que provocó la corriente en nuestro cable. Una batería es realmente una bomba de carga. En otras palabras, puede producir corriente. Sin embargo, hay una métrica más que es importante mencionar aquí, que es lo fuerte que puede empujar la batería. Una batería puede empujar más fuerte en las cargas que otra, al igual que una bomba de agua puede hacer una mayor presión que otra. Esta presión es la que crea el campo eléctrico que hace que las cargas se muevan, que es la corriente. Esta presión eléctrica se mide en unidades de Voltios . Cuantos más voltios pueda generar una batería, más corriente podrá hacer circular por la misma resistencia . Esto es igual que una bomba de agua de mayor presión puede hacer que fluya más agua a través de la boquilla del mismo tamaño.

Entonces, ¿cómo podemos relacionar la tensión, la corriente y la resistencia? Como probablemente puedas ver, más voltaje (presión) hace más corriente (flujo), pero más resistencia (boquilla más pequeña) hace menos flujo. Para poner esto matemáticamente:

  corriente = tensión / resistencia

Esto también nos da una definición de resistencia al reordenar esta ecuación:

  resistencia = tensión / corriente

El concepto de resistencia aparece mucho en la electrónica, por lo que tenemos una unidad especial sólo para medirla, llamada Ohm . De hecho, el Ohm se define como:

  Ohm = Volt / Ampere

Tenemos abreviaturas para estas tres magnitudes, ya que casi toda la electrónica se basa en ellas. El voltio se abrevia como "V", el amperio como "A" y el ohmio con la letra griega "Ω".

Esta ecuación que relaciona la resistencia, el voltaje y la corriente es una piedra angular de la electrónica, y se llama Ley de Ohm El nombre de la persona a la que se le ocurrió la idea.

Volvamos a la primera forma de la ley de Ohm que mostré, que nos dice cuánta corriente obtenemos:

  En cantidades físicas: corriente = tensión / resistencia
  En unidades comunes: Amperios = Voltios / Ohmios, o A = V/Ω

Eso ya es mucho para pensar. Intente comprenderlo antes de seguir adelante. Haz las preguntas que necesites para entenderlo. Una vez que entiendas esto, podemos pasar a todo tipo de cosas interesantes.

Answer 2

Como dijo Ali, la carga es una propiedad (o característica o rasgo) de una partícula. La partícula puede ser un átomo, o puede ser simplemente una parte de un átomo como un electrón o un protón.

Desgraciadamente, no podemos decir mucho sobre por qué las partículas tienen esta propiedad, o qué es lo que hace que exista esta propiedad. Sólo podemos describir algunas cosas que observamos sobre esta propiedad que llamamos carga .

• Hay dos tipos de carga, que arbitrariamente denominamos "positiva" y "negativa".

• Las cargas positivas se repelen con una fuerza que podemos medir, las negativas se repelen de forma similar y las opuestas se atraen.

• Comprobamos que hay componentes de los átomos llamados "protones" y "electrones" que siempre están cargados positiva y negativamente, respectivamente.

• La carga se conserva. Esto significa que, en todos los experimentos que hemos probado, la diferencia entre la cantidad de carga positiva y negativa en un sistema cerrado es la misma al final del experimento que al principio, y por lo tanto creemos que esto es cierto en todos los sistemas cerrados del universo.

Aunque no sepamos qué es la carga ni de dónde procede originalmente, la descripción de lo que hace es suficiente para que podamos predecir muchas cosas útiles y fabricar muchas herramientas útiles como radios y ordenadores.

Answer 3

La respuesta de Olin es excelente. Yo añadiría que una analogía podría ayudar.

(A efectos de esta analogía, ignoremos todo lo que hay después de Newton. La Relatividad General y el Bosón de Higgs son interesantes pero no van a ayudar a entender la carga).

Probablemente tenga una comprensión instintiva de masa En concreto masa gravitacional . ¿Pero qué es?

Masa gravitatoria es una propiedad de la materia que le hace experimentar una fuerza -llamada gravedad- cuando se acerca a otra materia con masa. La cantidad individual de masa de un átomo es muy, muy pequeña, pero tenemos muchos de ellos y pueden sumarse para formar masas muy grandes.

Aunque todos los átomos tienen una pequeña cantidad de masa, algunos tienen mucha más que otros. Si tienes una bolsa de hidrógeno y otra de plomo con el mismo número de átomos en cada una, una será mucho más masiva que la otra.

Una descripción numérica de cómo un objeto masivo afecta a otro se llama campo gravitatorio . Si se imagina una gran masa -la Tierra, por ejemplo- y se imagina una pequeña masa -un rodamiento, por ejemplo- suspendida mágicamente en un punto por encima de la Tierra, si de repente se le permite moverse mágicamente, se moverá en una dirección concreta -hacia el centro de la Tierra-. Imagina que la Tierra está rodeada por un campo de flechas diminutas, todas ellas apuntando en la dirección en la que caería el rodamiento. La longitud de la flecha es la fuerza con la que se tiraría del rodamiento: muy fuerte cerca de la superficie de la Tierra, apenas más allá de la órbita de la Luna. Ese "campo" de flechas es el campo gravitatorio de la Tierra.

La carga es muy similar a la masa gravitatoria. Al igual que la masa, es una propiedad fundamental de la materia. Como la masa, hace que dos objetos experimenten una fuerza entre ellos. Al igual que la masa, al igual que algunos tipos de materia son más masivos que otros, también algunos tipos de materia son más propensos a producir carga que otros. Al igual que la masa, podemos tomar una gran fuente de carga e imaginar un campo de flechas a su alrededor que nos indiquen en qué dirección y con qué intensidad se ejercería la fuerza sobre una pequeña carga colocada allí; es la campo electrostático .

¿Cómo es entonces que la carga y la masa son diferentes? Las principales diferencias entre carga y masa son:

(1) La masa sólo es de un tipo, la carga es de dos tipos. Todas las masas se atraen entre sí. Las cargas similares se repelen, las cargas diferentes se atraen.

(2) Las fuerzas de carga son enormemente mayores que las fuerzas gravitatorias. Frota un globo en tu pelo y pégalo al techo. Las fuerzas de carga de ese globo son suficientes para superar la atracción de un objeto del tamaño de la Tierra. (Aunque hay que reconocer que las distancias son relevantes. Tu globo está a miles de metros del centro de la Tierra y muy cerca del techo). La fuerza entre masas es absurdamente pequeña comparada con la fuerza entre cargas.

(3) La carga es extremadamente fácil de mover en comparación con la masa. El movimiento de la carga a través de un conductor es una fracción significativa de la velocidad de la luz. (El movimiento de las partículas cargadas individuales puede ser lento; piensa que es como abrir un grifo conectado a una manguera muy larga ya llena de agua. La onda de presión que arroja agua por el extremo de la manguera viaja mucho más rápido por la manguera que el agua que sale del grifo).

Answer 4

La carga eléctrica es la propiedad física de la materia que hace que ésta experimente una fuerza cuando se acerca a otra materia cargada eléctricamente.

Me parece una buena definición. Citando a Richard Feynman:

"¡No podemos definir nada con precisión! Si lo intentamos, entramos en esa parálisis del pensamiento que se produce en los filósofos, que se sientan frente a frente, uno diciendo al otro: '¡No sabes de qué estás hablando! El segundo dice '¿Qué quieres decir con saber? ¿Qué entiendes por hablar? ¿Qué quieres decir con tú?", y así sucesivamente. "

Pero más en serio, en la física clásica hay dos fuerzas importantes. La fuerza gravitacional, con la que probablemente estés bastante familiarizado. Es la razón por la que el sol orbita en la galaxia, la razón por la que la Tierra orbita el sol y la razón por la que la gente en China no se cae de la Tierra. Puedes calcular la fuerza gravitatoria entre dos objetos utilizando $$ F_{grav}=G\frac{m_1m_2}{r^2}, $$ donde \$G\$ es una constante \$m_1\$ y \$m_2\$ son las masas de los dos cuerpos, y \$r\$ es la distancia entre ellos. La fuerza eléctrica probablemente te resulte menos familiar, pero resulta ser la razón por la que podemos ver, la razón por la que tenemos el sentido del tacto y la razón por la que podemos construir iPhones. Para dos objetos que tienen carga, como los electrones, puedes calcular la fuerza entre ellos con $$ F_{elec}=C\frac{q_1q_2}{r^2} $$ donde \$C\$ es una constante, \$q_1\$ y \$q_2\$ son los cargo de los objetos y \$r\$ es la distancia entre ellos.

¿Ves la simetría? La carga es a la fuerza eléctrica lo que la masa es a la fuerza gravitatoria. Hay algunas asimetrías, como el hecho de que la carga viene en sabores positivo y negativo, mientras que la masa sólo puede ser positiva, pero no te preocupes por eso por ahora.

Buena suerte con su proyecto.

Answer 5

una cosa, que me intimida y amedrenta es que lo que significa el término Charge?

Primero, un poco de historia...

Actualmente, creemos que, dadas las observaciones y los resultados experimentales hasta ahora, hay cuatro " interacciones fundamentales " y la interacción electromagnética es una de esas cuatro.

¿Qué es un interacción fundamental ? Del artículo enlazado de Wikipedia:

Las interacciones fundamentales, también llamadas fuerzas fundamentales o fuerzas interactivas, se modelan en la física fundamental como patrones de relaciones en los sistemas físicos, que evolucionan con el tiempo, que parecen no ser reducibles a relaciones entre entidades más básicas .

Imagina que observas que dos objetos se atraen o repelen pero que dichos objetos no atraen ni repelen a otros objetos. En un intento de explicar o modelo esto, se podría hipotetizar que los dos interactuando tienen una propiedad que los otros objetos no tienen. Incluso se podría llamar a esta propiedad un carga . Además, podría plantear la hipótesis, tras observaciones adicionales, de que hay dos tipos y que "las cargas opuestas se atraen" y "las cargas similares se repelen".

En algunos casos, la interacción puede ser explicable por otro fenómeno conocido o, puede ser que determinemos la interacción simplemente es - es lo dado y lo mejor que podemos hacer es modelo la interacción sin ser a explicar en términos de algo "más fundamental".

Esto es lo que hacemos con la carga eléctrica y la interacción electromagnética. La observamos e intentamos modelarla matemáticamente y utilizamos nociones como carga eléctrica y campo eléctrico etc.

Es posible que en algún momento descubramos otra "capa" más fundamental de la realidad y podamos responder a la pregunta "¿qué? es carga eléctrica?" en esos términos.

Por ejemplo, algunos teóricos imaginan que la carga eléctrica es en realidad un modo vibracional de una entidad fundamental 1D - un supercuerda supersimétrica - que de alguna manera "vive" en 10 u 11 dimensiones de las cuales 3 son nuestras dimensiones espaciales "ordinarias".

Pero esto en realidad sólo lleva a la pregunta "¿pero qué es este asunto más fundamental?" Lo que es ¿una supercuerda supersimétrica?

En este punto, es mejor no preguntarse qué carga eléctrica es sino, más bien, preguntarse cómo funciona Por ejemplo, Ley de Coulomb .

Además, si estás interesado en aprender electrónica práctica, tendrás que concentrarte en la teoría de los circuitos, que se ocupa más de tensión y actual en lugar de la carga eléctrica.