Conceptos Fundamentales de la Electroestática: Cargas, Fuerzas y Campos

La electroestática se refiere al estudio de las cargas eléctricas en reposo. Para su comprensión, se requieren varios conceptos clave:

Cargas Eléctricas

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia que se conserva, es decir, no se crea ni se destruye. Las cargas pueden ser:

• Positivas: Cuando hay una mayoría de protones.
• Negativas: Cuando hay una mayoría de electrones.

La carga eléctrica se manifiesta a través de:

• Electrización: Proceso por el cual un cuerpo adquiere carga eléctrica. Puede ocurrir por:
  • Frotamiento
  • Inducción
  • Contacto
• Fuerzas:
  • Atracción: Entre cargas de diferentes signos.
  • Repulsión: Entre cargas del mismo signo.

Potencial Eléctrico

El potencial eléctrico describe la intensidad del campo eléctrico en un punto determinado.

Campo Eléctrico

El campo eléctrico es una región del espacio donde una carga eléctrica experimenta una fuerza. Puede ser:

• Variable
• Uniforme

Se representa mediante:

• Líneas de fuerza
• Superficies equipotenciales

Estructura del Átomo

• Átomo eléctricamente neutro: Igual número de protones y electrones.
• Átomo que ha perdido un electrón: Queda cargado positivamente (catión).
• Átomo que ha ganado un electrón: Queda cargado negativamente (anión).

Consideraciones adicionales:

• Un cuerpo en estado neutro puede perder o ganar electrones por cualquier procedimiento mecánico.

Péndulo Eléctrico y Electroscopio

• Péndulo eléctrico: Esfera de sustancia liviana (anime o médula de saúco) suspendida de un hilo aislante. Se utiliza para detectar la presencia de carga eléctrica.
• Electroscopio: Dispositivo que permite determinar si un cuerpo está cargado eléctricamente e identificar el signo de dicha carga.

Electrización: Frotamiento, Contacto e Inducción

• Frotamiento: Al frotar dos cuerpos de distinta naturaleza, se produce una transferencia de electrones. El que pierde electrones queda cargado positivamente, y el que los gana, negativamente.
• Contacto: Un cuerpo electrizado comunica a otro una carga del mismo signo.
• Inducción: Proceso de separación de cargas en un conductor por el acercamiento de un cuerpo electrizado. Las cargas adquiridas son de signos opuestos a la carga del inductor.

Tipos de Cargas Eléctricas

Existen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas.

Ley de Coulomb

La Ley de Coulomb establece que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Expresión matemática:

F = (q₁ * q₂) / r²

Donde:

• F: Fuerza eléctrica
• q₁ y q₂: Cargas eléctricas
• r: Distancia entre las cargas

Fuerza Eléctrica en Otros Materiales

La constante de proporcionalidad en la Ley de Coulomb (K) en el vacío es:

K = 9 x 10⁹ N m²/C²

En otros materiales, se introduce la constante dieléctrica (Kd) del medio:

Kd: Constante dieléctrica del medio material (adimensional).

Valores Dieléctricos

Ejemplos de constantes dieléctricas:

• Vacío: 1
• Aire: 1
• Mica: 1.4
• Vidrio: 4.5
• Aceite: 4.6
• Agua: 81