Fundamentos de la Electricidad: Carga, Campo Eléctrico y Ley de Coulomb
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Conceptos Fundamentales de la Electricidad
La palabra Electricidad proviene del griego ēlektron, que significa "ámbar". La electricidad es una forma de energía.
Descubrimiento del Electrón y Estructura Atómica
Thomson descubrió el electrón. Posteriormente, la estructura atómica fue aclarada por los modelos de Rutherford y Bohr.
Cada átomo está formado por un núcleo muy pequeño, cargado positivamente, y de uno o varios electrones muy ligeros y cargados negativamente.
El Átomo Neutro
Un átomo neutro es aquel que mantiene un equilibrio de cargas (la carga positiva del núcleo es igual a la carga negativa total de los electrones).
(Nota del documento original: un núcleo y tres electrones (dos cercanos))
Tipos de Electrización
La electroestática estudia las cargas en reposo y los métodos por los cuales un cuerpo puede adquirir una carga neta.
1. Electrización por Frotamiento
Tales de Mileto observó que al frotar un trozo de ámbar, este era capaz de atraer cuerpos pequeños (fenómeno de atracción).
Ejemplo de Frotamiento
Frotar una regla de plástico en el cabello.
2. Electrización por Inducción
Es el proceso en el que un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer un cuerpo neutro sin contacto directo.
Ejemplo de Inducción
Una barra de plástico cargada al acercarse a un trozo de papel en estado neutro o descargado.
3. Electrización por Contacto o Conducción
Se produce cuando un cuerpo electrizado toca un cuerpo neutro. El contacto produce una transferencia de carga. (Generalmente, las cargas resultantes se repelen).
Ejemplo de Contacto
(El documento original no proporciona un ejemplo específico para este punto).
Resumen de Electroestática
La Electroestática se produce por:
- Contacto
- Frotamiento
- Inducción
Simbología Fundamental
- q = Carga eléctrica
- r = Distancia
- F = Fuerza
- K = Constante de Coulomb
- V = Vector (dirección)
El Campo Eléctrico (E)
El entorno de cualquier carga eléctrica está rodeado por un denominado Campo Eléctrico (E). Las fuerzas eléctricas son fuerzas de acción a distancia que se manifiestan sin necesidad de contacto físico entre los cuerpos.
Cada carga modifica la propiedad del medio que la rodea.
Líneas de Campo Eléctrico
Las Líneas de Campo indican la dirección, el sentido y la intensidad o magnitud del campo. Existen dos configuraciones principales:
1. Cargas Puntuales Aisladas
Las líneas de campo eléctrico son radiales:
- Sentido hacia afuera si es una carga positiva.
- Sentido hacia la carga si es negativa.
2. Cargas Puntuales a Distancia (Interacción)
En la configuración "a", las líneas van de la carga positiva a la negativa (se atraen).
En la configuración "b", el campo eléctrico es generado por cargas del mismo signo (o distinta magnitud), donde las líneas se curvan porque las cargas se rechazan.
La Ley de Coulomb
La Ley de Coulomb establece que la fuerza de interacción entre dos cargas (q₁ y q₂) es directamente proporcional al producto de sus magnitudes. Por ejemplo, si alguna de las cargas duplica su valor, la fuerza duplica su magnitud; si la triplica, la fuerza se triplica, y así sucesivamente. El valor de la fuerza es proporcional al valor de las cargas.
Fórmula Vectorial Simplificada
$$F = K imes q_1 imes q_2 imes V$$