Fundamentos de la Electricidad y Electrostática: Conceptos Clave y Ley de Coulomb

Conceptos Fundamentales de la Electricidad y Electrostática

Electroestática

Es la parte de la física que estudia los fenómenos producidos por las cargas eléctricas.

Modelo Atómico de Bohr

Según Niels Bohr, el átomo puede imaginarse como un sistema solar en miniatura. Para explicar este sistema, se postularon partículas subatómicas denominadas electrones, protones y neutrones. Según la teoría de Bohr, los protones y neutrones forman la parte central del átomo (el núcleo), y los electrones giran a su alrededor describiendo órbitas circulares o elípticas.

Electricidad

Son los fenómenos de atracción y repulsión que se atribuyen a los protones y electrones. Por convenio, los protones poseen carga positiva y los electrones, carga negativa. Los neutrones, por su parte, no poseen carga eléctrica.

Electrones Libres

Son los electrones que se han sustraído a la acción de atracción del núcleo atómico y, por lo tanto, no giran a su alrededor, pudiendo moverse libremente.

Carga Eléctrica

Es la cantidad de electrones en exceso o en defecto que posee un cuerpo, lo que determina su estado de carga.

Métodos de Electrización de los Cuerpos

Electrización por Frotamiento

Consiste en el contacto entre dos cuerpos mediante frotamiento. Parte de los electrones de uno de ellos pasa al otro cuerpo, quedando uno cargado positivamente y el otro negativamente.

Electrización por Influencia o Contacto

Consiste en acercar un cuerpo neutro a otro cargado de electricidad. Cuando un cuerpo cargado de electricidad se acerca a otro aislado, la carga eléctrica del primero atrae a la carga de signo contrario del segundo.

Cuando un cuerpo se electriza por influencia, se carga con electricidad del signo contrario a la que posee el cuerpo que produce la influencia.

Experimentalmente se ha comprobado que la electricidad se ubica únicamente en la superficie de los cuerpos.

Densidad Eléctrica

Es la cantidad de carga por cada unidad de superficie.

Se representa comúnmente con la fórmula:

ρ = Q / A

• ρ: Densidad eléctrica (carga por unidad de superficie)
• Q: Carga eléctrica
• A: Superficie

Electroscopio

Aparato utilizado para determinar si un cuerpo está cargado de electricidad y, en algunos casos, el signo de su carga.

La Ley de Coulomb y sus Aplicaciones

Ley de Coulomb

Experimentalmente, Charles-Augustin de Coulomb, en el año 1785, estudió las acciones entre cargas eléctricas y formuló la siguiente ley:

“La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de sus magnitudes e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.”

Esta fuerza también depende del medio o ambiente donde se efectúe el experimento (constante dieléctrica del medio).

Unidades Comunes:

• Fuerza (F): dinas (dyn) o Newtons (N)
• Distancia (r): centímetros (cm) o metros (m)
• Carga Eléctrica (Q): statcoulombs (esu) o Coulombs (C)

Consideraciones para la Solución de Problemas de la Ley de Coulomb

Al resolver problemas relacionados con la Ley de Coulomb, debemos tomar en cuenta las siguientes condiciones:

• Dirección de la Fuerza: La fuerza entre dos cargas siempre actúa a lo largo de la línea que las conecta. Si las cargas son del mismo signo, la fuerza es de repulsión; si son de signos opuestos, es de atracción.
• Cuando hay más de dos cargas: Si varias cargas interactúan, la fuerza resultante sobre una carga específica es la suma vectorial de las fuerzas individuales ejercidas por cada una de las otras cargas. Si todas las fuerzas están en la misma dirección, se suman o restan algebraicamente; de lo contrario, se requiere una suma vectorial.