Electrostática: cargas, campo eléctrico y ley de Coulomb

Resumen

El documento explica los fundamentos de la electrostática: los tipos de carga, la diferencia entre cuerpos positivos, negativos y neutros, y la distinción entre conductores y aislantes. También describe los métodos de electrización (frotamiento, contacto e inducción). Por último, presenta la ley de Coulomb, el concepto de campo eléctrico, la intensidad de campo y su representación mediante líneas de fuerza.

Puntos clave

Existen dos tipos de carga: positiva y negativa; cargas del mismo signo se repelen y de signo opuesto se atraen.
Un cuerpo es positivo si ha perdido electrones y negativo si los ha ganado; un cuerpo neutro tiene igual cantidad de carga positiva y negativa.
Los conductores permiten el paso de electrones entre átomos (oro, plata, cobre); los aislantes no lo permiten (plástico, vidrio, lana, seda).
Métodos de electrización: frotamiento, contacto e inducción.
Ley de Coulomb: F = k · (q1 · q2) / d², con k = 9 × 10⁹ N·m²/C².
El campo eléctrico es la zona del espacio alrededor de una carga donde se ejercen fuerzas sobre otras cargas; se representa con líneas de fuerza.

Ponte a prueba

Tipos de cargas y su comportamiento

Existen dos tipos de cargas: positiva y negativa. Los cuerpos electrizados del mismo tipo se repelen, mientras que aquellos con carga de diferente tipo se atraen.

Cuerpos cargados: Positivos, negativos y neutros

Cuerpos neutros: Poseen la misma cantidad de carga positiva y negativa.
Carga positiva: Un cuerpo está cargado positivamente cuando tiene más carga positiva que negativa, debido a que sus átomos han perdido electrones.
Carga negativa: Un cuerpo está cargado negativamente cuando tiene más carga negativa que positiva, ya que sus átomos han ganado electrones.

Materiales: Conductores y aislantes

Conductores

Permiten el paso de los electrones de unos átomos a otros. Ejemplos: oro, plata, cobre, etc.

Aislantes

No permiten que los electrones se muevan libremente entre átomos. Ejemplos: plástico, vidrio, lana, seda, etc.

Métodos de electrización

Frotamiento: Los conductores aislados se pueden cargar por frotamiento al igual que los aislantes; la carga transferida se reparte por el conductor.
Contacto: Al poner en contacto un conductor neutro con un cuerpo cargado, parte de la carga de este pasa al conductor. La carga de ambos cuerpos finalmente es del mismo signo.
Inducción: Al acercar un cuerpo cargado a un conductor neutro, la carga de signo opuesto se sitúa enfrente. Si derivamos a tierra la carga negativa, el conductor se carga positivamente.

Ley de Coulomb

La fuerza con que se atraen o repelen dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Fórmula: F = k · (q1 · q2) / d²

La fuerza de atracción o repulsión (en Newtons) es igual a la constante de Coulomb (9 × 10⁹ N·m²/C²) por el valor de las cargas (en Coulombs) entre la distancia que separa las cargas al cuadrado (en metros).

Concepto de campo eléctrico

Es la zona del espacio situada en torno a una carga donde se ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otras cargas.

Intensidad de campo eléctrico (E)

Se define como la fuerza que actuaría sobre la unidad de carga positiva colocada en un punto determinado del campo.

Representación del campo eléctrico

Se representa mediante líneas de fuerza:

Si se dibujan muchas flechas, el campo es muy intenso (carga grande).
Si hay pocas flechas, el campo es más débil (carga pequeña).
Dirección: Las flechas hacia afuera indican carga positiva; las flechas hacia adentro indican carga negativa.

Preguntas frecuentes

¿Qué dice la ley de Coulomb?

La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Se calcula con F = k · (q1 · q2) / d².

¿Qué diferencia hay entre conductores y aislantes?

Los conductores permiten el paso de electrones de unos átomos a otros, como el oro, la plata o el cobre. Los aislantes no permiten que los electrones se muevan libremente, como el plástico, el vidrio o la seda.

¿Cómo se interpreta la representación del campo eléctrico con líneas de fuerza?

Muchas flechas indican un campo muy intenso, correspondiente a una carga grande, y pocas flechas indican un campo más débil. Las flechas hacia afuera señalan carga positiva y las hacia adentro, carga negativa.