Fundamentos de Electrostática: Ley de Coulomb, Campo y Potencial Eléctrico, y Condensadores

Fundamentos de Electrostática

1. Ley de Coulomb

La ecuación fundamental de la electrostática es la Ley de Coulomb, que describe la fuerza entre dos cargas puntuales Q₁ y Q₂. Dentro de un medio homogéneo, como es el aire, la relación se expresa como:

Donde F es la fuerza, es una constante característica del medio, denominada permitividad. En el caso del vacío, se denota como ₀. La permitividad del aire es solo un 0,5‰ superior a la del vacío, por lo que a menudo se usan indistintamente.

Las cargas del mismo signo se repelen entre sí, mientras que las cargas de signo opuesto se atraen entre sí. La fuerza es proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las cargas.

La acción a distancia se efectúa por medio del campo eléctrico existente en el punto en el cual está situada cada carga, lo que nos lleva al siguiente concepto.

2. Campo Eléctrico

El campo eléctrico es la región del espacio donde la acción entre cargas eléctricas es apreciable.

También se define como el espacio donde la acción de una carga fuente (o de potencial) sobre una carga de prueba (que convencionalmente es positiva) es apreciable.

Tipos de Campo Eléctrico

• Campo Eléctrico Uniforme: Se caracteriza por tener un campo constante en magnitud y dirección. Un ejemplo es el campo formado por dos placas metálicas paralelas con cargas de igual magnitud pero de signo contrario, donde las líneas de campo son paralelas y equidistantes.
• Campo Eléctrico No Uniforme: Las líneas de fuerza tienen una trayectoria curvilínea y no son paralelas.

3. Potencial Eléctrico

El potencial eléctrico es el trabajo necesario para transportar una carga eléctrica a través de un campo eléctrico. Se define como el cociente entre el trabajo realizado y el valor de la carga.

4. Diferencia de Potencial

La diferencia de potencial (también conocida como voltaje) es el trabajo necesario para transportar una carga eléctrica entre dos puntos dados dentro de un campo eléctrico.

5. Asociación de Condensadores

La asociación de condensadores es la forma de agrupar dos o más condensadores con características similares en cuanto a su área de placas y su separación, variando la carga, la influencia del potencial y, por ende, su capacidad. Estas asociaciones pueden ser en serie o en paralelo.

Tipos de Asociación de Condensadores

• Asociación en Serie: Ocurre cuando los condensadores están unidos entre sí conectando el terminal de un condensador al terminal opuesto del siguiente, formando una cadena.