Conceptos básicos de la electrostática

1. ¿Qué es la materia?

Se llama materia a cualquier tipo de entidad que es parte del universo observable, tiene energía asociada, es capaz de interaccionar, es decir, es medible y tiene una localización espaciotemporal compatible con las leyes de la naturaleza.

Clásicamente se considera que la materia tiene tres propiedades que juntas la caracterizan: ocupa un lugar en el espacio, tiene masa y perdura en el tiempo.

2. Estructura de la materia

La materia consiste de partículas extremadamente pequeñas agrupadas juntas para formar el átomo. Hay unas 90 ocurrencias naturales de estas agrupaciones de partículas llamadas elementos. Estos elementos fueron agrupados en la tabla periódica de los elementos en secuencia de acuerdo a sus números atómicos y peso atómico. Hay además 23 elementos hechos por el hombre que no ocurren en la naturaleza, por lo que al final son unos 113 elementos conocidos hasta la fecha.

3. Cargas eléctricas

La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos.

4. Formas de cargar un cuerpo

• Frotamiento: Al frotar dos cuerpos uno con el otro, ambos se electrizan, uno positiva y el otro negativamente. Las cargas no se crean ni se destruyen, sino que solamente se trasladan de un cuerpo a otro o de un lugar a otro en el interior de un cuerpo dado.
• Contacto: La electrización por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro.
• Inducción: La electrización por influencia o inducción es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a que estas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente.

5. Péndulo eléctrico

Es un instrumento utilizado en los experimentos acerca de la existencia de cargas eléctricas del cual se suspende una barra de algún material electrificado, el cual puede ser una barra de caucho cargada negativamente y a esta se la acerca una barra de vidrio con carga positiva y se podrá observar que se atraen entre sí.

6. Conductores, semiconductores y aislantes

• Conductores: Son materiales cuya resistencia al paso de la electricidad es muy baja. Los mejores conductores eléctricos son metales, como el cobre, el oro, el hierro y el aluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas.
• Semiconductores: Un semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.
• Aislante eléctrico: Un aislante eléctrico es un material con escasa capacidad de conducción de la electricidad, utilizado para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito y para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión pueden producir una descarga.

7. ¿Qué es la electrostática?

La electrostática es la rama de la Física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del problema.

8. Ley de Coulomb: explicación, fórmulas y constante

Ley de Coulomb: La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une.

Fórmulas

• Para calcular la distancia: r = √(K * q₁ * q₂) / F
• Para calcular la carga 1: q₁ = (K * q₂) / (r² * F)
• Para calcular la carga 2: q₂ = (K * q₁) / (r² * F)
• Para calcular cargas iguales: q = √(r² * F) / K

La constante de Coulomb (denotada K o k_e) es una constante de proporcionalidad en las ecuaciones que relacionan variables eléctricas y es exactamente igual a k_e = 8.9875517873681764 × 10⁹ N·m²/C² (m/F). Recibe el nombre del físico francés Charles-Augustin de Coulomb.

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