29 Jul
Electrización
Existen tres formas básicas de electrizar un cuerpo:
Frotamiento
Al frotar dos cuerpos neutros de distinto material se produce un intercambio de electrones. Uno de los cuerpos cede electrones, quedando cargado positivamente, mientras que el otro cuerpo los recibe, quedando cargado negativamente. En resumen, por frotamiento se pueden electrizar dos cuerpos neutros, quedando ambos con cargas de signos opuestos.
Contacto
Se produce al poner en contacto un cuerpo neutro con otro previamente cargado. El cuerpo electrizado transfiere carga al cuerpo neutro, quedando ambos con el mismo signo. Durante este proceso, el cuerpo electrizado pierde parte de su carga eléctrica.
Inducción
En este caso, un cuerpo electrizado induce una carga eléctrica en un cuerpo neutro sin que haya contacto físico entre ellos. El cuerpo electrizado no pierde carga durante este proceso. Para que ocurra la inducción, el cuerpo neutro se conecta a tierra.
Ley de Coulomb
La Ley de Coulomb establece que: “La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”.
Matemáticamente, la fuerza entre dos cargas eléctricas (q1 y q2) separadas por una distancia (r) se calcula como:
F = k * (q1 * q2) / r²
Donde:
- F es la fuerza de atracción o repulsión entre las cargas.
- k es la constante dieléctrica del medio, que depende del material que se encuentra entre las cargas y del sistema de unidades utilizado.
- q1 y q2 son las magnitudes de las cargas eléctricas.
- r es la distancia entre las cargas.
Unidades de Carga Eléctrica
- Sistema CGS: La unidad de carga electrostática en el sistema CGS es la unidad electrostática de carga (ues) o statcoulombio (statC). Se define de la siguiente manera: dos cargas eléctricas iguales, separadas por 1 cm en el vacío, experimentan una fuerza de 1 dina (dyn) de atracción o repulsión. Cada una de estas cargas tiene una magnitud de 1 ues.
- Sistema MKS: La unidad de carga en el sistema MKS es el coulomb (C). Se define como la cantidad de carga que, al estar separada por 1 metro en el vacío de otra carga igual, experimenta una fuerza de 1 newton (N) de atracción o repulsión.
Campo Eléctrico
El campo eléctrico es la región del espacio alrededor de una carga eléctrica donde se manifiestan fuerzas de atracción, repulsión o inducción sobre otras cargas eléctricas.
Toda carga eléctrica genera un campo eléctrico a su alrededor. La carga que genera el campo se denomina carga generadora, mientras que cualquier otra carga que experimenta la influencia del campo se denomina carga de prueba o carga exploradora.
Vector Campo Eléctrico
El vector campo eléctrico (E) en un punto del espacio se define como la fuerza eléctrica (F) que actúa sobre una carga de prueba positiva (+q) colocada en ese punto, dividida entre la magnitud de la carga de prueba:
E = F / +q
El vector campo eléctrico tiene las siguientes características:
- Módulo: Es la magnitud del vector campo eléctrico y se calcula como el cociente entre la fuerza eléctrica y la carga de prueba.
- Dirección: Coincide con la recta que une la carga generadora con el punto donde se calcula el campo eléctrico.
- Sentido: Se determina considerando una carga de prueba positiva. Si la carga generadora es positiva, el campo eléctrico apunta hacia afuera de la carga. Si la carga generadora es negativa, el campo eléctrico apunta hacia la carga.
Diferencia de Potencial Eléctrico
La diferencia de potencial eléctrico (V) entre dos puntos A y B en un campo eléctrico se define como el trabajo (W) realizado por las fuerzas del campo para mover una carga de prueba (q’) desde el punto A hasta el punto B, dividido entre la magnitud de la carga de prueba:
V = W / q’
Potencial Eléctrico en un Punto
El potencial eléctrico en un punto del campo eléctrico se define como el trabajo que realizan las fuerzas del campo para mover una carga de prueba (q’) desde ese punto hasta el infinito, dividido entre la magnitud de la carga de prueba.
Capacidad Electrostática o Capacitancia
La capacidad electrostática (C) de un conductor es la relación entre la carga eléctrica (Q) que almacena y la diferencia de potencial (V) aplicada entre sus extremos:
C = Q / V
Capacitores
Un capacitor o condensador electrostático es un dispositivo que almacena energía eléctrica en forma de campo electrostático. Existen diferentes tipos de capacitores, como los planos, cilíndricos y esféricos.
Densidad Eléctrica Superficial
La densidad eléctrica superficial (σ) de un conductor se define como la carga eléctrica (Q) distribuida en su superficie (S):
σ = Q / S
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