Resumen Teórico ELECTROSTÁTICA

FUERZAS Y CAMPOS ELÉCTRICOS

Desde el siglo V a.C. los griegos ya sabían que el ámbar (“elektron”) frotado con lana adquiría la propiedad de atraer cuerpos ligeros (plumas o pajitas). Aparecían interacciones con características diferentes a las gravitatorias o magnéticas (aunque en principio no se tenía muy clara la distinción con estas últimas).

Para explicar las mismas se genera el concepto de carga eléctrica.

Y dado que estas provocan una atracción o repulsión se definen y distinguen las cargas positivas de las negativas

· Los objetos cargados con carga del mismo signo, se repelen.

Los objetos cargados con cargas de distinto signo, se atraen

Con el tiempo, el estudio de la electrostática se multiplicó en frutos demostrándose que en cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado la carga se conserva (no se crea ni se destruye) y está cuantizada (será un número entero de veces la carga fundamental e ).

Para explicar como se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está hecha de átomos, y los átomos de partículas cargadas. Un núcleo con neutrones y protones (de carga positiva), rodeado de electrones (de carga negativa). Normalmente la materia es neutra, tiene el mismo número de protones que electrones. Estos últimos son los que normalmente se intercambian, si el cuerpo cede electrones (queda cargado positivamente), si gana (queda cargado negativamente)

· Cuando dos cuerpos neutros de distinto material se frotan la carga se transfiere de uno al otro. Por lo tanto, uno de los cuerpos queda con carencia de carga negativa y el otro con exceso.

Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros. De acuerdo a esto se ordenan en la serie Triboeléctrica. Normalmente se ubican verticalmente y el material frotado que está encima en esta lista respecto al otro es quien cede electrones y por lo tanto queda positivo.

En la práctica es difícil mantener los cuerpos cargados ya que se descargan a través del cuerpo que los sostiene (mediante el cual hacen” tierra”) y en el aire con su humedad e impurezas ( a mayor humedad, mayor descarga, por lo que se aconseja realizar las prácticas de electrostática los días secos)

Para ampliar sobre estructura del átomo, puede leer física moderna, donde se consideran partículas elementales a los leptones (electrones) y a los quarks que se combinan para conformar protones y neutrones. Igualmente se cumple la conservación y la cuantización de la carga.

Fuerzas eléctricas

Mediante una balanza de torsión, Coulomb dedujo que las fuerzas de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia d que las separa) es directamente proporcional a los valores de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Como todas las fuerzas de interacción son de igual módulo y sentido contrario (recuerde las leyes de Newton).

(en el vacío) F_e = K.Q₁.Q₂/d² ley de Coulomb

Recuerda que en el S.I la unidad de la fuerza es el Newton , de la carga el Coulomb y la distancia en m.

la constante de Coulomb en el vacío k₀= 9,0 X10 ⁹ Nm²/C².

Obs.: * La ley de Coulomb tiene la misma forma funcional que la ley de Gravitación Universal.

* Si quisiera hallarse la fuerza en cualquier otro medio, se agrega en el divisor de la ecuación una constante K dependiente de este La k del aire es aproximadamente 1 por lo que la constante de proporcionalidad se aproxima a la del vacío k_0.

Recuerda los prefijos: m (mili) X10^-3, m (micro) X10^-6, n (nano) X10^-9, p (pico) X10^-12

Si bien siempre aparecen dos fuerzas (interacción), muchas veces nos interesará solamente la fuerza que recibe una de las cargas. En tal caso representaremos únicamente el vector que la representa con origen en la misma

Si una carga recibe más de una fuerza, hallaremos y representaremos a todas ellas para luego hallar la fuerza resultante mediante su suma vectorial. .(al representar defina claramente la escala utilizada N-cm).

Campo Eléctrico

Toda carga afecta a las demás porque modifica las propiedades del espacio que la rodea. Dicha modificación del espacio se propaga en torno a la carga estableciéndose en todo el espacio. A esta propiedad del espacio se denomina Campo Eléctrico y lo podemos reconocer presente al colocar allí una carga (porque recibirá una fuerza eléctrica).

El campo eléctrico E Se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga (no dependiendo así de la misma) es por lo tanto una propiedad del punto del espacio y tiene carácter vectorial. Su módulo será :

E = F/q

Su unidad será entonces N/C

.

Es sentido del Campo eléctrico se define arbitrariamente como el de la fuerza si se colocara allí una carga de prueba (carga positiva y muy pequeña). Esto determina que las cargas positivas generen campos salientes a la carga y las negativas entrantes a la misma.

El campo eléctrico de una carga puntual q en un punto P a una distancia d de la carga, viene representado por un vector de dirección radial con centro en la carga y su módulo a partir de ley de Coulomb y definición de E es (foto superior) :

E = K.Q/d²

El campo eléctrico en un punto cualquiera del espacio (P) es la suma vectorial de los campos producido por cada carga en ese punto.