Carga Electrica

La carga eléctrica. Ley de Coulomb

Una de las interacciones fundamentales descritas por la física es la electricidad. Aunque conocidos desde antiguo, los fenómenos eléctricos no empezaron a ser explicados de forma sistemática hasta las postrimerías del siglo XVIII, y sólo a mediados del XIX se descubrió su estrecha relación con otra manifestación común de la naturaleza: el magnetismo.

La electricidad en la naturaleza

La carga eléctrica es una de las propiedades básicas de la materia. Aunque la comprensión extensa de sus manifestaciones se resistió durante siglos al escrutinio de la ciencia, ya hacia el año 600 a. C. los filósofos griegos describieron con detalle el experimento por el cual una barra de ámbar frotado atrae pequeños pedacitos de paja u otro material ligero (electrización por frotamiento).

Los fenómenos eléctricos, indivisiblemente unidos a los magnéticos, están presentes en todas partes, ya sea en las tormentas, la radiación solar o el cerebro humano. Modernamente, sus propiedades se aprovechan en múltiples campos de actividad, y la electricidad se ha convertido en una forma esencial de consumo y transporte de energía.

Por su naturaleza eléctrica, los cuerpos físicos se clasifican en conductores, que transmiten la electricidad fácilmente, yaislantes o dieléctricos, que oponen una resistencia elevada a su paso. Los semiconductores presentan una conductividad intermedia entre estas dos clases.

Cargas eléctricas

La esencia de la electricidad es la carga eléctrica. Esta cualidad existe en dos clases distintas, que se denominan cargas positivas y negativas. Las cargas eléctricas de la misma clase o signo se repelen mutuamente y las de signo distinto se atraen.

En realidad, la carga eléctrica de un cuerpo u objeto es la suma de las cargas de cada uno de sus constituyentes mínimos: moléculas, átomos y partículas elementales. Por ello se dice que la carga eléctrica está cuantizada. Además, las cargas se pueden mover o intercambiar, pero sin que se produzcan cambios en su cantidad total (ley de conservación de la carga).

En el estado normal de los cuerpos materiales, las cargas eléctricas mínimas están compensadas, por lo que dichos cuerpos se comportan eléctricamente como neutros. Hace falta una acción externa para que un objeto material se electrice.

La electrización de un cuerpo se consigue extrayendo del mismo las cargas de un signo y dejando en él las de signo contrario. En tal caso, el cuerpo adquiere una carga eléctrica neta no nula.

Fuerza eléctrica

Los fenómenos de la electrización y la conducción pueden explicarse como el resultado de la acción de fuerzas eléctricas. Entre dos cargas próximas inicialmente en reposo siempre se establece un tipo de fuerzas, llamadas electrostáticas, de tal forma que, si las partículas cargadas son suficientemente pequeñas como para que puedan considerarse puntuales, se cumple en las siguientes condiciones:

• La fuerza establecida entre ambas tiene una dirección que coincide con una línea recta imaginaria que une las dos cargas.

• La fuerza ejercida sobre una carga apunta hacia la otra cuando las dos tienen distinto signo (fuerza atractiva).

• El sentido de la fuerza se dirige hacia el lado opuesto de la carga cuando ambas tienen el mismo signo (fuerza repulsiva).

Ilustración de las fuerzas electrostáticas. En (a) las dos cargas son positivas o negativas; en (b) una es positiva y la otra, negativa.

Electrón

Los electrones son uno de los tipos más importantes de partículas subatómicas. Los electrones se combinan con protones y (generalmente) con neutrones para crear átomos.

Los electrones son mucho más pequeños que los neutrones y protones. La masa de un simple neutrón o protón es más de 1 800 veces mayor que la masa de un electrón. El tiene tiene una masa de 9.11 x 10-28 gramos.

Los electrones tienen una carga eléctrica negativa, con una magnitud llamada algunas veces carga elemental o carga fundamental. Por esto se dice que un electrón tiene una carga de -1. Los protonestienen una carga del mismo valor, pero con polaridad opuesta, es decir +1. La carga fundamental tiene un valor de 1.602 x 10-19coulombio.

Un átomo neutro tiene igual número de electrones y protones. Los electrones forman una nube alrededor del pequeño y denso núcleo, compuesto de neutrones y protones. Los electrones cargados negativamente son atraídos hacia el núcleo por los protones cargados positivamente. Algunas veces, los electrones se pueden liberar del átomo, llevando consigo su carga negativa y siguiendo a un ion con una carga neta positiva.

Los electrones pueden encontrarse en diferentes niveles de energía dentro de un átomo. Cuando los electrones se mueven de un nivel de energía a otro, absorben o emiten un fotón. Los electrones de diferentes átomos tienen diversas energías asociadas con la transición entre sus niveles de energía. Las diversas energías de los fotones emitidos o absorbidos por diversos elementos, sirven como "huellas digitales" que los científicos puede usar para identificar elementos específicos. Estas "huellas digitales", en forma de espectro de luz, o de fotones de otras longitudes de onda , nos permiten determinar, por ejemplo, que estrellas distantes están compuestas fundamentalmente de hidrógeno.

Los protones son una especie de leptión, un tipo de partícula subatómica que también incluye mesones y tauones.

Los electrones se desprenden con frecuencia de sus átomos. Debido a la carga del electrón, estos "electrones libres" pueden ser acelerados a velocidades muy altas por campos eléctricos y magnéticos. Estos electrones libres energéticos son una forma de radiación de partículas.

Gran cantidad de electrones pueden fluir cuando son expuestos a un campo eléctrico o magnético. A un flujo de electrones se le conoce como una corriente eléctrica. Todos estamos familiarizados con el flujo de electricidad en el cableado en nuestras viviendas. Las corrientes eléctricas también pueden fluir fuera de los cables, por ejemplo, en la capa de la atmósfera de la Tierra rica en iones y electrones conocida comoionosfera.

CONDUCTORES Y AISLANTES

Cuando un cuerpo neutro es electrizado, sus cargas eléctricas, bajo la acción de las fuerzas correspondientes, se redistribuyen hasta alcanzar una situación de equilibrio. Algunos cuerpos, sin embargo, ponen muchas dificultades a este movimiento de las cargas eléctricas por su interior y sólo permanece cargado

...