Carga eléctrica y ley de Coulomb
Profundicemos un poco más en la carga, que es la base de la electricidad. Esta sección cubre los conocimientos básicos sobre qué es la carga eléctrica y detalla cómo calcular la cantidad de carga usando la ley de Coulomb.
¿Qué es la carga eléctrica?
La carga eléctrica es la cantidad de electricidad que tiene un objeto cargado. Si un objeto tiene más electrones que protones, está cargado negativamente. Si un objeto tiene menos electrones que protones, está cargado positivamente. La carga eléctrica se representa con el símbolo Q y se mide en una unidad llamada culombios (C). Si las dos cargas Q1 y Q2 están separadas por una distancia r [m], entonces la fuerza que actúa entre las cargas, representada como F [N], viene dada por la ley de Coulomb de la siguiente manera:
En medios generales, se aplica la siguiente fórmula: (εs = permitividad relativa del medio)
Ley de Coulomb
Cuando dos objetos cargados se acercan entre sí, una fuerza de repulsión actúa entre cargas de la misma polaridad mientras que una fuerza de atracción actúa entre cargas de polaridad diferente.
Esta fuerza eléctrica se denomina fuerza de Coulomb (la unidad es [N]). La relación entre la cantidad de carga eléctrica y esta fuerza viene indicada por la ley de Coulomb.
Una carga eléctrica en un objeto tan pequeño que su tamaño no es medible se denomina carga puntual. Si a una carga puntual A con una cantidad de carga Q [C] se le acerca una carga puntual B con una cantidad de carga Q’ [C] en el vacío a una distancia r [m], la magnitud de la fuerza estática se puede calcular utilizando la ley de Coulomb como inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre A y B (r [m]) y siendo directamente proporcional al producto de la cantidad de carga de A y la cantidad de carga de B.
La constante de proporcionalidad ε0 se denomina permitividad del vacío (8.85×10-12 [F/m]: faradio por metro).
La fuerza de Coulomb es una fuerza de repulsión cuando las dos cargas tienen la misma polaridad y una fuerza de atracción cuando la polaridad es diferente. Dividiendo esto por la aceleración de la gravedad 9.8 [m/s2] se obtienen [kg].
Ejemplo:
La magnitud de la fuerza estática (F) que actúa entre dos cargas puntuales 1 [C] y -1 [C] separadas por una distancia de 1 [m] se representa mediante la siguiente fórmula.
Según esta fórmula, la fuerza actuante es de aproximadamente 1 millón de toneladas, lo que equivale a una fuerza que podría levantar un peso de 1 millón de toneladas. Un culombio [C] es una unidad demasiado grande para utilizarla en situaciones realistas, por lo que se utiliza la cantidad de carga cuando una película de polímero cuadrada de 1 [m] se carga por fricción, que es de alrededor de 10-5 [C].
Ley de Coulomb
Se dice que la ley de Coulomb fue descubierta por el antiguo filósofo griego Tales (640 a 546 a. C.). Sin embargo, en 1785 se anunció que Coulomb (1739 a 1806) había generalizado este teorema en una ley.
