Electrostática: Fundamentos, Historia y Propiedades de las Cargas Eléctricas

¿Qué es la Electrostática?

Es la parte de la física que se ocupa del estudio de las propiedades y las acciones de las cargas eléctricas en reposo.

Historia de la Electricidad

Tales de Mileto

Fue quien observó las primeras interacciones eléctricas cuando frotó el ámbar con una tela de lana. Notó que el ámbar adquiría la propiedad de atraer cuerpos pequeños y livianos.

Sir William Gilbert

Comprobó que al frotar dos cuerpos diferentes, estos se electrificaban, es decir, se cargaban de electricidad (vidrio-lacre, resina-madera, etc.).

T. Browne (1605-1682)

Publicó un informe acerca de las repulsiones eléctricas.

Benjamin Franklin (1706-1790)

Sugirió la existencia de dos tipos de cargas. Esto lo logró después de múltiples observaciones experimentales, encontrando que los fenómenos eléctricos ocurren por la existencia de un fluido eléctrico presente en todos los cuerpos. Cuando dos cuerpos se frotan entre sí, se lleva a cabo una transferencia de dicho fluido desde un cuerpo a otro.

Charles Agustín Coulomb

Se encargó de cuantificar las fuerzas de repulsión y atracción entre las cargas.

Estructura de la Materia

En cursos anteriores de física y química hemos estudiado que la materia, cualquiera que sea, está constituida por átomos, los cuales a su vez están constituidos por tres partículas fundamentales: electrones, protones y neutrones.

El Electrón

Posee carga eléctrica negativa y es la partícula de menor masa dentro del átomo. Todos los electrones son iguales entre sí, aun cuando pertenezcan a distintos átomos.

Los Protones

Son de una masa bastante grande comparada con los electrones, pues son 1836 veces el tamaño de un electrón. Un protón está dotado de carga eléctrica positiva, es decir, presenta una carga igual en magnitud que la del electrón pero de signo opuesto.

Los Neutrones

Se ubican en el núcleo del átomo, no presentando carga eléctrica. Su masa es aproximadamente igual a la del protón.

El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos, a excepción del isótopo hidrógeno-1.

El neutrón es una partícula subatómica sin carga neta, presente en el núcleo atómico de prácticamente todos los átomos.

El Electroscopio

¿Qué es un electroscopio y cómo está formado?

Es un aparato que nos permite saber si un cuerpo está cargado eléctricamente. Dicho aparato está constituido por dos láminas metálicas muy finas suspendidas de una barra conductora. En el otro extremo, el superior, posee una esfera o disco de metal. La parte inferior de la esfera, la que constituye la varilla y las láminas, se encuentran colocadas dentro de un recipiente de vidrio que tiene función de proteger las tiras metálicas de las corrientes de aire.

Conductores, Aislantes y Semiconductores

¿Qué son conductores, aislantes y semiconductores?

• Aislantes: Son los materiales cuyos electrones se hallan fuertemente ligados al núcleo, impidiendo el transporte de carga con facilidad.
• Semiconductores: Son materiales que presentan propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes.
• Conductores: Son aquellos materiales en los cuales las cargas eléctricas (electrones libres) se desplazan con bastante facilidad.

Formas de Cargar un Cuerpo

• Por Frotamiento: Cuando se frotan dos cuerpos de distinta naturaleza, se produce una transferencia de electrones desde uno de los cuerpos hasta el otro.
• Por Contacto: Cuando dos cuerpos se cargan por contacto, el cuerpo electrizado le comunica al otro una carga de su mismo signo.
• Por Inducción: Es el proceso de separación de cargas en un conductor producida por el acercamiento de un cuerpo electrizado, donde las cargas adquiridas son de signos opuestos a la carga del inductor.

Ley de Coulomb

Dos cargas eléctricas puntuales se atraen o se repelen con una fuerza directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Unidad de carga eléctrica: Es el Coulomb (C), que equivale a la carga de 6.25 x 10¹⁸ electrones. El Coulomb es la unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional.

Cuantización de la Carga

¿Qué significa que la carga está cuantizada?

Fue Robert Millikan quien pudo demostrar que la carga eléctrica no es de carácter continuo, sino de naturaleza granular. Ella siempre puede presentarse como un múltiplo entero de alguna unidad fundamental de carga. Esto se explica diciendo que la carga está cuantizada.