Fundamentos de la Carga Eléctrica y el Magnetismo
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La Carga Eléctrica
La carga eléctrica es una propiedad de la materia responsable de que dos o más cuerpos interaccionen eléctricamente entre sí; unas veces atrayéndose u otras repeliéndose. Como un cuerpo adquiere carga eléctrica al ganar o ceder electrones, la unidad natural de carga, cuyo símbolo es q, es la carga del electrón. Sin embargo, esta posee un valor tan pequeño que se utiliza el culombio como unidad práctica.
Ley de Coulomb
Las fuerzas de atracción y repulsión entre dos cuerpos con carga eléctrica neta son directamente proporcionales al valor de las cargas. La interacción es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que hay entre ambos cuerpos. Las fuerzas varían según el medio en que se encuentran las cargas y alcanzan su valor máximo en condiciones de vacío.
- F: Representa el valor de la fuerza con que se atraen o repelen dos cargas eléctricas. En el Sistema Internacional (SI) se expresa en newtons (N).
- q y q’: Representan el valor de cada carga, medida en culombios (C) en el SI.
- d: Es la distancia entre ambas cargas medida en metros (m) en el SI.
- K: Es una constante que depende del medio en el que se encuentren las cargas (vacío, aire o agua, entre otros). En el SI su unidad es N·m²/C². Su valor en el vacío es 9 · 10⁹ N·m²/C².
El Magnetismo
El magnetismo es la propiedad que presentan ciertos materiales, que se denominan imanes, de atraer determinados metales. La interacción magnética, al igual que la eléctrica o gravitatoria, es una interacción a distancia; es decir, no hace falta contacto entre el imán y el objeto con el que la experimenta. Pocos metales son atraídos por los imanes. Algunos ejemplos son: hierro, níquel, cobalto y algunas aleaciones que los contienen, como el acero.
Características de los Imanes
Un imán tiene dos polos, denominados norte (N) y sur (S). Se llaman así porque los imanes se orientan con el magnetismo de la Tierra, que es un gigantesco imán natural. Los polos de un imán, aunque distintos, no se pueden separar. Si se divide un imán en dos trozos, y cada trozo en otros dos, cada fragmento resultante presenta los dos polos. Cuando se enfrentan dos imanes, los polos del mismo signo se repelen y los de distinto tipo se atraen.
Sustancias Magnéticas
- Ferromagnéticas: Son atraídas por un imán y pueden imantarse permanentemente. Ejemplo: hierro y níquel.
- Paramagnéticas: Son atraídas en menor medida por un imán, pero no pueden imantarse permanentemente. Ejemplo: aluminio y titanio.
- Diamagnéticas: Son repelidas por un imán. Ejemplo: cobre y oro.
Clasificación de los Imanes
- Naturales: Se obtienen a partir de materiales que en estado natural tienen la propiedad de atraer trozos de hierro o materiales magnéticos. Ejemplo: magnetita.
- Artificiales: Se fabrican por imantación de materiales ferromagnéticos. Los imanes que se utilizan habitualmente son artificiales y están fabricados con hierro dulce o con alnico.
Electromagnetismo
Experiencia de Oersted
Mientras impartía una conferencia, de forma casual, Hans Christian Oersted acercó una aguja imantada a un alambre por el que circulaba una corriente eléctrica y observó cómo se desviaba de su posición de equilibrio. Posteriormente, Ampère planteó que, debido a estos efectos magnéticos, dos corrientes eléctricas deberían interaccionar mediante fuerzas magnéticas.
Colocó dos alambres paralelos por los que circulaban sendas corrientes eléctricas y comprobó que se atraían cuando las corrientes tenían el mismo sentido, y se repelían si los sentidos eran contrarios. Estas corrientes se deben al movimiento de los electrones alrededor del núcleo, de forma que cada átomo posee diminutos imanes elementales denominados dipolos magnéticos.
Inducción Electromagnética
El estudio de estos fenómenos permitió el desarrollo de la inducción electromagnética, fundamental para la tecnología moderna.