Fundamentos de la Electricidad: Resistencia, Polarización y Almacenamiento de Carga

Conceptos Fundamentales de la Electricidad

Resistencia Eléctrica

La resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

Polarización Eléctrica y Materiales Dieléctricos

La polarización eléctrica es un campo vectorial que expresa la densidad de los momentos eléctricos dipolares (producto de la carga eléctrica por la distancia entre las cargas del dipolo) permanentes o inducidos en un material dieléctrico (un mal conductor de electricidad).

Si acercamos un cuerpo cargado a un dieléctrico, cuyas moléculas están distribuidas al azar, las cargas del cuerpo harán que las moléculas se alineen, quedando el dieléctrico polarizado. A pesar de que su carga neta sea nula, aparece carga negativa en un extremo y carga positiva en el otro lado del dieléctrico.

Conductores y Aislantes

Materiales Conductores

Los conductores son aquellos materiales que permiten que los electrones fluyan libremente de partícula a partícula. Un objeto hecho de un material conductor permitirá que se transfiera una carga a través de toda su superficie. Si la carga se transfiere al objeto en un lugar determinado, esta se distribuye rápidamente a través de toda la superficie del objeto.

La distribución de la carga es el resultado del movimiento de electrones. Los materiales conductores permiten que los electrones sean transportados de partícula a partícula, ya que un objeto cargado siempre va a distribuir su carga hasta que las fuerzas de repulsión globales entre electrones en exceso se reduzcan al mínimo. De este modo, si un conductor cargado toca a otro objeto, el conductor puede incluso transferir su carga a ese objeto.

Materiales Aislantes

En contraste con los conductores, los aislantes son materiales que impiden el libre flujo de los electrones de átomo a átomo y de molécula a molécula. Si la carga se transfiere a un aislante en un lugar determinado, el exceso de carga permanecerá en la posición inicial. Las partículas del aislante no permiten el libre flujo de electrones; por lo tanto, la carga rara vez se distribuye de manera uniforme por la superficie de un material aislante.

Rol Crucial de los Aislantes en Electroestática

Aunque los aislantes no son útiles para la transferencia de carga, tienen un papel crucial en experimentos electrostáticos y manifestaciones. Los objetos conductores son a menudo montados sobre objetos aislantes. Esta disposición evita que la carga sea transferida desde el objeto conductor a su entorno, previniendo así accidentes como los cortocircuitos o la electrocución. Esta disposición nos permite manipular un objeto conductor sin tocarlo directamente.

El material aislante sirve como un asa para mover el conductor en la parte superior de una mesa de laboratorio. Por ejemplo, si los experimentos de carga se realizan con latas de refresco de aluminio, estas se deben montar en la parte superior de vasos de plástico. Los vasos sirven como aislantes, evitando que las latas de refresco disipen su carga.

Capacitancia y Capacitores

• La capacitancia es la capacidad de un componente o circuito para recoger y almacenar energía en forma de carga eléctrica.
• Los capacitores son dispositivos que almacenan energía, disponibles en muchos tamaños y formas. Consisten en dos placas de material conductor (generalmente un metal fino) ubicadas entre un material aislante (dieléctrico) como cerámica, película, vidrio u otros materiales, incluso aire.

Campo Eléctrico y Potencial

El concepto de campo eléctrico es abstracto, ya que se define como un vector que es una propiedad local atribuible a la presencia de cargas en el espacio. Si conocemos el campo eléctrico en un punto cualquiera, podemos evaluar la fuerza ejercida sobre una carga de prueba cualquiera q situada en ese punto sin necesidad de preocuparnos por la distribución de carga que lo produce.

Una vez que se define el concepto de campo, se enuncia el principio de superposición de campos, aplicándolo a distribuciones dadas de cargas puntuales.

A partir del carácter conservativo del campo eléctrico, se define el concepto de potencial eléctrico y se calcula el potencial en un punto producido por una distribución puntual de cargas.