Fundamentos de la Electrostática y el Magnetismo: Principios Clave

Fundamentos de la Electrostática y el Magnetismo

Introducción a la Electrostática

La Electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos por las distribuciones de cargas estáticas.

Cuando un cuerpo se frota, se produce una transferencia de carga de uno al otro. Como resultado, un cuerpo adquiere un exceso de carga positiva y el otro un exceso de carga negativa. Si consideramos estos dos cuerpos como un sistema aislado, la carga total de dicho sistema no cambia.

Carga Eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia que está cuantizada.

La carga eléctrica de un cuerpo se determina por el número de electrones que posee en exceso o en deficiencia.

Ley de Coulomb

Esta ley describe la fuerza entre dos cargas puntuales, $q_1$ y $q_2$. (Una carga puntual es un cuerpo cargado cuyas dimensiones son despreciables).

La ley establece que la magnitud de la fuerza es:

• Directamente proporcional al producto de las cargas.
• Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Concepto de Campo Eléctrico

Es más útil imaginar que cada uno de los cuerpos cargados modifica las propiedades del espacio que lo rodea, solo con su presencia. Podemos conceptualizar que el campo eléctrico ejerce una fuerza en cualquier punto del espacio afectado por la carga.

Concepto de Potencial Eléctrico

El Potencial Eléctrico es una propiedad asociada a un punto cualquiera en el espacio que rodea una distribución de cargas. Definimos el potencial eléctrico ($V$) como la energía potencial por unidad de carga en un punto ($P$) del espacio.

Electromagnetismo

Es la teoría que se encarga de unificar conceptos de la electrostática, de la electrodinámica (cargas eléctricas en movimiento) y del magnetismo.

Fuerza de Lorentz

Sabemos que si una partícula cargada se encuentra en una región donde existe un campo eléctrico, este campo ejerce una fuerza sobre dicha carga.

Fuerza sobre un Conductor con Corriente en un Campo Magnético

Cuando existe un campo magnético sobre una carga en movimiento, aparece una fuerza. En particular, si consideramos muchas cargas eléctricas moviéndose dentro de un conductor, estableciendo una corriente eléctrica, y dicho conductor está inmerso en un campo magnético, aparecerá una fuerza sobre cada una de estas cargas.

Campo Magnético Creado por Cargas en Movimiento: El Experimento de Oersted

Oersted, un profesor de Física danés, descubrió que existe una relación entre el magnetismo y las cargas eléctricas en movimiento. Descubrió, a partir de experimentos, que cuando una carga eléctrica se mueve, genera un campo magnético a su alrededor. Este descubrimiento lo realizó mientras preparaba una clase de física, cuando al acercar una brújula a un conductor por el que circulaba corriente, notó que la aguja se desviaba en una dirección perpendicular al conductor.

Magnetismo

El magnetismo es un fenómeno físico por el cual ciertos materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales que presentan esta propiedad de forma fácilmente detectable. Sin embargo, cabe aclarar que todos los materiales son influenciados en mayor o menor forma por la presencia de un campo magnético. Por lo tanto, las propiedades magnéticas de un material dependen de su estructura y de su configuración eléctrica.