Principios de la Carga Eléctrica y Comparación entre Leyes de Coulomb y Newton

Propiedades de la Carga Eléctrica

La carga eléctrica presenta las siguientes características fundamentales:

• Cuantización: La carga está cuantizada; cualquier valor de carga es un múltiplo entero de un mínimo fundamental denominado carga elemental, cuyo valor es 1,6 × 10⁻¹⁹ C.
• Conservación: En cualquier proceso físico aislado, la carga total se conserva.
• Tipos de carga: Existen dos tipos de carga, positiva y negativa, que dan lugar a dos tipos de electrización: positiva y negativa.

Similitudes y Diferencias entre la Ley de Coulomb y la Ley de Gravitación de Newton

Similitudes

• Ambas miden la interacción a distancia entre ciertas propiedades de la materia a lo largo de la línea imaginaria que une a los cuerpos.
• En ambas, dicha interacción depende del inverso de la distancia al cuadrado entre los cuerpos; es decir, ambas fuerzas son centrales. Esto lleva asociado el hecho de que ambas sean conservativas.
• Ambas fuerzas son de largo alcance; la interacción solo se anula a una distancia infinita entre los cuerpos.

Diferencias

• La propiedad de la materia objeto de la Ley de Newton es la masa, mientras que la de la Ley de Coulomb es la carga.
• La fuerza gravitatoria (Ley de Newton) es siempre atractiva, mientras que la electrostática (Ley de Coulomb) puede ser atractiva o repulsiva.
• La fuerza gravitatoria no depende del medio en que se encuentren las masas, mientras que la fuerza eléctrica sí, ya que depende de la permitividad eléctrica del medio.
• La fuerza eléctrica es mucho más intensa que la gravitatoria. Así, la constante eléctrica K en el vacío es aproximadamente 10²⁰ veces mayor que la constante G.

Líneas de Fuerza y Superficies Equipotenciales

Líneas de Fuerza

Son tangentes en todos los puntos al vector campo, con dirección radial y sentido hacia la masa o carga (o en sentido contrario si la carga es negativa). Las líneas de fuerza nunca se cruzan debido al principio de superposición de campos. El número de líneas de fuerza que atraviesan una superficie es proporcional al valor del campo; es decir, cuanto más grande sea el campo, más líneas de fuerza tendrá.

Superficies Equipotenciales

Si unimos todos los puntos en torno a una masa que tienen el mismo valor de potencial, obtendremos una superficie equipotencial. Son superficies esféricas y perpendiculares a las líneas de fuerza.

Relación entre la Intensidad del Campo y el Potencial

• El campo apunta en el sentido de los potenciales decrecientes.
• Si el potencial permanece constante en una dirección, la componente del vector campo (gravitatorio o eléctrico) en esa misma dirección es 0.
• Las líneas de campo son perpendiculares a las superficies equipotenciales.
• Las superficies equipotenciales no se pueden cortar nunca.
• El campo es el valor negativo del gradiente del potencial (el campo es el menos gradiente del potencial).