Propiedades de las cargas eléctricas, ley de Coulomb y campo eléctrico: guía de física

1. Propiedades de las cargas eléctricas

· Carga puntual: cuerpo electrizado sin dimensiones.

· Existen 2 clases de cargas en la naturaleza:

• Positivas: carga adquirida por el vidrio frotado. En esta carga los portadores son los protones.
• Negativas: la carga que adquiere el ámbar. En este caso, los portadores son los electrones.

· Las cargas del mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen.

· La carga se conserva: en la electrización no se crea carga, solamente se transmite de unos cuerpos a otros, de forma que la carga total permanece constante.

· La carga está cuantizada: se representa como un múltiplo entero de la carga elemental.

2. Interacción electrostática. Ley de Coulomb

· Ley de Coulomb: el valor de la fuerza con que se atraen o se repelen 2 cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de dichas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

o bien

· Valor de k:

· Culombio: cantidad de carga eléctrica que fluye a través de la sección de un conductor durante 1 segundo cuando la corriente es de 1 amperio.

3. Fuerza sobre una carga puntual ejercida por un sistema de cargas puntuales. Principio de superposición

· Principio de superposición: si una carga está sometida simultáneamente a varias fuerzas independientes, la fuerza resultante se obtiene sumando vectorialmente dichas fuerzas.

4. Campo eléctrico

· Existe un campo eléctrico en una región del espacio si una carga de prueba en reposo, colocada en un punto de dicha región, experimenta la fuerza eléctrica.

· Un campo eléctrico queda determinado por 3 elementos:

5. Intensidad del campo eléctrico

· Se define el vector campo, o intensidad de campo eléctrico, en cualquier punto como la fuerza eléctrica que actúa sobre la unidad de carga de prueba positiva colocada en ese punto.

Se mide en N/C.

· Intensidad de campo creada por una carga puntual aislada:

· Intensidad de campo creada por un sistema de cargas puntuales:

6. Líneas del campo eléctrico

· El campo eléctrico se representa gráficamente mediante las llamadas líneas de campo o líneas de fuerza, las cuales tienen la misma dirección que el vector campo en cada punto.

· Propiedades:

• Son abiertas: salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas.
• El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa debe ser proporcional a dicha carga.
• Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario, en el punto de corte existirían 2 vectores campo distintos.
• Si un campo es uniforme, las líneas de campo son rectas paralelas.

7. Potencial eléctrico

· Potencial: energía potencial por unidad de carga.

· Variación de la energía potencial eléctrica entre 2 puntos A y B de un campo eléctrico:

· Diferencia de potencial entre 2 puntos de un campo eléctrico:

siendo

Conclusiones:

• El potencial V es un campo escalar, porque queda definido por un valor en cada punto del espacio.
• El valor del potencial en un punto depende de la carga que crea el campo y de la distancia del punto a la carga.
• El potencial eléctrico creado por una carga puntual toma el mismo valor en todos los puntos que equidistan de dicha carga.
• En general, el potencial en un punto vendrá dado por:

• El signo del potencial coincide con el signo de la carga.
• La unidad de potencial en el SI es el julio por culombio (J/C), y recibe el nombre de voltio (V). Se define como: en un punto del campo eléctrico existe el potencial de 1 voltio cuando una carga de 1 culombio situada en dicho punto posee la energía potencial de 1 julio.
• Diferencia de potencial en un campo uniforme:

· Consecuencias:

• Si q es positiva, ΔU es positivo.
• Si q es negativa, ΔU es negativo.

Estas consecuencias también son válidas para campos no uniformes.

Potencial en un punto del campo creado por un sistema de cargas puntuales:

Energía potencial eléctrica asociada a un sistema de cargas puntuales: