Electrostática

Electrostática

1. Se denomina electrostática a la especialización de la física centrada en el análisis de los sistemas que forman los cuerpos con carga eléctrica en equilibrio.

   • Tales de Mileto descubrió la propiedad que tienen los materiales de atraer otros objetos.
   • Cuando un objeto acumula cargas eléctricas, produce electricidad estática.
   • Los fenómenos de la electrostática pueden ser aprovechados con algún beneficio, como sucede en el ámbito de la xerografía.

2. Historia de la Electricidad

   • denominada fuerza eléctrica, es y ha sido objeto de estudio por numerosos científicos a lo largo de la historia
     • Tales de Mileto
       • comprobó que al frotar ciertos cuerpos con un paño aparecían ciertas fuerzas "inexplicables" y que eran mucho más intensas en el ámbar, en griego, elektron
     • William Gilbert
       • descubrió numerosos materiales que poseían un comportamiento similar al ámbar, a los que llamó "eléctricos".
     • Charles François de Cisternay du Fay
       • quién descubrió que existen dos tipos de electricidad estableciendo la teoría del doble fluido eléctrico: vítreo (opuesto al ámbar) o resinoso (como el ámbar).

3. Fuerza Eléctrica

   • En 1785
     • Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), físico e ingeniero francés que también enunció las leyes sobre el rozamiento,
       • presentó en la Academia de Ciencias de París, una memoria en la que se recogían sus experimentos realizados sobre cuerpos cargados, y cuyas conclusiones se pueden resumir en los siguientes puntos:
         • Los cuerpos cargados sufren una fuerza de atracción o repulsión al aproximarse.
         • El valor de dicha fuerza es proporcional al producto del valor de sus cargas.
         • La fuerza es de atracción si las cargas son de signo opuesto y de repulsión si son del mismo signo.

4. Carga Eléctrica

   • En la física moderna, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia responsable de producir las interacciones electrostáticas.
     • En la actualidad
       • no se sabe qué es o por qué se origina dicha carga
         • lo que si se conoce
           • es que la materia ordinaria se compone de átomos y estos a su vez se componen de otras partículas llamadas protones (p+) y electrones (e-).
     • Al igual que existen dos tipos de electrización (atractiva y repulsiva), existen dos tipos de carga (positiva y negativa).

5. Unidad de Carga Eléctrica

   • En el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) la carga eléctrica (q) es una magnitud derivada cuya unidad recibe el nombre de culombio (C), en honor al físico francés Charles-Augustin de Coulomb.
   • Para definirla
     • e hace uso de la intensidad de corriente eléctrica que es una magnitud fundamental en el S.I. y cuya unidad es el amperio (A). De esta forma:
       • Un culombio (C) es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa cada segundo (s) la sección de un conductor por el que circula una corriente eléctrica de un amperio (A).
         • 1 C = 1 A⋅s
         • Un culombio es una unidad de carga muy grande por lo que es común utilizar submúltiplos de esta. A continuación puedes encontrar algunos de los más utilizados:
           • Miliculombio. 1 mC = 10-3 C
           • Microculombio. 1 µC = 10-6 C
           • Nanoculombio. 1 nC = 10-9 C
           • Picoculombio. 1 pC = 10-12 C

6. Trabajo Eléctrico

   • Como hemos estudiado anteriormente, si aplicas una fuerza sobre una caja y esta se desplaza, decimos que la fuerza que ejercemos realiza un trabajo.
   • De igual forma
     • si un cuerpo que se encuentra cargado ejerce una fuerza eléctrica de atracción o repulsión sobre otro que también se encuentre cargado, dicha fuerza realizará un trabajo mientras este último se desplace.
       • El trabajo eléctrico es el trabajo que realiza una fuerza eléctrica sobre una carga que se desplaza desde un punto A hasta otro punto B.
         • Si suponemos que la fuerza es constante durante todo el desplazamiento, se puede expresar de la siguiente forma:
           • W−→e(A→B)=F→e⋅Δr→AB

7. Intensidad del Campo Eléctrico

   • Para determinar la existencia o inexistencia de un determinado campo eléctrico
   • así como sus características, es necesario introducir dentro de él una carga q' que nos sirva de testeador.
   • Esta carga q' se denomina carga de prueba o carga testigo y por convenio siempre se considera positiva.
   • La intensidad del campo eléctrico (E→) en un punto es una magnitud vectorial que representa la fuerza eléctrica(F→) que actúa por unidad de carga testigo positiva, q', situada en dicho punto.
     • E→=F→q'
       • La unidad de intensidad del campo eléctrico en el Sistema Internacional (S.I.) es el newton por culombio (N/C).

8. Movimiento de Cargas en el Seno de un Campo Eléctrico

   • Cada campo eléctrico puede ser definido en cada uno de sus puntos por dos magnitudes:
     • la intensidad del campo eléctrico y el potencial eléctrico.
     • ¿Qué ocurre cuando introducimos una carga q en el interior de uno de ellos?¿Hacia donde se mueve?.
       • A lo largo de este apartado vamos a estudiar que ocurre con dicha carga desde el punto de vista de la fuerza eléctrica y del potencial eléctrico.
     • Movimiento en base a la Fuerza Eléctrica
       • Si partimos de la definición de intensidad de campo eléctrico, sabemos que la fuerza eléctrica que sufre una carga q en un punto es:
         • →=F→q⇒F→=q⋅E→
           • De aquí podemos deducir que:
             • Si la carga es positiva ( q > 0 ), la fuerza eléctrica tendrá el mismo signo que el campo y por tanto q se moverá en el sentido del campo.
             • Si la carga es negativa ( q < 0 ), la fuerza eléctrica tendrá distinto signo que el campo y por tanto q se moverá en sentido contrario al campo.