ELECTROSTATICA

ELECTROSTATICA

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. Estos cuerpos, al tener carga eléctrica, provocan reacciones de rechazo y atracción, generándose los llamados fenómenos electrostáticos.

   • 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. La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
       • Expresión vectorial de la fuerza eléctrica La fuerza eléctrica descrita en la ley de Coulomb no deja de ser una fuerza y como tal, se trata de una magnitud vectorial que en el Sistema Internacional de Unidades se mide en Newtons (N). Su expresión en forma vectorial es la siguiente: F→=K⋅Q⋅qr2⋅u→r
   • Has probado a frotar un bolígrafo de plástico en un jersey de lana y acercarlo a un grupo de pequeños papeles? Si no lo has hecho todavía podrás comprobar que los trocitos de papel son atraídos por tu bolígrafo e incluso algunos pueden quedar suspendidos en él.
     • Esta fuerza de atracción capaz de vencer la fuerza de la gravedad, denominada fuerza eléctrica, es y ha sido objeto de estudio por numerosos científicos a lo largo de la historia.

2. Cuando un objeto acumula cargas eléctricas, produce electricidad estática. Dicha acumulación puede generarse si dos materiales se frotan entre sí, ya que los electrones pasan de una superficie a otra por la diferencia de niveles energéticos (los dos cuerpos quedarán cargados, uno con carga negativa y el otro con carga positiva). Con el contacto, puede aparecer una descarga electrostática: una corriente eléctrica que circula de forma momentánea entre los objetos que tienen distinto potencial.

   • Desde que los griegos descubrieron las curiosas propiedades del ambar al ser frotado, hasta los actuales nanoconductores, el estudio de la electricidad ha ocupado algunas de las mentes más lúcidas de la humanidad.

3. Unidad de Carga Eléctrica

   • n 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

4. Introducción al Concepto de Trabajo Eléctrico

   • Trabajo Eléctrico
     • 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
         • W−→e(A→B) es el trabajo eléctrico. En el S.I. se mide en Julios (J).
         • F→e es la Fuerza eléctrica que sufre la carga. En el S.I. se mide en Newtons (N).
         • Δr→AB es el vector desplazamiento entre ambos puntos. En el S.I. se mide en metros (m).
   • Signo del Trabajo Eléctrico
     • Si nos atenemos a la expresión matemática de trabajo eléctrico, nos damos cuenta de que la operación principal es un producto escalar. Esta operación puede devolver un valor positivo, negativo o nulo, dependiendo del menor ángulo que se forme entre la fuerza eléctrica y el vector desplazamiento. Si el ángulo (α) es:
       • α > 90º. El trabajo eléctrico será negativo (We < 0).
       • α = 90º. El trabajo eléctrico será nulo (We = 0).
       • α < 90º. El trabajo eléctrico será positivo (We > 0).
   • Trabajo de Fuerzas Externas contrarias a la Fuerza Eléctrica
     • El trabajo eléctrico es el trabajo que realizan las fuerzas eléctricas, pero ¡no te confundas!. Otra cosa distinta es el trabajo que puede realizar una fuerza externa en contra de las fuerzas eléctricas para intentar aproximar dos cuerpos cargados con el mismo signo (que apriori intentarán separarse) o alejar dos cuerpos cargados con distinto signo (que apriori intentarán unirse). En este caso, el trabajo realizado por dicha fuerza externa para mover un cuerpo desde un punto A a otro B es:
       • We=−Wf
         • We es el trabajo realizado por la fuerza eléctrica para moverlo desde A hasta B.
         • Wf es el trabajo realizado por la fuerza externa para moverlo desde A hasta B.

5. Capacidad Eléctrica

   • Si estudiamos detenidamente la expresión del potencial eléctrico creado por una carga puntual, puedes comprobar que a medida que la distancia se hace más pequeña (r→0) su valor V tiende al infinito (V→∞). V=K⋅qr
   • La capacidad eléctrica de un conductor es una magnitud escalar que relaciona la carga almacenada en un conductor y el potencial que adquiere de forma aislada.
     • C=qV
       • C es la capacidad eléctrica. En el S.I. se mide en faradios (F).
       • q es el exceso de carga del conductor. En el S.I. se mide en culombios (C).
       • V es el potencial eléctrico en cualquier punto del conductor. En el S.I. se mide en voltios (V).

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