Fundamentos de la Electricidad: Ley de Coulomb, Corriente y Cargas

Ley de Coulomb: Fuerza entre Cargas Eléctricas

La ley de Coulomb describe la fuerza eléctrica con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo (q₁ y q₂). Esta fuerza es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (r) que las separa.

Matemáticamente, se expresa como:

F = k * (q₁ * q₂) / r²

Donde:

• F es la fuerza eléctrica (en Newtons, N).
• k es la constante de Coulomb (aproximadamente 8.9874 x 10⁹ N⋅m²/C²).
• q₁ y q₂ son las magnitudes de las cargas (en Coulombs, C).
• r es la distancia entre las cargas (en metros, m).
• es un vector unitario que indica la dirección de la fuerza.

La Constante de Coulomb y la Permitividad del Vacío

La constante de Coulomb (k) se relaciona con la permitividad del vacío (ε₀) de la siguiente manera:

k = 1 / (4πε₀)

Donde ε₀ ≈ 8.854 x 10^-12 C²/(N⋅m²).

Por lo tanto, la ley de Coulomb también se puede expresar como:

F = (1 / (4πε₀)) * (q₁ * q₂) / r²

Es importante notar que:

• Si las cargas q₁ y q₂ tienen el mismo signo, la fuerza eléctrica es positiva (repulsión).
• Si las cargas q₁ y q₂ tienen signos opuestos, la fuerza eléctrica es negativa (atracción).

Corriente Eléctrica: Continua y Alterna

La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de cargas eléctricas a través de un material conductor, provocado por la acción de un campo eléctrico. Existen dos tipos principales de corriente eléctrica:

• Corriente Continua (CC): Se produce cuando el campo eléctrico se aplica siempre en el mismo sentido. Esto implica un flujo de electrones en el conductor siempre en la misma dirección.
• Corriente Alterna (CA): Se produce cuando el campo eléctrico cambia de sentido periódicamente. Esto provoca que la corriente eléctrica también invierta su dirección periódicamente. En la corriente alterna, los electrones vibran con pequeña amplitud dentro del conductor.

Propiedades de las Cargas Eléctricas

Las cargas eléctricas presentan dos propiedades fundamentales:

1. Conservación de la Carga: En cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado, la carga eléctrica total se mantiene constante. La carga ni se crea ni se destruye, solo se transfiere.
2. Cuantización de la Carga: La carga eléctrica no puede existir en cualquier cantidad. Siempre aparece como un múltiplo entero de una unidad fundamental, llamada cuanto de carga eléctrica, que es la carga de un electrón (aproximadamente -1.602 x 10^-19 C).

Fenómenos de Electrización por Inducción

La inducción electrostática es un fenómeno que ocurre cuando un conductor se electriza por la acción de un cuerpo cargado eléctricamente cercano, sin que haya contacto directo.

Inducción por Carga Positiva

Al acercar un cuerpo cargado positivamente a un conductor neutro, los electrones del conductor son atraídos hacia el cuerpo cargado. Esto crea dos zonas en el conductor:

• Una zona con carga negativa, cerca del cuerpo cargado positivamente.
• Una zona con carga positiva, en el lado opuesto del conductor.

Inducción por Carga Negativa

Al acercar un cuerpo cargado negativamente a un conductor neutro, los electrones del conductor son repelidos por el cuerpo cargado. Esto también crea dos zonas en el conductor:

• Una zona con carga positiva, cerca del cuerpo cargado negativamente.
• Una zona con carga negativa, en el lado opuesto del conductor.

Como consecuencia de la inducción, el conductor y el cuerpo cargado se atraen. Los aislantes también pueden electrizarse ligeramente por inducción, lo que explica por qué sustancias ligeras (como el corcho) son atraídas por cuerpos electrizados.