fisica

2.2

©2000 Pedro Rodríguez Porca – Antonio Rivas Menéndez

CAMPO ELECTROSTÁTICO

En esta unidad, primera del Electromagnetismo, se hará una introducción a la física de las cargas
eléctricas estacionarias, es decir, en reposo respecto al observador, en la que se estudiarán los siguientes
aspectos:
• Carga eléctrica y sus propiedades. Distribuciones de carga. Aislantes y conductores ycarga por
contacto y por inducción.
• Descripción vectorial del campo electrostático. El punto de partida lo constituye la ley de
Coulomb de la interacción eléctrica para pasar a un concepto más amplio: el campo eléctrico.
Se introducirán las líneas de campo eléctrico para intentar visualizarlo. Finalmente se obtendrá
la poderosa, tanto desde el punto de vista teórico como práctico, ley de Gaussdel campo
eléctrico.
• Descripción escalar del campo electrostático: mediante la energía potencial y el potencial
electrostático y su relación con el trabajo eléctrico. Se introducirán las equipotenciales como una
forma de visualización del potencial electrostático.
• Conexión entre las descripciones vectorial y escalar del campo electrostático.
• Un breve análisis del movimiento de cargaspuntuales en campos uniformes.
• Algunas analogías y diferencias entre los campos gravitatorio y electrostático.
1. LA CARGA ELÉCTRICA
Las primeras observaciones sobre los fenómenos eléctricos fueron realizadas por los antiguos
griegos que ya sabían que el ámbar frotado con lana adquiría la propiedad de atraer cuerpos ligeros. Se
dice que el ámbar está electrizado, o que tiene carga eléctrica,o que está cargado eléctricamente.
Términos que derivan del vocablo griego elektron, que significa ámbar.
La carga eléctrica, representada por q, es una cualidad de algunas partículas con propiedades que
forman parte de las bases en las que se asienta la física moderna y que se analizan a continuación:
1.1. Existe en dos variedades de carga eléctrica: positiva y negativa
Alrededor de 1750,el científico y estadista norteamericano Benjamín Franklin (1706S1790)
introdujo el convenio de que el vidrio recibía carga positiva (+) cuando se frotaba con un paño de seda,
adquiriendo ésta carga negativa (S).
Con el conocimiento actual de la estructura de la materia, sabemos que son los electrones los
portadores de una de las dos variedades de carga y los protones los de la otra variedad;ambos con la
misma carga pero con signos opuestos. En el átomo neutro, el número de protones (en el núcleo) es
igual al número de electrones (en la corteza), y puesto que la materia está formada por átomos, será
eléctricamente neutra en circunstancias normales, con una carga eléctrica neta nula.
Dicha materia puede adquirir carga neta no nula dependiendo de si se le agrega electrones o si sele quita electrones (a esta ganancia o pérdida de electrones se denomina ionización). Observar que
normalmente entran en juego los electrones: se requiere poca energía para agregar o quitar electrones
de la corteza del átomo, mientras que acceder al núcleo para agregar o quitar protones requiere
muchísima energía.
Cuando el vidrio se frota con el paño de seda, se transfieren electrones delvidrio a la seda a través
de las superficies en contacto, resultando la seda con más electrones que protones y el vidrio con menos
electrones que protones. Para ser consecuentes con el convenio de Franklin de que la carga neta del
vidrio es positiva y la de la seda negativa, debemos asignar carga positiva al protón y carga negativa
al electrón, siendo por tanto el signo de las cargas un meroconvenio arbitrario.
La carga eléctrica la representaremos con el símbolo q, que engloba un valor numérico, un signo
y unas determinadas unidades. Es un escalar con signo.
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Campo electrostático S 1

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1.2. Las cargas eléctricas interaccionan entre sí
Aunque los fenómenos eléctricos se conocían desde la...