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UNIDAD I
INTERACCIÓN ELECTROSTÁTICA

1.1. CAMPO y POTENCIAL ELECTRICOS
En este apartado se introduce el concepto de carga eléctrica y, a través de la ley empírica
de Coulomb, se describe la interacción eléctrica entre cargas eléctricas puntuales. Aprovechando
que la ley de fuerzas es del tipo conservativo y la analogía con la interacción gravitacional, definiG G
G
remos los conceptos devector campo eléctrico ( E( r ) y de potencial eléctrico ( V( r ) como funciones de posición, y se establecen las ecuaciones diferenciales e integrales que los relacionan.
Seguidamente, a través del principio de superposición, se presentan las fórmulas para extender
los resultados a distribuciones discretas y continuas de carga eléctrica. Finalmente, estableceremos la ley de Gauss, destacando susventajas en la solución de problemas en que es necesario determinar el campo eléctrico generado por distribuciones simétricas de carga eléctrica.

Una partícula material, caracterizada por poseer ”masa”, puede interactuar gravitacionalmente con otra partícula, pero además puede o no estar dotada de un especial atributo llamado “carga eléctrica “, y por consiguiente, interactuar eléctricamentecon otras partículas cargadas.
A diferencia de la masa (siempre de valor positivo), una partícula material puede tener carga
eléctrica de valor positivo, nulo o negativo.
Además de modificar su entorno, generando un campo eléctrico, la carga eléctrica presenta
algunas propiedades importantes, entre las cuales destacaremos:
i)

Aditividad

El valor de la carga inicial en un cuerpo puedeaumentarse, disminuirse o anularse, mediante
procesos de “carga”, “descarga” y “neutralización”, respectivamente. Si un cuerpo posee la carga
Q1 y se lo pone en contacto con otro cuerpo con carga Q2, entonces la carga adquirida por el conjunto será (Q1 + Q2). Así la carga total de un conjunto es la suma algebraica de las cargas de sus
componentes. En particular, si Q2= -Q1, entonces la carga netaes nula y el sistema está eléctricamente neutro. Un cuerpo neutro puede “cargarse”, si se separa sus cargas de signo opuesto.
Entre los métodos para separar dichas cargas podemos citar: el frotamiento (que es el método
tradicional), la electrólisis, el efecto termo-iónico, el efecto foto-eléctrico, el campo ionizante y la
separación de carga por colisiones. Sobre estos procedimientos paraseparar carga y sus aplicaciones, le recomendamos leer el Capítulo del texto de Serway.
ii)

Conservación

La evidencia experimental hasta ahora disponible, muestra que en todo fenómeno ocurrido en
la naturaleza, el valor de la carga total permanece constante. Esta parece ser una ley básica del
universo y es conocida como “principio de conservación de la carga”.
iii)

Cuantización

En formamacroscópica, todo intercambio de carga se produce por valores discretos de carga,
múltiplos de un valor particular de ella llamado carga elemental “e”, cuyo valor aceptado es de
1e = 1.6* 10-19 C, siendo 1Coulomb [C], la unidad de carga eléctrica en el sistema internacional de
unidades. Dentro de un átomo, el protón posee la carga de +1e y el electrón la carga de –1e.

1

1.2.

LEY DECOULOMB

La interacción eléctrica entre cargas en reposo, se rige por la ley de Coulomb:
G
F

KQq G
r
r3

(1.1)

En ésta expresión K es una constante, Q y q son las respectivas cargas eléctricas de las
K
partículas interactuantes y r el vector posición de q respecto de la carga Q. Se trata pues de
una Fuerza Central y, al igual que la fuerza de interacción gravitacional, es unafuerza conservaª Nm2 º
1
tiva. La constante de Coulomb K 9 * 109 « 2 »
; donde H0 (permitividad eléctrica del
C ¼ 4SH0
¬
vacío) es una constante que caracteriza eléctricamente al vacío.
De la expresión (1.1) se infiere que la magnitud de la fuerza eléctrica depende tanto de las
cargas eléctricas como de la distancia relativa entre ellas. Respecto de las cargas, es necesario
conocer su valor...