Tema Electrostática

Capítulo 3
Electrostática

3.1 Introducción
3.2 Carga eléctrica
3.3 Fuerzas electrostáticas. Ley de Coulomb
3.4 Campo eléctrico
3.5 Potencial electrostático
3.6 Flujo del campo eléctrico. Teorema de
Gauss
3.7 Energía potencial electrostática
3.8 Problemas

Objetivos
• Saber calcular el campo eléctrico y el potencial eléctrico creados por distintas distribuciones de carga.
•Adquirir los conceptos de diferencia de energía potencial electrostática y de diferencia de potencial eléctrico.

3.1

Introducción

La interacción electromagnética, el electromagnetismo, se encuentra
presente en una amplia gama de fenómenos de distinto ámbito que abarcan
desde las interacciones electrónicas en los átomos y moléculas, es decir de la
constitución misma de la materia, a otras enlas que se fundamenta la mayor
parte de la tecnología actual: alumbrado, motores, telecomunicación, informática, etc.
Tradicionalmente, se ha dividido el electromagnetismo en dos partes separadas asociadas a sus efectos eléctricos y magnéticos. Esto es así porque
dichos efectos fueron descubiertos y estudiados de modo separado, y hasta
fines del siglo XIX no se descubrió que ambos eranconsecuencia de una misma interacción de la materia. En la actualidad, conocemos que ambos fenóme-

3-1

nos son consecuencia de la misma característica de la materia que se denomina carga eléctrica.
Este capítulo tiene por objeto el estudio de las cargas eléctricas en reposo, la parte del electromagnetismo que se denomina electrostática. En los capítulos 11, 12 y 13 se estudiarán los efectosmagnéticos de las cargas eléctricas en movimiento.
3.2

Carga eléctrica

Comenzaremos este tema observando una experiencia sencilla en la
que se ponen de manifiesto algunas características de la magnitud física carga
eléctrica. Consideremos una bola de plástico colgada con un hilo aislante y frotada con piel; frotemos con piel otra pieza de plástico con forma de barra. Si
acercamos la barra a labola observamos que la bola y la barra se repelen. Pero si sustituimos la bola de plástico por otra de vidrio y la frotamos con seda, al
acercar la barra de plástico frotada con piel vemos que la bola y la barra se
atraen.

Bola de plástico
frotada con piel

Bola de vidrio
frotada con seda

-----Barra de plástico
frotada con piel

Ámbar = ελεχτρον

Figura 3-1. Fuerzas eléctricas deatracción y repulsión

Antiguamente, los griegos habían hecho experiencias similares pero con
piezas de ámbar, pieles y tejidos en lugar de plástico. De ahí que el origen de
la palabra electricidad es la palabra ámbar que en griego se escribe ελεχτρον
(electrón).
Justificación: Modelo atómico. Cargas negativas y positivas
La explicación de estas fuerzas o interacciones aparecidas en lossistemas descritos se basa en la existencia de una propiedad de la materia denominada carga eléctrica. Bastan dos tipos de carga distintos, que se denominan
positiva y negativa, para entender los fenómenos de atracción y repulsión mostrados en la Figura 3-1.
Actualmente se sabe que la materia está formada por átomos. Los átomos están constituidos por un núcleo, que contiene protones con cargapositiva
y neutrones sin carga eléctrica. Este núcleo está rodeado por una distribución
de electrones con carga negativa. La cantidad de carga de un electrón y de un
protón es la misma, pero de distinto tipo. Entre cargas del mismo signo aparecen fuerzas de repulsión y entre cargas de distinto signo fuerzas de atracción.
Los átomos, en principio, son neutros ya que tienen tantos protones comoelectrones y éstos tienen la misma cantidad de carga, aunque de distinto
tipo (Figura 3-2).

3-2

La materia está formada por átomos, y éstos por un
núcleo (protones y neutrones) rodeado de electrones

q (+) = q (-)

Ión -

Ión +

Figura 3-2. Modelo atómico e iones cargados positiva y negativamente

Cuando se frota el plástico con piel se transfieren electrones de la piel al...