Carga Electrica

Carga eléctrica y campo eléctrico

Casi todas las fuerzas que actúan sobre este
esquiador son eléctricas. Las interacciones
eléctricas entre moléculas adyacentes
dan origen a la fuerza del agua sobre el esquí,
a la tensión de la cuerda de remolque
y a la resistencia del aire sobre el cuerpo
del esquiador. Las interacciones eléctricas
también conservan la integridad del cuerpo
delesquiador! Sólo una fuerza enteramente
no eléctrica actúa sobre el esquiador: la
fuerza de gravedad.

En las interacciones electromagnéticas intervienen partículas que tienen una propiedad conocida como carga eléctrica, un atributo tan fundamental como la masa. Así como los objetos con masa son acelerados por las fuerzas gravitatorias, los objetos con carga eléctrica son acelerados por las fuerzaseléctricas. La molesta chispa eléctrica que sentimos cuando frotamos los zapatos sobre una alfombra y luego tomamos la perilla metálica de una puerta se debe a que saltan partículas con carga entre los dedos y la perilla de la puerta. (Un rayo es un fenómeno similar en una escala muchísimo mayor). Las corrientes eléctricas, como las que hay en una linterna de mano, un reproductor portátil de CD oun televisor, son simplemente torrentes de partículas con carga que fluyen dentro de alambres en respuesta a fuerzas eléctricas. Incluso las fuerzas que mantienen unidos los átomos para formar materia sólida, y que impiden que los átomos de los objetos sólidos pasen unos a través de otros, se deben fundamentalmente a interacciones eléctricas entre las partículas con carga del interior de losátomos.
Iniciaremos el estudio del electromagnetismo en este capítulo examinando la naturaleza de la carga eléctrica. Descubriremos que la carga eléctrica está cuantizada y que obedece un principio de conservación. Después analizaremos las interacciones de las cargas eléctricas que se hallan en reposo en nuestro marco de referencia, conocidas como interacciones electrostáticas. Estas interaccionestienen una importancia considerable en química y en biología, así como numerosas aplicaciones tecnológicas. Las interacciones electrostáticas están gobernadas por una sencilla relación que se conoce como la ley de Coulomb, y se describen del modo más conveniente mediante el concepto de campo eléctrico.


Carga eléctrica

Los antiguos griegos descubrieron, ya en 600 A.C., que cuando frotaban ámbarcon lana, el ámbar atraía otros objetos. Hoy en día decimos que el ámbar ha adquirido una carga eléctrica neta, esto es, que se ha cargado. La palabra “eléctrica” se deriva de la palabra griega elektron, que significa ámbar. Cuando frotamos los zapatos sobre una alfombra de nylon, adquirimos una carga eléctrica, y también podemos “cargar” un peine haciéndolo pasar a través de cabello seco.
Lasbarras de plástico y la piel (real o sintética) resultan particularmente eficaces
para demostrar algunos fenómenos relacionados con la electrostática, esto es, las
interacciones entre cargas eléctricas que están en reposo (o casi). La figura 21.1a





















muestra dos barras de plástico y un trozo de piel. Después de cargar cada barra frotándola contra el trozo depiel, encontramos que las barras se repelen mutuamente (Fig. 21.1b). Al frotar barras de vidrio (Fig. 21.1c) con seda, las barras de vidrio también adquieren carga eléctrica y se repelen mutuamente (Fig. 21.1d). Pero una barra de plástico con carga atrae a una barra de vidrio con carga (Fig. 21.1e). Más aún, la barra de plástico y la piel se atraen mutuamente, al igual que la barra de vidrio y laseda (Fig. 21.1f).
Estos experimentos, y muchos otros parecidos a éstos, han mostrado que hay exactamente dos tipos de carga eléctrica: la que tiene la barra de plástico que se frotó contra la piel y la que hay en la barra de vidrio que se frotó contra la seda. Benjamín Franklin (1706–1790) sugirió llamar a estas dos clases de carga negativa y positiva, respectivamente, y estos nombres se...