Electrostatica Tema1 FISICA II

T EMA 1

Electrostática
1.1. Introducción
Dado que el objetivo de esta asignatura será el estudio básico de los
principales fenómenos electromagnéticos y buena parte de estos fenómenos están relacionados con la interacción de cargas eléctricas, empezaremos este tema con el estudio de las interacciones de cargas eléctricas en
reposo. La parte del Electromagnetismo que aborda esta materia sedenomina Electrostática.
La carga eléctrica es una propiedad fundamental e intrínseca de la materia (al igual que la masa) que tiene las siguientes propiedades:
Presenta dos polaridades: positiva y negativa. Cantidades iguales de
ambas polaridades se anulan entre sí.
La carga total del universo (suma algebraica de todas las cargas existentes) se conserva, esto es, la carga no se puede crear ni destruir.No
obstante, debe notarse que esto no imposibilita que cargas positivas y
negativas se anulen entre sí.
Además de esta propiedad de conservación global, la carga también se
conserva localmente. Esto quiere decir que si cierta materia cargada
desaparece en un sitio y esta misma materia cargada aparece en otro,
esto es porque ha “viajado” de un punto a otro.
La carga esta cuantizada: cualquiercarga que existe en la naturaleza
es un múltiplo entero de una carga elemental q e . Esta carga elemental
corresponde a la carga del protón.
La unidad de carga en el Sistema Internacional es el culombio (C) y equivale a la carga de 6,2414959 £1018 protones, o lo que es lo mismo, la carga
del protón es q e = 1,60218 £10°19 C.
Es interesante hacer notar que de las cuatro interacciones fundamentales dela naturaleza: nuclear fuerte, electromagnética, nuclear débil y gravitatoria, la interacción electromagnética (o electrostática cuando es entre

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Unidad de carga eléctrica
1 culombio (C)

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cargas en reposo) es la segunda más fuerte. De hecho la interacción eléctrica entre dos electrones (de carga e igual a °q e ) es aproximadamente 1042
veces más fuerte que sucorrespondiente interacción gravitatoria. Esto da
una idea de la magnitud tan importante de las fuerzas eléctricas. No obstante, en la naturaleza hay muchas situaciones en las que la interacción
eléctrica no se manifiesta debido a la compensación tan precisa que ocurre en la materia entre cargas positivas y negativas. De hecho los agregados
de materia se presentan generalmente en forma neutra y por ellolas interacciones entre grandes cantidades de materia (planetas, estrellas, etc)
es fundamentalmente de carácter gravitatorio. No obstante, esto no implica que la interacción entre cargas eléctricas sea irrelevante sino que por el
contrario, estas interacciones están en la base de multitud de fenómenos
fundamentales, por ejemplo: la formación y estabilidad de los átomos, las
fuerzas moleculares,las fuerzas de rozamiento, las tensiones mecánicas,
las fuerzas de contacto, etc.

1.2. Campo eléctrico de una distribución de cargas
1.2.1. Ley de Coulomb

r
q

r

Q

F

El estudio de la Electrostática se iniciará mediante la ley de Coulomb,
ley experimental que describe la interacción entre dos cargas puntuales
en reposo en el vacío (esto es, no existe ningún medio material entre ellas).
Elconcepto de carga puntual es una idealización por la que se considerará que cierta carga está localizada estrictamente en un punto. Aunque en
principio, esta idealización pudiera parecer poco realista, la experiencia
demuestra que es una aproximación muy precisa en múltiples situaciones. De hecho, la carga uniformemente distribuida de cuerpos esféricos o
incluso cuerpos cargados considerados adistancias lejanas se comportan
muy aproximadamente como cargas puntuales.
~ , que ejerce una
La ley de Coulomb (ª 1785) establece que la fuerza, F
carga fuente q sobre una carga prueba Q, viene dada por la siguiente expresión:
1 qQ
1 qQ
~=
~
F
rˆ ¥
r ,
(1.1)
2
4º≤0 |~
r|
4º≤0 |~
r |3
donde ≤0 es una constante llamada permitivad del vacío cuyo valor en el
S.I. es
∑
2∏
C2
1
9 Nm
≤0 = 8,85 £ 10°12
=
9
£...