Electrostatica


INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
ELECTROSTÁTICA
IES La Magdalena.
Avilés. Asturias

Cualquier partícula material, además de tener masa (y ser sensible, por tanto, a la interacción gravitatoria) contiene cargas eléctricas positivas y negativas (denominación atribuida a Benjamín Franklin) que como es sabido son portadas por los protones y electrones.
La existencia de la carga eléctrica da lugar auna nueva interacción fundamental en la naturaleza ya que existe una fuerza de atracción entre cargas de distinto signo, mientras que la interacción se vuelve repulsiva si las cargas tienen signo idéntico.
La materia es eléctricamente neutra, de lo que podemos deducir alguna cosas:
Debe de existir una carga eléctrica elemental (la carga eléctrica del electrón). En consecuencia, la carga eléctricaperdida o adquirida en los procesos de transferencia de carga debe ser siempre un múltiplo entero de la carga eléctrica elemental. Se dice que la carga eléctrica está "cuantizada".
El valor de la carga eléctrica elemental es 1,60. 10 -19 C.
La neutralidad eléctrica de la materia se explica por la existencia de un número idéntico de cargas positivas y negativas.
El mecanismo por el cual un cuerpoadquiere carga eléctrica (sea positiva o negativa) implica la transferencia de electrones débilmente ligados al núcleo atómico (los que ocupan las capas más externas). Si un cuerpo pierde electrones quedará cargado positivamente debido al exceso de carga positiva y si los gana adquirirá la correspondiente carga negativa.
























Para el S.I. y para el vacío o el aire la constantedieléctrica ( ) vale:



Por tanto el valor de K para el vacío o el aire será :






En otras ocasiones se emplea la constante dieléctrica relativa (un número sin dimensiones) definida como el cociente entre la constante dieléctrica del medio considerado y la del vacío:


La constante dieléctrica está relacionada con la capacidad del medio para transmitir la interacción eléctrica.
En un medio con unconstante dieléctrica alta (K, pequeña) la fuerza entre dos cargas será más pequeña que en otro en el que la constante dieléctrica sea baja (K, grande). El primer medio es mejor aislante y, por tanto, “transmite” peor la interacción entre cargas (recordar que en física los medios aislantes reciben el nombre de dieléctricos)












En la práctica la unidad S.I (el culombio) resultaexcesivamente grande por lo que se utilizan submúltiplos de la misma:




Un aspecto importante de la carga eléctrica es que siempre aparece asociada a partículas con masa, las partículas elementales.
Se ha encontrado que en todos los procesos observados la carga neta de un sistema aislado permanece invariable, lo que constituye el enunciado del Principio de Conservación de la Carga.
Para calcular lafuerza total ejercida por varias cargas sobre otra es preciso calcular la fuerza ejercida por cada una de ellas y, al final, sumar (vectorialmente) todas las fuerzas (Principio de Superposición).
La interacción eléctrica juega un papel fundamental en la estructura de la materia ya que es esta interacción la que mantiene unidos los electrones a los núcleos. También es la responsable de las fuerzas queactúan entre las moléculas (fuerzas intermoleculares) las cuales determinan algunas importantes propiedades de las sustancias.
Ejemplo 1
Calcular la fuerza entre dos cargas:
a) De + 5 μ C y +3 μ C situadas a 10 cm.
b) De + 5 μ C y -3 μ C situadas a idéntica distancia.
Solución:
a) Si suponemos que una de las cargas está situada en el origen de coordenadas podremos identificar el vector unitariodefinido en la expresión de la ley de Coulomb con el vector







b)







En el primer caso el sigo es positivo, indicando que el vector fuerza va en el mismo sentido que . En el segundo caso la fuerza lleva sentido apuesto a .
Ejemplo 2
Cuatro cargas de 4 μ C se encuentran dispuestas en los vértices de un cuadrado de 40 cm de lado (ver figura). Tres de ellas son negativas y la...