FISICA

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CAMPO ELÉCTRICO
Y PROPIEDADES
ELÉCTRICAS DE LA Capítulo
MATERIA
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Este capítulo representa una introducción
al estudio del campo eléctrico. Como punto de partida, se hace una breve referencia histórica y se repasan algunos modelos teóricos que se utilizan para explicar
la estructura de la materia y que permiten comprender mejor sus característicaseléctricas.
C. A. Coulomb (1736-1806)

La estructura del capítulo se resume a continuación:

1. Introducción histórica.
2. Estructura interna de la materia:
Modelos atómicos:
•
•
•
•

Modelo atómico de Dalton.
Modelo atómico de Thomson.
Experimento y modelo atómico de Rutherford.
Modelo atómico de Bohr.

Moléculas y tipos de enlaces:
• Enlace iónico.
• Enlaces covalente y metálico.
• Enlaces yconducción eléctrica.

3. Electrización de los materiales.
4. Fuerzas y ley de Coulomb:
Ley de Coulomb:

• Principio de superposición.

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FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERÍA

5. Campo eléctrico:
• Líneas de campo.

Campo eléctrico debido a distribuciones de carga:
• La carga eléctrica y su distribución espacial.
• Campo eléctrico debido a distribucionesde carga.

6. El flujo eléctrico.
7. La ley de Gauss:

Esfera uniformemente cargada.
Distribución longitudinal uniforme de carga.
Superficie plana uniformemente cargada.
8. Conductores en equilibrio electrostático.
9. Ejercicios.

1.1.

Introducción histórica

Actualmente, se conoce bastante bien la constitución de la materia y su estructura interna.
Incluso hablar de átomos o electrones es muyhabitual en el lenguaje común y la mayoría
de la gente posee unas ideas más o menos aproximadas de los elementos más básicos de la
materia; sin embargo, la consecución de tales conocimientos resultó ser una tarea ardua y
que necesitó de muchas generaciones de científicos.
Las primeras observaciones de las propiedades eléctricas de la materia se deben al filósofo
y matemático griego Tales de Mileto(624–546 a.C.), que descubrió que frotando con piel
un trozo de ámbar (elektron, en griego), éste atraía a pequeños materiales ligeros, como
cabellos o fibras de lana, e intentó explicar infructuosamente estas fuerzas. También observó
la atracción que sobre el hierro ejercía un mineral originario de una ciudad de la actual
Turquía que se llamaba Magnesia y que dio nombre a ese mineral: magnetita.Posteriormente, será el también filósofo griego Demócrito (460–370 a.C.) quien, con gran
intuición, postule que la materia se compone de pequeñas partículas indivisibles a las que
denominó átomos (´
ατ oµoς o atomos, en griego), aunque fueron razonamientos puramente
filosóficos los que le impulsaron a formular dicho postulado. A partir de entonces, el desarrollo del conocimiento de la materia estuvoparalizado hasta el siglo XVII, en el que fueron
muchos los estudiosos que comenzaron a realizar experimentos eléctricos y magnéticos que,
de forma independiente, permitieron acumular mucha información, aunque aparentemente
inconexa. Estos experimentos se basaban, por un lado, en las propiedades tribológicas (del
griego tribos, frotar) de muchos materiales que al ser frotados se les confería laposibilidad
de atraer objetos muy ligeros o incluso de producir chispas, y por otro, en las propiedades
químicas que sí habían recibido gran atención en la Edad Media y habían llegado a acumular

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CAPÍTULO 1. CAMPO ELÉCTRICO Y PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LA MATERIA

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una gran cantidad de conocimientos, aunque muy poco sistematizada. Fue precisamente elfísico y químico inglés Dalton (1766–1844) quien publicó, en 1808, su teoría atómica de la materia y sentaba las bases teóricas del conocimiento actual de la misma (Figura 1.1). En cierto
modo, esta tarea la completó el químico ruso Medeleev (1834–1907) al publicar su conocida
en 1869 tabla periódica con 67 elementos (de algunos de ellos postulaba su existencia, tal
y como se aprecia en la...