Ley de coulomb

Un tercer aspecto a considerar sobre las cargas eléctricas se refiere a la forma en que interactúan entre sí. En el siglo dieciocho, una serie de experimentos le permitieron a Charles A. Coulomb establecer de manera cuantitativa la forma en que se da la interacción entre dos cargas eléctricas. Las características de la interacción eléctrica en el vacío entre dos cargas eléctricas “puntuales”,son:



1) La interacción es directamente proporcional al producto de las magnitudes de las cargas eléctricas q y q’;



2) La interacción es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de separación entre las dos cargas eléctricas;



3) La interacción ocurre sobre la línea que une a las dos cargas eléctricas; y,



4)La interacción es atractiva si las cargas eléctricas son de tipos distintos, y es repulsiva si las cargas eléctricas son del mismo tipo.



Las características de la interacción entre dos cargas puntuales expuestas anteriormente se conocen como Ley de Coulomb. Consideremos a dos cargas puntuales como se muestra en la figura 2, con r la posición de la carga eléctrica de magnitudq, y r’ la posición de la carga eléctrica de magnitud q’, entonces una formulación adecuada para la Ley de Coulomb que indica la fuerza eléctrica sobre la carga q debida a la presencia de la carga q’, es:



(1)



siendo ║r – r’║ la distancia de separación entre las dos cargas; y, k una constante de proporcionalidad, sobre la que setratará con detalle un poco más adelante. El factor





es un vector unitario a lo largo de la línea que une a las cargas, como se indica en la figura 2.



Figura 2. Fuerza eléctrica sobre la carga eléctrica q debido a la presencia de la carga q’.



Por otra parte, la fuerza eléctrica sobre la carga q’ debido a la presencia de la carga q, es:







Porlo que se tiene que





en otras palabras que la fuerza electrostática entre dos cargas eléctricas puntuales satisface la Tercera Ley de Newton.



La expresión 1, sobre la Ley de Coulomb, recopila información experimental, por lo que conviene señalar que el exponente del factor que indica la dependencia en la distancia ║r ‑ r’║ se ha determinado que corresponde a 2hasta 16 cifras significativas.



La Ley de Coulomb se refiere a la interacción entre cargas eléctricas “puntuales” por lo que es conveniente delimitar cuál es el contexto de una carga puntual. Las experiencias que dieron lugar al establecimiento de la Ley de Coulomb no eran precisamente puntos en el espacio con carga eléctrica, sino cuerpos con ciertas dimensiones en donde se teníauna carga neta. Físicamente consideramos a dos cuerpos con carga eléctrica como cargas puntuales cuando las dimensiones de los cuerpos son pequeñas comparadas con la distancia de separación entre ellos, de tal manera que el detalle de la distribución de carga en los cuerpos sea insignificante. El tratamiento de distribuciones de carga en el espacio lo estudiaremos posteriormente, en donde elconcepto de carga puntual desempeñará un papel importante; sobre esto podemos adelantar que la interacción sobre una carga eléctrica q debido a la presencia de otras cargas es la suma de las interacciones tomadas por separado sobre q, esto significa que se considera aplicable el Principio de Superposición.



Si la posición de la carga q’ es en el origen, entonces la fuerza sobre lacarga q toma la forma



(3)



siendo r la posición de la carga q.



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2.3.1 Constante de Proporcionalidad y Unidades.





Al proponer una expresión para la Ley de Coulomb se introduce una constante de proporcionalidad k; el valor de la constante está relacionado con la unidad de la...