Livro de electromagnetismo tomo 1

Un experimento en el siglo dieciocho sobre electrostática realizado por Stephen Gray. El muchacho, suspendido en el aire, lleva una carga neta (digamos, positiva). Debido a eso, se induce la polarización de carga en papelitos neutros cercanos a él. Las cargas negativas inducidas sobre cada papelito tienden a moverse hacia el muchacho, dejando cargas positivas sobre la parte más alejada delmuchacho. El resultado es una fuerza de atracción entre el muchacho y cada papelito.

Capítulo 1
Carga Eléctrica y Ley de Coulomb

S
e comenzará el estudio del electromagnetismo examinando la naturaleza de la carga eléctrica, el hecho de que está cuantizada y que obedece a un principio de conservación. A continuación, veremos las interacciones de cargas en reposo, llamadas interaccioneselectrostáticas, las cuales están regidas por la ley de Coulomb. En este capítulo también se mencionan algunas características eléctricas de los materiales conductores y aisladores.

FIGURA 1-1 Papelitos son atraídos por un peine después de que éste se pasó sobre el cabello.

Hay dos tipos de carga eléctrica

1-1 Carga eléctrica
Desde la antigüedad se conoce la electrización de los cuerpos porfrotamiento. Como resultado de frotar un peine sobre el cabello, aquel adquiere la propiedad de atraer pedazos pequeños de papel o desviar el chorro de agua que cae de un grifo. Todos hemos experimentado una descarga eléctrica al tocar la manija metálica de una puerta después de caminar sobre una alfombra o al ponernos y quitarnos una playera de tela sintética. En el siglo VII a. de N. E., elfilósofo griego Tales de Mileto describió la propiedad del ámbar (una resina de árboles fosilizada) de atraer ciertos cuerpos ligeros después de frotarlo con la lana. En el año 1600 el médico inglés Willian Gilbert observó que una propiedad análoga la adquiere el vidrio si se le frota con seda y también muchos otros cuerpos al frotarlos. Los cuerpos que adquirían esta propiedad se denominaban“electrizados”. Gilbert acuñó la palabra eléctrico derivándola de la palabra griega “elektron”, que significa ámbar. Los efectos eléctricos son resultado de que todos los cuerpos de la naturaleza pueden electrizarse, es decir, adquirir una propiedad intrínseca de la materia, denominada carga eléctrica. Igual que la masa, la carga es la fuente de una fuerza distinta en el universo; la fuerza asociada con lacarga se llama fuerza eléctrica. Pero, a diferencia de la masa, la carga eléctrica o, simplemente, carga, puede ser de dos tipos o clases, de acuerdo a la manera en que se describe, denominados carga positiva (+) y carga negativa (-). Las cargas pueden adicionarse a otras algebraicamente igual que como se hace con los números reales para obtener otras cargas. La carga neta de un cuerpo es la sumaalgebraica de cargas positivas y negativas en dicho cuerpo. Los experimentos muestran que los dos tipos diferentes de carga pueden neutralizarse una con la otra, de modo que si se combinan en cantidades iguales la carga neta resultante es cero. Los cuerpos que no tienen carga neta se dicen eléctricamente neutros.

(a)
(b)
(c)
FIGURA 1-2 (a) y (b), objetos con cargas del mismo tipo se repelen;(c) objetos con cargas de tipo diferente se atraen.

FIGURA 1-3 Modelo simplificado de un átomo neutro de Litio.

La carga eléctrica es el elemento primordial de la electricidad; es la esencia de los fenómenos eléctricos. Es tan básico este concepto que es difícil de describirlo, excepto en el contexto de los efectos que son atribuidos a su existencia. Estos efectos se manifiestanúnicamente como fuerzas de interacción. Todo cuerpo cargado interacciona con otros cuerpos también cargados. Sin embargo, la fuerza eléctrica, como lo demuestran los experimentos, aunque muy similar a la de la gravedad en su formulación matemática, puede ser de repulsión o de atracción, dependiendo de si las cargas que están interacctuando son de igual signo u opuestos. Las cargas del mismo signo...