Carga Eléctrica y Ley de Coulomb

Carga Eléctrica y Ley de Coulomb

• La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia.
• La interacción entre objetos cargados se explica a través de la ley de Coulomb.

Modelo de Carga

Observaciones Iniciales

• Un peine, tras ser pasado por el cabello, atrae trozos de papel.
• Al caminar sobre una alfombra en un día seco, se puede dar una descarga al tocar a alguien.
• Cintas adhesivas pueden atraerse o repelerse entre sí al ser despegadas

Definiciones

• Un objeto eléctricamente neutro no exhibe propiedades eléctricas.
• Un objeto cargado posee propiedades eléctricas debido a algún proceso.

Procesos de Carga

• Cargar un objeto implica añadir o quitarle partículas cargadas.
• Existen dos tipos de carga: positiva y negativa.
• Cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen.
• La fuerza entre cargas es de largo alcance.

Modelo Atómico

• La materia está compuesta por átomos.
• Los átomos están formados por protones (carga positiva), neutrones (carga neutra) y electrones (carga negativa).
• Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo.
• Los electrones se encuentran fuera del núcleo.
• Los electrones pueden ser transferidos fácilmente, no así los protones.
• Un átomo con igual número de protones y electrones es neutro.
• Un objeto se carga añadiendo o quitando electrones.
• Un exceso de electrones genera carga negativa.
• Un déficit de electrones genera carga positiva.
• Carga fundamental: $e = 1.60 \times 10^{-19} C$.

Aislantes y Conductores

• Conductores: Materiales que permiten el movimiento libre de carga eléctrica.
  • Los metales son buenos conductores.
• Aislantes: Materiales que dificultan el movimiento de carga eléctrica.
  • Plásticos, madera y vidrio son buenos aislantes.
• La transferencia de carga puede ocurrir por:
  • Conducción: Transferencia por contacto directo.
  • Inducción: Un objeto cargado induce la separación de carga en un conductor neutro cercano.

Conservación de la Carga

• En un sistema cerrado, la carga total permanece constante, aunque pueda moverse.

Cantidad de Carga

• La unidad SI de carga es el Coulomb (C).
• La carga siempre es un múltiplo de la carga fundamental e: $q = ne$, donde n es el número de electrones en exceso o defecto.

Ley de Coulomb

• La fuerza ejercida por una carga puntual 1 sobre una carga puntual 2 se describe por:

  $\vec{F}{1 \text { on } 2} = \frac{Kq_1q_2}{r^2}\hat{r}{1 \text { to } 2}$

• $K = 8.99 \times 10^9 Nm^2/C^2$

• $q_1, q_2$ son las cargas.

• $r$ es la distancia entre las cargas.

• $\hat{r}_{1 \text { to } 2}$ es un vector unitario que apunta de la carga 1 a la carga 2.

• La ley de Coulomb es solo válida para cargas puntuales y distribuciones esféricas de carga.

Superposición

• La fuerza neta sobre una carga debido a múltiples cargas es la suma vectorial de las fuerzas individuales.

  $\vec{F}{\text {net on k}} = \vec{F}{1 \text { on k}} + \vec{F}{2 \text { on k}} + \dots + \vec{F}{N \text { on k}}$