Electrostática y Ley de Coulomb

• La electrostática se dedica al estudio de las interacciones entre cargas eléctricas que se encuentran en estado de reposo.
• La electrostática resulta crucial para la comprensión de fenómenos como la carga de diversos materiales, el funcionamiento de circuitos eléctricos y la base de numerosos dispositivos tecnológicos.

Ley de Coulomb

• La Ley de Coulomb sirve para cuantificar la fuerza electrostática existente entre dos cargas puntuales.
• La magnitud de la fuerza electrostática es directamente proporcional al producto de las magnitudes de las cargas que interactúan.
• La fuerza electrostática presenta una relación inversamente proporcional con el cuadrado de la distancia que separa a las cargas.
• Esta fuerza se ejerce a lo largo de la línea recta que conecta ambas cargas.
• La expresión matemática de la Ley de Coulomb es: F = k * (|q1*q2| / r^2).
  • "F" simboliza la magnitud de la fuerza electrostática.
  • "k" representa la constante de Coulomb, cuyo valor aproximado en el vacío es 8.9875 × 10^9 N⋅m²/C².
  • "q1" y "q2" denotan las magnitudes de las cargas interactuantes.
  • "r" simboliza la distancia que existe entre las cargas.
• La fuerza es de atracción si las cargas tienen signos opuestos, y de repulsión si comparten el mismo signo.
• La Ley de Coulomb es aplicable únicamente a cargas puntuales o a distribuciones de carga que posean simetría esférica.

Propiedades de la carga eléctrica

• La carga eléctrica constituye una propiedad esencial de la materia.
• Se identifican dos tipos de carga eléctrica: la positiva y la negativa.
• Las cargas que comparten el mismo signo se repelen, mientras que aquellas con signos opuestos se atraen entre sí.
• La carga eléctrica está cuantizada, lo que implica que solo puede existir como múltiplos enteros de la carga elemental, que corresponde a la carga de un electrón o un protón.
• La carga elemental (e) tiene un valor aproximado de 1.602 × 10^-19 Coulombs.
• La carga eléctrica se conserva, indicando que la carga total dentro de un sistema aislado permanece invariable.
• La transferencia de carga puede ocurrir de un objeto a otro a través de contacto directo, fricción o inducción.

Campo Eléctrico

• El campo eléctrico se define como una región del espacio en la cual una carga eléctrica experimenta una fuerza.
• Se conceptualiza como la fuerza por unidad de carga que actuaría sobre una carga de prueba positiva si se ubicara en ese punto específico.
• La definición matemática del campo eléctrico (E) es: E = F/q.
  • "F" representa la fuerza electrostática que actúa sobre la carga de prueba.
  • "q" denota la magnitud de la carga de prueba.
• El campo eléctrico es una entidad vectorial que posee tanto magnitud como dirección.
• Las líneas de campo eléctrico son representaciones gráficas que indican la dirección e intensidad del campo.
  • Estas líneas emergen de las cargas positivas y convergen hacia las cargas negativas.
  • La densidad de estas líneas es directamente proporcional a la magnitud del campo.
• El campo eléctrico generado por una carga puntual "q" a una distancia "r" se expresa como: E = k * (q / r^2).
• El principio de superposición es aplicable a los campos eléctricos, lo que implica que el campo eléctrico total en un punto, resultante de múltiples cargas, es la suma vectorial de los campos individuales generados por cada carga.

Sensores Eléctricos

• Los sensores eléctricos son dispositivos diseñados para transformar una magnitud física en una señal eléctrica interpretable.
• Estos sensores aprovechan las variaciones en propiedades eléctricas como la resistencia, capacitancia, voltaje o corriente para detectar y cuantificar diversos parámetros físicos.
• Algunos ejemplos de sensores eléctricos incluyen:
  • Resistencias dependientes de la luz (LDR): Su resistencia varía en función de la intensidad lumínica.
  • Termistores: Su resistencia cambia con la temperatura ambiente.
  • Sensores capacitivos: La capacitancia se modifica en respuesta a cambios en la presión, humedad o distancia.
  • Sensores piezoeléctricos: Generan un voltaje al ser sometidos a presión mecánica.

Aplicaciones de la Electrostática

• Fotocopiadoras e impresoras láser: Emplean principios electrostáticos para transferir el tóner al papel, formando la imagen deseada.
• Pintura electrostática: Utiliza pintura cargada electrostáticamente para recubrir objetos, asegurando una distribución uniforme y eficiente.
• Filtros electrostáticos: Remueven partículas contaminantes del aire mediante la aplicación de campos eléctricos.
• Generadores electrostáticos (como el generador de Van de Graaff): Acumulan grandes cantidades de carga estática, generando voltajes elevados.

Conceptos Adicionales

• Inducción electrostática: Proceso de redistribución de carga en un objeto conductor al acercarse a un objeto que ya posee carga eléctrica.
• Potencial eléctrico: Representa la energía potencial por unidad de carga en un punto específico del espacio, originada por la presencia de un campo eléctrico.
• Capacitancia: Es una medida de la capacidad que tiene un objeto para almacenar carga eléctrica.