Carga Eléctrica

La Carga eléctrica es una fuerza debida a cada partícula que componen los átomos: Protones y Electrones. Los protones portan una carga positiva y los electrones una negativa.

Esta fuerza, la carga, la ejerce naturalmente cada una de estas partículas, y cuando se encuentran en igualdad de cantidades, las cargas se compensan entre sí para formar un átomo neutro o sin carga.

Es posible desarrollar cierto número de experimentos para demostrar la existencia de las cargas eléctricas. Por ejemplo, si frotamos un peine contra el cabello, se observará que aquél atraerá pedazos de papel. A menudo la fuerza de atracción es lo suficientemente fuerte como para mantener suspendidos los pedacitos de papel. El mismo efecto ocurre al frotar otros materiales como el vidrio o el caucho.

Otro experimento sencillo es frotar un globo inflado contra una tela de lana. El globo puede adherirse a una pared o al techo de una habitación durante varias horas. Cuando los materiales se comportan de esa manera se dice que están electrizados o que se han cargado eléctricamente.

Podemos electrificar con facilidad nuestro cuerpo frotando vigorosamente los zapatos contra una alfombra de lana. La carga del propio cuerpo se puede eliminar tocando a alguien más. En ciertas ocasiones, una chispa visible se puede observar cuando una persona toca a otra, y sentirse un pequeño toque.

Experimentos como este se realizan mejor en un día seco, ya que una cantidad excesiva de humedad puede producir una fuga de carga del cuerpo electrizado hacia la tierra, a través de diversas trayectorias.

Tipos de Carga eléctrica

En una serie de experimentos simples, se encuentra que existen dos tipos de cargas eléctricas, a las cuales Benjamin Franklin les dio el nombre de positiva y negativa.

Para demostrar este hecho, se considera que se frota una barra dura de caucho contra una piel y a continuación se suspende de un hilo no metálico. Cuando una barra de vidrio frotada con una tela de seda se acerca a la barra de caucho, ésta será atraída hacia la barra de vidrio.

Por otro lado, si dos barras de caucho cargadas (o bien dos barras de vidrio cargadas; en fin, dos iguales) se aproximan una a la otra, la fuerza entre ellas será de repulsión.

El caucho y el vidrio se encuentran en dos estados de electrificación diferente. Como conclusión: Cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen.

Usando la convención, sugerida por Franklin, la carga eléctrica en la barra de vidrio se llama Positiva y la carga de la barra de caucho se llama Negativa.

Cualquier cuerpo cargado que es atraído por una barra de caucho cargada debe tener una carga positiva. Inversamente, cualquier cuerpo cargado que es repelido por una barra de caucho cargada debe tener una carga negativa. Es lo opuesto con la barra de vidrio.

Características y propiedades de la carga eléctrica

La carga eléctrica tiene estas propiedades generales:

Existen dos clases de cargas en la naturaleza, con la propiedad de que cargas diferentes se atraen y cargas iguales se repelen.

La fuerza entre cargas varia en el inverso del cuadrado de la distancia que las separa (Ley de Coulomb).

La carga se conserva.

La carga está cuantizada.

Conservación de la carga eléctrica

Otro aspecto importante del modelo de Franklin de la electricidad es la implicación de que la carga eléctrica siempre se conserva. Esto es, cuando se frota un cuerpo contra otro no se crea carga en el proceso.

El estado de electrificación se debe a la transferencia de carga de un cuerpo a otro. Por lo tanto, un cuerpo gana cierta cantidad de carga negativa mientras que el otro gana la misma cantidad de carga positiva.

Por ejemplo, cuando una barra de vidrio es frotada con seda, ésta obtiene una carga negativa que es igual en magnitud a la carga positiva de la barra de vidrio.

Son los electrones negativamente cargados los que se transfieren del vidrio a la seda en el proceso de frotamiento. Del mismo modo, cuando se frota el caucho contra la piel, se transfieren electrones de la piel al caucho, dando a éste una carga neta negativa y a aquélla una carga positiva.

Esto es consecuente con el hecho de que la materia neutra no cargada contiene tantas cargas positivas (protones en el núcleo) como cargas negativas (electrones).

En 1909, Robert Millikan demostró que la carga eléctrica siempre se presenta como algún múltiplo entero de alguna unidad fundamental de carga “e”. Se dice que la carga “q” está cuantizada. Es decir, la carga eléctrica existe como paquetes discretos.

Por tanto, se puede decir que:

q = N*e

donde “N” es algún número entero.

El electrón tiene una carga de “-e” y el protón tiene una carga igual y opuesta de “+e”. Algunas partículas elementales como el Neutrón no tienen carga. Un átomo neutro debe tener el mismo número de protones y de electrones.

Charles Coulomb

Charles Coulomb fue un físico francés por quien la unidad de carga eléctrica fue llamada Coulomb (C). Su mayor contribución a la ciencia fue en el campo de la Electrostática y el magnetismo, en el cual hizo uso de la balanza de torsión que él mismo diseñó. Entre otras aportaciones, se encuentra un artículo que, además de describir la balanza de torsión, detalla un diseño para una brújula usando el mismo principio de torsión en una suspensión.

Fuerzas eléctricas

Las Fuerzas eléctricas entre los objetos cargados fueron medidas por Coulomb utilizando la balanza de torsión, diseñada por él. Por medio de este aparato, Coulomb confirmó que la fuerza eléctrica entre dos pequeñas esferas cargadas es proporcional al inverso del cuadrado de la distancia que las separa, es decir:

F α 1/r²

El principio de Operación de la balanza de torsión es el mismo que el del aparato usado por Cavendish para medir la constante de gravitación, reemplazando masas por esferas cargadas. La fuerza eléctrica entre las esferas cargadas produce una torsión en la fibra de suspensión.

Otro artículo proporcionó una prueba de la ley del inverso del cuadrado para la fuerza electrostática entre cargas. Esta Ley posteriormente llevó su nombre: Ley de Coulomb.

Ejemplos de Carga Eléctrica

La carga eléctrica del electrón es de -1.6021*10-¹⁹ Coulomb.

La carga eléctrica del protón es de +1.6021*10-¹⁹ Coulomb.

Si frotamos un peine contra el cabello, se observará que aquél atraerá pedazos de papel.

Frotar un globo inflado contra una tela de lana. El globo puede adherirse a una pared o al techo de una habitación durante varias horas.

Electrificar con facilidad nuestro cuerpo frotando vigorosamente los zapatos contra una alfombra de lana.

Una cantidad excesiva de humedad puede producir una fuga de carga del cuerpo electrizado hacia la tierra.

Cualquier cuerpo cargado que es atraído por una barra de caucho cargada debe tener una carga positiva.

Cualquier cuerpo cargado que es repelido por una barra de caucho cargada debe tener una carga negativa.

Cuando se frota un cuerpo contra otro no se crea carga en el proceso.

Los electrones negativamente cargados se transfieren del vidrio a la seda en el proceso de frotamiento.