Unidad 5
Electrostática
1. Carga eléctrica.
2. Campo eléctrico.
3. Líneas de fuerza.
4. Capacitores.
5. Diferencia de potencial.
1. Carga Eléctrica (Ley de Coulomb)
En su estado natural, la materia es eléctricamente neutra. Esto quiere decir que
tiene igual número de protones y electrones. Si un cuerpo tiene carga:
• Negativa → Quiere decir que el mismo tiene un excedente de electrones.
• Positiva → Quiere decir que ha perdido electrones.
Cuando dos cuerpos cargados se encuentran a cierta distancia, surge una fuerza
entre ellos que puede ser de atracción (en caso de que ambas cargas sean de
diferente signo) o de repulsión (en caso de que ambas cargas sean de igual
signo).
La fuerza que se genera entre dos cuerpos eléctricamente cargados, ya sea de
atracción o de repulsión, se puede calcular con la misma ecuación → La Ley de
Coulomb:
3. Líneas de Fuerza
Las líneas de fuerza o líneas de campo alrededor de una carga (Q), indican hacia
donde apunta el vector campo (es decir el vector del campo eléctrico, E). Las
líneas de fuerza en un punto indican hacia donde apunta la fuerza que actúa
sobre una carga de prueba (q) puesta en ese punto.
Por convención, la carga de prueba (q), siempre es positiva
Si una carga de prueba (q) se coloca sobre una línea de fuerza, se va a
mover siguiendo la dirección de la misma. En el caso de los dipolos separados
por una determinada distancia, el esquema queda así:
La membrana plasmática es un claro ejemplo de un capacitor. Ésta está
compuesta por una bicapa lipídica, que separa el exterior del espacio
intercelular. En la superficie de la membrana se ubican iones que cargan de
forma positiva la cara externa de la misma y en su capa interna se encuentra
cargada de forma negativa.
5. Diferencia de potencial
La diferencia de potencial es el trabajo que se realiza para mover una carga de
prueba q de 1 Coulomb, desde un punto a otro (desde una cara de un capacito a
otra, por ejemplo).
Al mover la carga, aparece una fuerza sobre ésta que depende del valor y signo
del campo eléctrico.
Se mide en Volts (V), y la ecuación para calcular la diferencia de potencial se
obtiene de la siguiente forma:
Corriente Eléctrica
Es el movimiento, flujo o traslado de cargas por un conductor (comúnmente, los
conductores, son cables metálicos). En general, las cargas que circulan son
electrones.
Cuando se habla de corriente eléctrica, se puede introducir un nuevo concepto,
el de intensidad de corriente. Éste, es la cantidad de cargas que pasan por una
sección de cable en un tiempo determinado. Se representa con la letra I y su
unidad es el ampere (A). Se calcula como:
Ley de Ohm
Para que las cargas transiten por un cable, se debe aplicar una diferencia de
potencial (ΔV). Cuando mayor sea la ΔV, mayor será la intensidad de corriente
(I). Por otro lado, todo sistema conductor ofrece una resistencia al
desplazamiento de cargas por el cable. Esa oposición se denomina resistencia
eléctrica, se representa con la letra R y su unidad es el Ohm (Ω). Cuanto mayor
sea R, menor será la corriente eléctrica (menor intensidad de corriente).
La ley de Ohm, relaciona a estos tres conceptos a través de la siguiente
ecuación:
Ejemplo hipotético: Hay dos resistencias iguales dispuestas en serie en un
circuito eléctrico, y aplico un voltaje de 20V. A la primera resistencia llega
la corriente con 20V y sale con 10V, a la segunda resistencia llega la corriente
con 10V y sale con 0V. En la primera resistencia la potencia cayo en 10V y en la
segunda también, por lo tanto, la caída o diferencia de voltaje total es 20V. Se
representa gráficamente de la siguiente manera:
