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Unidad 1
CARGA, FUERZA Y ENERGIA
ELÉCTRICAS
Ing. María Elena Fiol
Los antiguos griegos descubrieron cerca del
año 600 a.c. que al frotar ámbar con un trozo
de lana, el ámbar podía atraer otros objetos.
Ahora sabemos que el ámbar había adquirido
una “carga eléctrica”
La palabra “eléctrica” viene del
griego elektron (ἤλεκτρον) que
significa ámbar.
Existen dos tipos de carga eléctrica:
Positiva y Negativa
La idea de nombrarlas así se
debe a Benjamín Franklin
(1706-1790)
Las cargas de distinto signo se atraen y las del
mismo signo se repelen.
Orbita electrónica.
Núcleo.
+
Protones.
-
Electrones.
+
Neutrones.
La carga negativa del electrón tiene la misma magnitud que la
carga positiva del protón.
Por tanto, si la cantidad de electrones es igual a la cantidad de
protones, el átomo es un átomo neutro y su carga neta es cero.
+ +
-
Si el átomo tiene más electrones que
protones, adquiere carga negativa y se
convierte en un ión negativo
Si el átomo tiene menos electrones que
protones, adquiere carga positiva y se
convierte en un ión positivo
En un cuerpo macroscópico la carga neta se determina como la
diferencia entre el número total de protones y de electrones que
posee.
No todos los electrones
se encuentran a la
misma distancia del
núcleo, por tanto un
modelo un poco más
exacto es el que se
muestra a la derecha.
Los que se encuentran
más alejados del
núcleo tienen mayor
energía.
Para saber un poquito
más, haz clic aquí:
Modelo atómico de Bohr




El protón y el neutrón son combinaciones de otras
entidades llamadas quarks, que tienen cargas de ±1/3 y
±2/3 veces la carga del electrón. Se piensa que los quarks
no existen en forma aislada
Si un átomo tuviese unos cuantos kilómetros de diámetro,
su núcleo sería del tamaño de una pelota de tennis.
Las masas del protón y del neutrón son casi iguales. La
masa del electrón es unas 2000 veces menor. En el núcleo
se concentra más del 99,9% de la masa del átomo.
Los protones y neutrones se mantienen unidos en el núcleo
gracias a la fuerza nuclear, que vence la repulsión
eléctrica de los protones. Esta es una fuerza de corto
alcance cuyo efecto no llega más allá del núcleo.
La suma algebraica de todas las cargas eléctricas
en cualquier sistema cerrado es constante:
En cualquier proceso de carga esta ni se crea ni se
destruye, solamente se transfiere.
Cada cantidad observable de carga eléctrica es
siempre un múltiplo entero de la carga del
electrón (o del protón puesto que son iguales)
Por eso decimos que la carga está cuantizada.



Estos materiales permiten que la carga eléctrica se
mueva fácilmente a través de ellos.
La mayoría de los metales son buenos conductores.
En ellos los electrones externos de cada átomo se
separan y pueden moverse libremente.
No permiten que la carga se mueva libremente a
través del material.
 No hay electrones libres, o hay muy pocos.
 La mayoría de los no metales son aislantes.

Hay varias formas de “cargar” un cuerpo. Por
ejemplo:
Carga por frotación:
Al frotar dos cuerpos
eléctricamente neutros
ambos se cargan: uno
con carga positiva y
otro con carga
negativa.
Carga por contacto:
Se puede cargar un
conductor con solo
tocarlo con otro cuerpo
previamente cargado.
En este caso ambos
quedan con el mismo
tipo de carga. Esto se
debe a la transferencia
de electrones libres
Carga por inducción:
Si se acerca una barra cargada positivamente a una neutra,
los electrones de esta última serán atraídos hacia el
extremo en que se encuentra la barra, dejando al otro
extremo de la barra neutra cargado positivamente.
Nótese que la carga
neta de la barra
neutra sigue siendo
cero!
A este efecto se le
llama polarización.
Estudió en detalle las fuerzas de
interacción entre partículas cargadas,
estableciendo en 1785 la ley que lleva
su nombre:
Charles-Agustín de Coulomb
(1736-1806)
Físico e ingeniero francés
La magnitud de la fuerza
eléctrica entre dos cargas
puntuales es directamente
proporcional al producto de las
cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de la
distancia entre ellas
Dónde:
F: Fuerza que cada carga ejerce sobre la otra
q1,q2: Valor de las cargas en Coulombs
r: Distancia entre las cargas
k= 8,988 .109 N.m2/C2
La constante k también se puede expresar como:
Donde
Y la Ley de Coulomb queda como:
La ley se establece para cargas puntuales, o sea,
aquellas que su tamaño es mucho menor que la
distancia entre ellas.
Las direcciones de las fuerzas que las dos cargas
ejercen una sobre la otra son siempre en la
dirección de la línea que las une
Y el sentido de las fuerzas depende del signo de las
cargas.
El valor de la carga eléctrica de un cuerpo,
representada como q, se mide según el número de
electrones que este posea en exceso o en defecto.
En el Sistema Internacional de Unidades la unidad
de carga eléctrica se denomina Coulomb (C)
Y por tanto, la carga de un electrón es :
Dos cargas puntuales q1 y q2 de 25nC y 75nC están a una
distancia de 3cms entre si. Encuentre la magnitud y el
sentido de las fuerzas que se establecen.
Donde k≈ 9.109 N.m2/C2

Un cuerpo cargado, debido a su carga, modifica
de cierta forma el espacio alrededor de él.

Otro cuerpo cargado percibe esa modificación
del espacio a su alrededor y en respuesta
experimenta una fuerza F (de atracción o
repulsión)
La fuerza eléctrica sobre un cuerpo cargado es
generada por otros cuerpos cargados.
Un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre sí mismo
La fuerza eléctrica por unidad de
carga:
E no depende
del valor de la
carga sobre la
cual se aplica
El sentido de la fuerza F0 depende del
tipo de carga:
Positiva: Mismo sentido que E
Negativa: Sentido contrario que E
Comparación con la gravedad
g no depende de la masa
¡E no depende de la carga!
Ambas son fuerzas de “acción a distancia”
El sentido de E depende del valor de la carga
Como E puede variar de un punto a otro, se
dice que es un campo vectorial, varía en
función de las coordenadas x, y, z.
Si el campo E es constante en una región, se
dice que es un campo uniforme.
Magnitud del campo eléctrico de una carga
puntual: ¿Cuál es la magnitud del campo eléctrico
en un punto del campo situado a 2,0m de una
carga puntual q= 4nC?
Si la fuerza eléctrica resultante sobre una carga producto de la
acción de varias cargas es:
Entonces el campo resultante es:
Líneas de fuerza o líneas de campo eléctrico: Es una línea o curva
imaginaria dibujada a través de una región del espacio de manera
que su tangente en cualquier punto tiene la dirección del vector
decampo eléctrico en ese punto.