La carga eléctrica es un concepto físico que determina las interacciones electromagnéticas de los cuerpos electrizados.
Así, a partir de la fricción entre los cuerpos, ocurre el fenómeno llamado «electrización», de modo que todos los cuerpos poseen la propiedad de atraerse o de repelerse.
De esta forma, cargas de la misma naturaleza (positiva y positiva, negativa y negativa) se repelen, mientras que las cargas de signos contrarios (positivas y negativas) se atraen.
Esto ocurre por el hecho de que las cargas eléctricas están formadas por partículas elementales que constituyen los átomos, conocidos como protones (carga positiva), electrones (carga negativa) y neutrones (carga neutra).
En el Sistema Internacional, la unidad de carga eléctrica es el Coulomb (C) en homenaje al físico francés Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) por sus contribuciones en los estudios de la electricidad.
Características
Aunque no es posible describir la carga eléctrica con exactitud, podemos conocer sus características y propiedades. A continuación tenemos las principales características y propiedades de la carga eléctrica.
1-El principio de la conservación de la carga eléctrica afirma que la carga eléctrica total de un sistema eléctricamente aislado es constante.
QA + QB = Q’A + Q’B
2-El principio de la cuantización de la carga eléctrica sostiene que la carga eléctrica es cuantizada, o sea, la carga eléctrica se presenta siempre en cantidades múltiples y enteras de la carga elemental. De esta forma, la cantidad de carga eléctrica Q de un cuerpo cualquiera está dada por:
Q = n. (± e)
Donde n es el número de electrones en exceso o faltantes en el cuerpo. El signo (+) se utiliza cuando el cuerpo presenta falta de electrones y el signo (-) cuando presenta exceso de electrones. Así, podemos ver que la electrización de un cuerpo se obtiene por el aumento o extracción de electrones.
3-Existen dos tipos de carga eléctrica, que presentan comportamientos opuestos: una definida como negativa y otra como positiva.
4-Las cargas eléctricas del mismo signo se repelen y las cargas de signos opuestos se atraen.
5-En todo átomo, el número de electrones es igual al número de protones, o sea, todo átomo es eléctricamente neutro.
Carga Eléctrica Puntual
Las llamadas «cargas eléctricas puntiformes» corresponden a los cuerpos electrizados cuyas dimensiones y masa son despreciables, si se las compara con las distancias que lo alejan de otros cuerpos electrizados.
Átomos
Los átomos son unidades fundamentales de la materia, formados por un núcleo con carga eléctrica positiva, llamada protones, y los neutrones, partículas de carga neutra.
El núcleo atómico, que representa casi toda la masa (99,9%) del átomo, está envuelto por una nube de electrones de carga negativa, ubicados en la electrósfera.
Protones (p +)
Los protones son partículas electrizadas con carga positiva, las cuales, junto a los neutrones, constituyen el núcleo de los átomos.
Poseen el mismo valor de la carga de los electrones, y por eso, los protones y los electrones tienden a atraerse eléctricamente.
El valor de la carga del protón y del electrón se denomina cantidad de carga elemental (e) y tiene el valor de e = 1,6 .10-19 C.
Electrones (e-)
Los electrones son minúsculas partículas electrizadas con carga negativa y masa despreciable (alrededor de 1840 veces menor que la masa del núcleo atómico).
A diferencia de los protones y los neutrones, los electrones se encuentran en la electrósfera, los cuales giran alrededor del núcleo atómico, gracias a la fuerza electromagnética.
Neutrones (n0)
Los neutrones son partículas de carga neutra, es decir, no tienen carga; junto con los protones, constituyen el núcleo de los átomos.
Tiene gran importancia en el núcleo de los átomos, ya que proporciona estabilidad al núcleo atómico.
Campo eléctrico
El campo eléctrico es un lugar donde hay una fuerte concentración de fuerza eléctrica, es un tipo de fuerza que las cargas eléctricas generan a su alrededor.
Cálculo de cargas eléctricas
Para calcular la cantidad de cargas eléctricas, se utiliza la siguiente expresión:
Q = n.e
donde,
- Q: carga eléctrica
- n: cantidad de electrones
- e: 1,6. 10-19C, llamada carga eléctrica elemental
Ley de Coulomb
La Ley de Coulomb fue formulada por el físico francés Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) a finales del siglo XVIII. Presenta conceptos acerca de la interacción electrostática entre las partículas eléctricamente cargadas:
«La fuerza de acción mutua entre dos cuerpos cargados tiene la dirección de la línea que une los cuerpos y su intensidad es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Así, para calcular la fuerza de las cargas:
F = K q1.q2/r2
donde:
- F: fuerza (N)
- K: constante eléctrica: 9.109 N.m2/C2
- q1 y q2: cargas eléctricas (C)
- r: distancia de la fuerza eléctrica (m)