"Fundamentos básicos de la Electrostática"

Un saludo para todos, también a las comunidades de hablas hispana como: #cervantes, #stem-espanol, #proconocimiento, continuando en el mundo de la ciencia y la física, para el día de hoy les traigo la electrostática, la cual se encarga de estudiar los efectos mutuos que se producen entres los cuerpos, como consecuencias de su carga eléctrica, en general esta carga eléctricas es la propiedad de la materias responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.

Estructura eléctrica de la materia
Las primeras teorías sobre la estructura eléctricas de la materia propuesta por Benjamín Franklin, suponía que la materia contenía fluido eléctricos, de tal forma logrando frotar dos cuerpos parte del fluido de uno pasa al otro, con lo que el primero queda con electricidad negativa por defecto de fluido y el segundo con electricidad positiva debido al exceso de éste fluido.

Los fenómenos electrostáticos, fuente imagen de pixabay

Los fenómenos electrostáticos producido por el frotamiento, pueden adquirir proporciones muchos más espectaculares, que las simples atracciones y repulsiones , cuando se acumulan cierta cantidad de carga, puede saltar una chispa a través de un material puede ser aislante como el aire, para que salte una chispa entre dos puntos separado por el aire, la diferencias de potencial deben ser de miles de voltios por centímetro.

En la actualidad con el tiempo de ser establecida y aceptada la teoría atómica, el fenómeno electrostático se interpreta de manera diferente y concisa; la materia esta formada por átomos, compuestos, partículas elementales con características eléctricas. En el e centro del átomo se encuentran los protones, que son partículas con electricidad positiva y su lado giran electrones, que son partículas con carga negativa; cuando el numero de electrones es igual al de protones, el átomo es eléctricamente neutro.

Por otro lado tenemos una sustancia con todos sus átomos neutros, el cual no manifiesta externamente ninguna propiedad eléctrica, si se frotan dos materiales, uno de ellos arranca algunos electrones de los átomos superficiales del otro, el material que gana electrones adquieren electricidad negativa y el que los pierde positiva. La magnitud física, que cuantifica estos fenómenos electrostáticos se denominan carga eléctrica, en donde la carga elemental es la del electrón, ya que la del protón tiene el mismo valor y signo opuesto de todos los cuerpos cargado tendrán una carga del electrón.

Las unidades usadas de manera habitual, para medir la carga del cuerpo son múltiplos muchos mayores, que la carga del electrón; en el sistema internacional de unidades se usa el culombios(C), cuya carga equivale 6.3x10^18 veces la carga del electrón.

Es importante conocer los siguientes conceptos:

Campo electrostático: Región en la cual una partícula cargada, estacionaria, se halla sometida a una fuerza debida a la distribución de carga electrostática.
Enfoque electrostático: Concentración de un haz electrónico.
Generador electrostático: Generador cuyo funcionamiento se basa en los fenómenos de influencia electrostática.
Influencia electrostática: Fenómeno que causa separación de las cargas de un cuerpo bajo influencia de un campo eléctrico.

Diccionario de Electrónica, Informática Y Energía Nuclear Escrito por Mariano Mataix Lorda, Miguel Mataix Hidalgo pagina 205.

Ley de coulomb y campos electrico
Los cuerpos cargados manifiestan ciertas interacción entre ellos, dos cuerpos con cargas diferentes se atraen y con cargas iguales se repelen puede comprobarse, que dos cuerpos se atraen más cuantos mayores sean su cargas y también cuando mas cerca se encuentren el uno del otro. Este hecho queda reflejado en la ley establecida por Charles Coulomb, el cual uso una balanza de torsión, como la que uso Cavendish, para medir la constante de gravitación universal.

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), fuente de imagen de dominio de Wikimedia Commons

La expresión de la ley de Coulomb, tiene una forma similar a la gravitación universal, sin embargo, en este caso es la carga eléctrica y no la masa la responsable del fenómeno. La fuerza atractiva o repulsiva según los signos respectivos de las cargas, es proporcional al múltiplo de las cargas, de los dos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos, también tenemos la constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en que se encuentran las cargas.

En algunos caso es importante analizar los fenómenos electrostáticos, a partir del concepto de campo eléctrico, expresión con la que se designa la zona del espacio, en la que se manifiestan fuerzas eléctricas sobre un cuerpo cargado, donde la intensidad del campo eléctrico en un punto es la fuerza, que dicho campo ejerce sobre la unidad de carga eléctrica situada en dicho punto. Si conocemos el valor del campo eléctrico, E en un punto y la fuerza F, que el campo ejercerá sobre una carga q, será el producto: F=Exq.

Potencial electrostático
La energía potencial se define como la energía, que tiene los cuerpos sometidos a una fuerza, que depende de su posición en el espacio, aparece así la energía potencial gravitatoria y la energía elástica, sobre un cuerpo cargado situado en un campo eléctrico, actúan una fuerza que el cuerpo está libre para moverse, lo desplazará y lo comunicará un trabajo. En consecuencia la energía potencial eléctrica, que posee un cuerpo depende de su posición, el cual dependerá su posición en el campo.

Hay que tomar en cuenta lo siguiente, el potencial eléctrico de un punto del campo es la energía, en dicho punto tendría la unidad de carga positiva, se considera que la fuerza del campo, la carga no tiene energía, el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario, para llevar la carga desde el exterior del campo, hasta el punto considerado. La unidad potencial eléctrico en el sistema internacional es el voltio(V), equivalente al potencial de un punto tal que se precisó realizar un trabajo 1 J, para trasladar hasta él, desde fuera del campo es una carga +1C, el potencial eléctrico es una magnitud escalar y puede ser positivo o negativo, el trabajo efectuado para trasladar la unidad de carga positiva entre dos puntos equivalente a la diferencia de potencial entre ellos.

Culmino con lo siguiente, son múltiples los fenómenos, que hacen aparecer cargas eléctricas por frotamientos de dos cuerpos eléctricamente neutros, ya que es un proceso exclusivamente superficial, no interviene mas que los átomos de la parte externa de los objetos, que ponemos en contactos. Siempre que existe esta interacción se produce la creación de carga, opuesta en los dos cuerpos puede ocurrir, que las cargas tenga un valor muy pequeño, que se distribuye por todo el cuerpo como un conductor, las condiciones de la experiencia pueden ser muy variada con materiales comunes.

Todos los fenómenos electrostático tiene una zona a su alrededor de un cuerpo cargado, en el que aparecen fuerza eléctricas sobre otros cuerpos cargados, como su campo eléctrico, de tal manera que impulsara cualquier carga positiva hacia zonas potenciales menores.

Bibliografía.

Electrostática - Teoría y ejercicios resueltos por Rocío Navarro Lacoba - 2014.

Diccionario de Electrónica, Informática Y Energía Nuclear - Página 205 por Mariano Mataix Lorda, Miguel Mataix Hidalgo - 1999.

Electrotecnia - Página 265 por Peter Bastian - 2001.