“Electrostática”
La electrostática es la rama de la electricidad
encargada de estudiar las cargas electrostáticas en reposo. Todos los cuerpos
que nos rodean están compuestos por materia, la cual a su vez está conformada
por pequeñas partículas que no son visibles a simple vista, llamados átomos.
Los
átomos tienen electrones que contienen carga eléctrica negativa, protones
que poseen carga eléctrica positiva y por los neutrones que no tienen carga
eléctrica.
La electrostática es la rama de
la Física que analiza los efectos mutuos que se producen entre los
cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las
cargas eléctricas en equilibrio. La carga eléctrica es la propiedad de la
materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en
forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
Históricamente, la electrostática fue la rama
del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación
de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de
laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad
del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron
definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las
leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos
magnéticos pueden ser analizadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.
“Ley
de Coulomb”
La ley de Coulomb puede expresarse
como:
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La
magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas
puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud
de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que
las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de
repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo
contrario.
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La constante de proporcionalidad depende de la
constante dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas.
Se nombra en reconocimiento del físico
francés Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806), que la enunció en
1785 y forma la base de la electrostática.
Charles-Augustin de Coulomb desarrolló
la balanza de torsión con la que determinó las propiedades de la
fuerza electrostática. Este instrumento consiste en una barra que cuelga de una
fibra capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra tiende a hacerla regresar a
su posición original, con lo que conociendo la fuerza de torsión que la fibra
ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza ejercida en un punto de la
barra. La ley de Coulomb también conocida como ley de cargas
tiene que ver con las cargas eléctricas de un material, es decir, depende de si
sus cargas son negativas o positivas.
Variación de la
fuerza de Coulomb entre dos cargas puntuales en función de la distancia.
En la barra de la balanza, Coulomb colocó una
pequeña esfera cargada y a continuación, a diferentes distancias, posicionó
otra esfera también cargada. Luego midió la fuerza entre ellas observando el
ángulo que giraba la barra.
“Campo eléctrico e intensidad de campo eléctrico”
El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y
sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor sufre los efectos de una fuerza eléctrica.
En los modelos relativistas actuales, el campo
eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, en campo
tensorial cuadridimensional,
denominado campo electromagnético Fμν.2
Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto
en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los
fenómenos eléctricos, como la ley de
Coulomb, solo
tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en
las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.
Esta definición general indica que el campo no es
directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre
alguna carga colocada en su seno. La idea de campo eléctrico fue propuesta por
Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832.
La presencia de carga eléctrica en una región del
espacio modifica las características de dicho espacio dando lugar a un campo
eléctrico. Así pues, podemos considerar un campo eléctrico como una región del
espacio cuyas propiedades han sido modificadas por la presencia de una carga
eléctrica, de tal modo que al introducir en dicho campo eléctrico una nueva
carga eléctrica, esta experimentará una fuerza.
El campo eléctrico se representa matemáticamente
mediante el vector campo eléctrico, definido como el cociente entre
la fuerza eléctrica que experimenta una carga testigo y el valor de esa carga
testigo (una carga testigo positiva).
La definición más intuitiva del campo eléctrico
se la puede dar mediante la ley de Coulomb. Esta ley, una vez generalizada,
permite expresar el campo entre distribuciones de carga en reposo relativo. Sin
embargo, para cargas en movimiento se requiere una definición más formal y
completa, se requiere el uso de cuadrivectores y el principio de mínima acción.
