Carga eléctrica
La carga eléctrica es una propiedad de la materia cuando experimenta una fuerza al estar en un campo electromagnético.
La idea detrás de esto es:
Las partículas fundamentales pueden tener carga eléctrica igual a 0, +1 o −1:
- + y − se atraen el uno hacia el otro
- + repele a +
- − repele a −
Lo resumimos diciendo:
Los opuestos se atraen y las cargas iguales se repelen.
La carga eléctrica es la materia experimentando fuerza en un campo electromagnético.
La carga eléctrica se puede sentir a distancia (lo que se denomina campo eléctrico).La carga se mide en Coulombs o Culombios (C) y puede ser cualquier múltiplo de la carga elemental (e), como 0, +1e, −1e, +2e, −2e, etc.
- e = 1.602176634 × 10-19 Coulombs. ¡Muy poco!
- Un culombio equivale a la carga de aproximadamente 6.241509×1018 electrones. ¡Eso es mucho!
La carga eléctrica se conserva: no
se crea ni se destruye, sino que puede transferirse de un objeto a
otro.
A materiales como el cobre y el aluminio se les puede quitar
fácilmente electrones de los átomos: decimos que son "conductores":
Nuestro átomo pierde un electrón y ahora está cargado
positivamente.
y el electrón cargado negativamente ahora es
móvil.
En un cable esto sucede aleatoriamente todo el tiempo:
Cuando se aplica voltaje a través de un cable, ¡sucede algo interesante! Las cargas adicionales se incluyen al final:
Después de un rato, se estabiliza en un movimiento neto de carga en una dirección (pero aún un poco aleatorio):
Esta carga que fluye se llama corriente.
La corriente se mide en amps (o amperios) y es igual a 1 culombio de carga que fluye en 1 segundo:
Un culombio es igual a la carga de aproximadamente 6.241509×1018 electrones
El símbolo de culombios es C y el símbolo de amperios es A.Algunas cosas interesantes:
- Es la carga que empuja a los electrones.
- ¡La carga se extiende más allá del cable!
- Pero los únicos electrones libres para moverse están en el cable, por lo que es allí donde fluye la corriente.
Un flujo de electricidad se llama corriente porque es similar a una corriente de agua:
Hay otras similitudes con el agua, véase la analogía del agua y la electricidad para saber más.
Ley de Coulomb
La carga produce fuerza.
Pero ¿cuánta fuerza hay entre dos electrones? No mucha realmente, y depende de la distancia entre ellos.
Todo está dado por la ley de Coulomb:
F = k q1q2r2
- F = Fuerza entre partículas en Newtons (N)
- k = Constante de Coulomb (8.9875517873681764 x 109 Nm2/C2, o simplemente 9 x 109)
- q1 y q2 = la carga de cada partícula en Coulombs (C)
- r = distancia (m)
Ejemplo: dos electrones separados por 1 mm
La carga de un solo electrón es solo de aproximadamente −1.6 x 10-19 Coulombs, usémosla tanto para q1 y q2 en la Ley de Coulomb:
Vaya, eso es muy poco.
Pero hay MUCHOS electrones en un trozo de cable. Un típico cable de un metro tiene casi 1023 átomos, la mayoría con un electrón libre.
Campos eléctricos
Podemos ver las fuerzas entre partículas cargadas usando diagramas de campos eléctricos (lee Arrullo "eléctrico" de aves y Animación de un campo eléctrico para saber más).
Un diagrama de campo eléctrico.
¡Hay varias ecuaciones al respecto! Lee Cálculos con cargas eléctricas
Dato curioso: dirección y tasa de flujo de carga
En un circuito típico, el flujo de carga va desde el terminal positivo de la fuente de energía (como una batería) hacia el terminal negativo. Pero en realidad son los electrones cargados negativamente los que se mueven en dirección opuesta, desde el terminal negativo hacia el terminal positivo.
