¿Qué estudia la electrostática?

La electrostática es la parte de la física que estudia las cargas eléctricas en reposo y las fuerzas que aparecen entre ellas. Muchos fenómenos cotidianos, como que un globo se pegue a la pared o que el pelo se erice al peinarlo, se explican con este tema.

Toda la materia está formada por átomos con protones, electrones y neutrones:

• Los protones tienen carga positiva.
• Los electrones tienen carga negativa.
• Los neutrones no tienen carga.

Un cuerpo es neutro cuando tiene igual número de protones y electrones. Si gana electrones queda cargado negativamente. Si pierde electrones queda cargado positivamente.

Tipos de interacción entre cargas

Las cargas eléctricas interaccionan según una regla sencilla:

• Cargas del mismo signo se repelen.
• Cargas de signo contrario se atraen.

Esta interacción se debe a una fuerza eléctrica que puede actuar incluso sin contacto directo.

Formas de electrizar un cuerpo

Un objeto puede cargarse de varias maneras:

Electrización por frotamiento

Al frotar dos materiales, algunos electrones pasan de uno a otro. Por eso una regla de plástico frotada con lana puede atraer pequeños trozos de papel.

Electrización por contacto

Si un cuerpo cargado toca a otro, puede transferirle parte de su carga.

Electrización por inducción

Un cuerpo cargado puede redistribuir las cargas de otro cuerpo cercano sin tocarlo. Este mecanismo es clave para entender muchos experimentos de laboratorio.

Conductores y aislantes

No todos los materiales permiten mover las cargas con la misma facilidad.

• Los conductores permiten el movimiento de electrones con facilidad, como los metales.
• Los aislantes dificultan ese movimiento, como el plástico, el vidrio o la madera seca.

Ley de Coulomb

La intensidad de la fuerza entre dos cargas puntuales viene dada por la ley de Coulomb:

Donde:

• \(F\) es la fuerza eléctrica.
• \(k\) es una constante.
• \(q_1\) y \(q_2\) son las cargas.
• \(r\) es la distancia entre ellas.

Esta expresión indica dos ideas importantes:

1. Si las cargas aumentan, la fuerza aumenta.
2. Si la distancia aumenta, la fuerza disminuye muy rápidamente, porque depende de \(r^2\).

Ejemplo resuelto

Dos cargas se separan al doble de distancia. ¿Qué ocurre con la fuerza eléctrica?
Como la fuerza depende de \(1/r^2\), al duplicar la distancia la fuerza pasa a ser la cuarta parte.

Campo eléctrico y fuerza eléctrica

Una carga crea a su alrededor una región en la que otras cargas notan una fuerza. Esa región se llama campo eléctrico.

Podemos imaginarlo como una forma de describir cómo una carga modifica el espacio que la rodea. Cuando colocamos otra carga en esa zona, aparece una fuerza.

Descargas eléctricas y electricidad estática

Cuando se acumula mucha carga en un cuerpo puede producirse una descarga eléctrica. Un ejemplo natural es el rayo. En menor escala, también sentimos pequeñas descargas al tocar una puerta metálica después de caminar sobre una alfombra.

Para reducir estos efectos se usan materiales conductores conectados a tierra, que permiten evacuar la carga sobrante.

Ideas clave

• La carga eléctrica puede ser positiva o negativa.
• Un cuerpo neutro tiene igual cantidad de cargas positivas y negativas.
• Las cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen.
• La fuerza eléctrica disminuye al aumentar la distancia.
• La electrostática explica numerosos fenómenos cotidianos y tecnológicos.