¿Qué estoy aprendiendo?
Los fenómenos eléctricos, específicamente los de electrificación estática han sido conocidos desde hace ya miles de años. Para introducirnos al estudio de estos fenómenos discutiremos algunos 'experimentos', que nos permiten, a pesar de su simplicidad, obtener algunas conclusiones importantes.
Tomemos un trozo de vidrio y un trozo de resina solidificada (ámbar), ninguno de los cuales presenta propiedades 'eléctricas'. Realicemos las siguientes pruebas con estas muestras:
Si ahora tomamos otros dos trozos, uno de vidrio y el otro de resina, y los frotamos entre sí, se observará lo siguiente:
Este sencillo experimento nos permite concluir que existen dos clases de 'electricidad', que podemos llamar 'tipo vidrio' o 'positiva' y 'tipo resina' o negativa. Naturalmente, un solo experimento no es suficiente para establecer este hecho, pero lo aceptaremos ya que todos los experimentos realmente realizados en siglos de experimentación son compatibles con la existencia de sólo dos clases de 'electricidad'. Desde luego que no hay nada intrínsecamente positivo ni negativo en el vidrio ni el ámbar (resina), se trata sólo de una convención útil.
Consideremos ahora un recipiente metálico, no electrificado, aislado. Se introduce un trozo de vidrio electrificado (carga positiva) en el interior del recipiente, sin tocarlo. Entonces, visto desde el exterior, el recipiente metálico aparece como cargado positivamente. Esta situación se puece visualizar si se suspende del recipiente un par de láminas metálicas conectadas al recipiente por medio de un hilo metálico. La situación se muestra en la figura
Figura: Electrificación por inducción. Un recipiente metálico, con un objeto cargado positivamente en su interior. El electroscopio muestra que la carga en el exterior es positiva.
Tomemos ahora un trozo de resina, tambien electrificada, y acerquémoslo al recipiente. Se observa lo siguiente:
Consideremos dos recipientes metálicos (de cobre o aluminio, por ejemplo), ambos aislados entre sí. Tomemos un trozo de vidrio electrificado e introduzcámoslo dentro de uno de lo recipientes -sin tocar sus paredes-. Llamemos 'A' a éste recipiente y 'B' al otro recipiente. Tomemos un trozo de alambre metálico (cobre) y unamos los recipientes A y B con él. Se observa lo siguiente:
No seguiremos describiendo la multitud de experimentos que se han realizado, nos bastará con decir que estos experimentos apoyan la idea que en la naturaleza existen sólo dos tipos de electricidad, que llamamos negativa y positiva. Podemos añadir, además, dos propiedades importantes de la carga eléctrica, con el objeto de comenzar a apreciar su significado. Estas son la conservación de la carga electrica, y la cuantización de la carga eléctrica. Estas propiedades son, hasta donde se sabe, independientes.
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Ejercicio: Demostrar que la fuerza eléctrica entre dos protones es 1036 veces superior que la interacción gravitatoria entre ellos.
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o en forma diferencial
Frecuentemente la carga se distribuye en una capa delgada sobre la superficie de un cuerpo. En tales casos se define la densidad de carga superficial como la carga por unidad de área:
o en forma diferencial
Análogamente, si la carga se encuentra distribuida a lo largo de una línea en el espacio, definimos la densidad de carga lineal como la carga por unidad de longitud:
o en forma diferencial