Una carga eléctrica es una propiedad física que determina la capacidad de los cuerpos para ser una fuente de campos electromagnéticos. Este tipo de partículas tiene la capacidad de interactuar entre ellas generando fuerzas de repulsión y atracción debido al campo electromagnético que generan.
La unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el Coulomb: una carga eléctrica que pasa a través de la sección transversal de un conductor con una corriente de 1 amperio durante 1 segundo.
La carga eléctrica de un cuerpo es una propiedad invariablemente relativista. No depende del marco de referencia, lo que significa que no depende de si esta carga se mueve o descansa.
El principio de la conservación de la carga indica que la cantidad de carga eléctrica de un sistema aislado no se crea ni se destruye.
Los fenómenos eléctricos son los fenómenos en los que intervienen cargas eléctricas. Las dos ciencias que en la física estudian estos fenómenos son:
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La electrostática estudia el efecto de las cargas puntuales en reposo.
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La electrodinámica estudia el efecto de las cargas eléctricas en movimiento.
Tipos de cargas eléctricas
Existen dos tipos de cargas eléctricas:
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Los protones con carga positiva. Los objetos que tienen una carga positiva poseen un número mayor de protones que de electrones.
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Los electrones con carga negativa. Los elementos que tienen una carga negativa poseen un mayor número de electrones que de protones.
Los protones y los electrones son las dos cargas eléctricas más pequeñas que se han observado por separado. Junto al neutrón (que no tienen carga) son las subpartículas que componen los átomos.
¿Qué es una carga eléctrica elemental?
Una carga elemental es la carga eléctrica más pequeña que puede existir en la naturaleza. Este valor de una carga elemental “e” corresponde a la carga de un protón o de un electrón tiene un valor de 1,60217653 × 10-19 C. Por esta razón, la carga eléctrica sólo ocurre en múltiplos enteros de la carga elemental e.
Las cargas que no son múltiplos de e, solo ocurren en quarks. Estas son partículas elementales, cuya carga es un múltiplo de e / 3. Sin embargo, los quarks nunca se han observado por separado.
El electrón
El electrón es una partícula subatómica que tiene una masa en reposo de 9.10938356 × 10-31 kg, igual a aproximadamente 1/1836 de la del protón.
Dentro de un átomo, los electrones aparecen moviéndose alrededor del núcleo.
El protón
El protón, junto al neutrón, forma parte del núcleo de los átomos. El número atómico ( Z ) a partir del cual se clasifican los elementos químicos en la tabla periódica indica el número de protones que posee un átomo.
El protón es estable por sí mismo. Un protón libre tiene tendencia de asociarse con un electrón y convertirse en hidrógeno neutro.
Ley de las cargas eléctricas: Fuerzas electrostáticas
La ley de Coulomb expresa la atracción o repulsión de los objetos cargados en reposo. Las cargas de mismo signo se repelen mediante fuerzas eléctricas y las de signo contrario se atraen. Las cargas eléctricas pueden provocan:
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Un campo eléctrico, independientemente de su estado de movimiento.
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Un campo magnético, si se mueven formando una corriente eléctrica. Un campo magnético ejerce una fuerza Lorentz sobre una carga que atraviesa la dirección del campo. Esta es la causa del fenómeno de inducción, descrito por la ley de Faraday.
Voltaje y capacidad de las cargas eléctricas
La fuerza de repulsión entre dos cargas eléctricas disminuye con el cuadrado de la distancia entre las partículas. Al agregar partículas cargadas a un conductor eléctrico, la distancia entre las partículas disminuye. Por lo tanto, se necesita más energía para agregar una carga adicional. Esto es el potencial eléctrico o voltaje del conductor, expresado en voltios (V).
Los condensadores eléctricos se utilizan para almacenar energía. Estos elementos hacen uso de la fuerza de atracción entre partículas con carga opuesta en dos conductores cercanos, para compensar la fuerza repulsiva de partículas con carga igual dentro de cada conductor.
La carga también se puede almacenar en una esfera metálica aislada de la tierra. La cantidad máxima de carga en las esfera cargadas eléctricamente depende linealmente del tamaño de esa esfera.
