Carga Eléctrica: Los Pilares del Universo Físico
Los átomos, las unidades fundamentales de la materia, están compuestos por electrones, protones y neutrones. Los protones y neutrones, con masas similares (aproximadamente 1,67 x 10-27 kg), residen en el núcleo atómico, unidos por la fuerza gravitacional. Los electrones, mucho más ligeros (aproximadamente 9,10 x 10-31 kg), orbitan el núcleo en constante movimiento.
Modelos Atómicos a lo Largo de la Historia
El primer modelo atómico, propuesto por John Dalton en 1808, describía los átomos como esferas indivisibles. En 1904, Joseph John Thomson introdujo el modelo del «budín de pasas», con electrones incrustados en una esfera positiva. Ernest Rutherford, en 1911, descubrió el núcleo atómico, proponiendo un modelo con electrones orbitando un núcleo central. Finalmente, Niels Bohr, en 1913, refinó este modelo, describiendo órbitas electrónicas específicas.
Cargas Eléctricas: Atracción y Repulsión
Los protones y electrones poseen una propiedad fundamental llamada carga eléctrica. Cargas del mismo signo se repelen, mientras que cargas opuestas se atraen. Por convención, los protones tienen carga positiva y los electrones carga negativa.
En su estado natural, los átomos son eléctricamente neutros, con igual número de protones y electrones. La ionización, el proceso de ganar o perder electrones, crea iones con carga neta.
Culombio: La Unidad de la Carga Eléctrica
La unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional es el culombio (C), nombrado en honor a Charles-Augustin de Coulomb. Un culombio equivale a la carga de aproximadamente 6,24 x 1018 electrones.
Ley de Coulomb: La Fuerza entre Cargas
La Ley de Coulomb describe la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales. La fuerza es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.
F = k * (q1 * q2) / d2
Donde:
- F es la fuerza electrostática
- q1 y q2 son las cargas
- d es la distancia entre las cargas
- k es la constante de Coulomb
Campo Eléctrico: La Influencia Invisible
El campo eléctrico es la región que rodea a una carga eléctrica, donde otras cargas experimentan una fuerza. La intensidad del campo eléctrico en un punto se define como la fuerza por unidad de carga.
E = F / q
Las líneas de fuerza representan la dirección del campo eléctrico.
Flujo del Campo Eléctrico
El flujo del campo eléctrico mide la cantidad de líneas de fuerza que atraviesan una superficie.
Φ = E * S (para campos uniformes)
Trabajo y Energía Potencial Eléctrica
El trabajo eléctrico es el realizado para mover una carga en un campo eléctrico. La energía potencial eléctrica es la capacidad de realizar este trabajo.
Potencial Eléctrico y Diferencia de Potencial
El potencial eléctrico en un punto es la energía potencial por unidad de carga.
V = Ep / q
La diferencia de potencial entre dos puntos es el trabajo necesario para mover una carga entre ellos.