La fuerza eléctrica
Nuestro estudio de la electricidad comienza con la electrostática
y la fuerza electrostática, una de las cuatro fuerzas fundamentales de
la naturaleza. La fuerza electrostática está descrita por la ley de
Coulomb. Usamos la ley de Coulomb para encontrar las fuerzas generadas
por configuraciones de carga.
La electrostática se ocupa de las fuerzas entre las cargas. La palabra estática significa que las cargas no se mueven, o por lo menos que no se mueven tan rápido.
La carga
¿Cómo sabemos que existe una cosa como la carga? El concepto de carga surge de una observación de la naturaleza: fuerzas entre los objetos. La carga eléctrica
es la propiedad de los objetos que da lugar a esta fuerza observada.
Como la gravedad, la fuerza eléctrica "actúa a distancia". La idea de
que una fuerza puede "actuar a distancia" es bastante alucinante, pero
es lo que la naturaleza realmente hace.
Las fuerzas eléctricas son muy grandes, mucho más grandes que la fuerza de la gravedad. A diferencia de la gravedad, hay dos tipos de carga eléctrica, (mientras que solo hay un tipo de gravedad, que solo es atractiva).
Las cargas opuestas se atraen:
Las cargas iguales se repelen:
La fuerza entre cargas: la ley de Coulomb de la fuerza eléctrica
La ley de Coulomb describe muy bien este fenómeno natural. Matemáticamente, la ley tiene la forma:
donde:
- F, with, vector, ones la fuerza eléctrica, y va en dirección de la recta que une los dos cuerpos cargados.
- K
es una constante de proporcionalidad que relaciona el lado izquierdo de
la ecuación (newtons) con el lado derecho (coulombs y metros). Es
necesaria para hacer que la respuesta sea correcta cuando llevamos a
cabo un experimento real.
- y representan la cantidad de carga en cada cuerpo, en unidades de coulombs (la unidad del SI para la carga).
- res la distancia entre los cuerpos cargados.
- es un vector unitario variable que nos recuerda que la fuerza apunta en la dirección de la recta que une las dos cargas. Si las cargas son iguales, la fuerza es repulsiva; si las cargas son opuestas, la fuerza es atractiva.
La constante eléctrica : la permitividad del vacío
A menudo escribimos la constante de proporcionalidad K de la forma:
y expresamos la ley de Coulomb como:
La letra griega es la constante eléctrica, también conocida como la permitividad del vacío. La ley de Coulomb describe algo que ocurre en la naturaleza. La constante eléctrica, \epsilon, start subscript, 0, end subscript, describe la configuración experimental y el sistema de unidades. Por "configuración experimental" se refiere a medir F, with, vector, on top sobre cargas puntuales (o, mejor dicho, algún objeto que actúa como carga puntual, como esferas cargadas). La constante \epsilon, start subscript, 0, end subscript ha sido medida experimentalmente y su valor es, en el sistema de unidades SI.
Con este valor de \epsilon, start subscript, 0, end subscript:
Para propósitos de cálculo, podemos redondear el valor de K a algo fácil de recordar:
Las dimensiones de K son: newton-metro, slascoulomb.
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