En la parte I tratamos el aspecto básico de la carga y que la resumimos en dos postulados muy importantes de la Electrostática, a saber: El teorema de cuantificación de la carga y el teorema de conservación de la carga. Centrémonos en este último: en todo sistema aislado la carga eléctrica neta de dicho sistema siempre se conserva sin importar como interactúen las cargas que lo conforman entre sí.
Vamos a empezar este post precisamente desde ahí: cómo interactúan las cargas eléctricas; una partícula que se logre cargar eléctricamente y que se acerca a otra partícula también cargada, entre ellas se ejercerá una fuerza eléctrica, de atracción o de repulsión, dependiendo de la carga que adquiera cada partícula, y como ya mencionamos la magnitud de la fuerza eléctrica será proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa; es decir, si la carga en las dos partículas es positiva experimentan una fuerza de repulsión, por el contrario si la carga adquirida es opuesta, positiva y negativa, experimentan una fuerza de atracción, desde el punto de vista del algebra vectorial se puede resumir con el siguiente gráfico, ver figura:
En base a esto debemos saber cómo electrizar un cuerpo, es decir cómo hacer que adquiera carga eléctrica. La electrización es el proceso en que un cuerpo pierde o gana electrones, podemos electrizar un cuerpo de la siguiente manera:
· Frotamiento
· Contacto
· Inducción
1) Electrización por frotamiento: Cuando frotamos con un pedazo de seda una varilla de vidrio (ambos eléctricamente neutros) y luego acercamos la varilla a pequeños trozos de papel vemos que los pedacitos de papel se adhieren a la varilla, es decir al frotarla adquiere carga eléctrica que es opuesta a la de los trozos de papel decimos entonces que hay una fuerza eléctrica de atracción. ¿Los papelitos se quedan adheridos por siempre a la varilla de vidrio? La varilla quedó con un déficit de electrones (carga positiva) y la seda quedó con carga negativa (exceso de electrones).
2) Electrización por contacto: Cuando electrizamos un cuerpo por contacto lo que se hace es tocar un cuerpo eléctricamente neutro con uno ya cargado, entonces hay una transferencia de carga. El cuerpo que estaba neutro adquiere una carga de igual signo que la del cuerpo ya cargado y la carga se distribuye por igual en los dos cuerpos. En el proceso el cuerpo que contenga mayor numero de electrones se mueve hacia el que esté con menos electrones hasta que el sistema esté en equilibrio, es decir hasta que la magnitud de la carga sea igual en ambos cuerpos.
3) Electrización por inducción: En este proceso se puede obtener carga eléctrica en un cuerpo eléctricamente neutro sin necesidad de ser tocado por otro previamente cargado, solo acercándolo, la carga adquirida por el cuerpo neutro es de igual magnitud, pero de signo contrario que la carga que tiene el cuerpo previamente cargado. Imagínese una esfera A con carga positiva y la acercamos a una esfera B (sin carga), el lado izquierdo de B adquiere una carga negativa y el otro lado adquiere carga positiva, dejando las dos esferas fijas conectamos a tierra la esfera B y desde tierra circulan electrones hacia B neutralizando la carga positiva, por ultimo quitamos el cable de tierra y alejamos la esfera A ocasionando una redistribución de la carga eléctrica en B, quedando con carga de igual magnitud de A pero de signo contrario.
Dicho esto, debemos tener en cuenta que en electricidad hablamos de materiales conductores y materiales aislantes, para nuestros cálculos, sobre todo en distribuciones de cargas continua, debemos tener muy claro estos conceptos. Pero vamos más allá, las aplicaciones, los conductores son aquellos que permiten el movimiento de carga en su interior y los aislantes no tienen esa propiedad, la carga eléctrica no se mueve con facilidad. Por ejemplo, para la transmisión de energía eléctrica se usa cobre y aluminio (arvidal) que son buenos materiales conductores, el cableado doméstico de nuestras casas no lo vemos se encuentra empotrado en la pared y guiado mediante tubería PVC desde el tablero eléctrico a los distintos puntos de electricidad (toma corrientes y luminarias) por lo general ese conductor está recubierto de plástico y es un filamento de cobre, los postes de distribución que vemos en la ciudad tienen un conductor de aluminio que pasa a través de un transformador para que la energía eléctrica sea distribuida a los distintos centros de consumo.
Los materiales aislantes también tienen su aplicación, y muy importantes, ¿Ud. cree que una línea de transmisión está adherida a la estructura de metal? No, ¿por qué? es obvio que las torres de alta tensión o postes de distribución son de metal y los metales son conductores por lo tanto la línea (el conductor) se aísla de la estructura metálica para que esta no se energice, eso se conoce en ingeniería como medidas de seguridad industrial. Entonces, qué es lo que se hace, simplemente, el conductor se suspende por medio de unos aisladores. Tómense un tiempo para verlo cuando vayan en carretera hacia otra ciudad, si se fijan verán torres de alta tensión y observarán que el conductor está sujeto a unos carretes de aisladores, no está directamente adherido a la estructura. En la ciudad Uds. pueden notar los postes de distribución, la línea va por encima del poste, pero descansa en aisladores para no tener contacto con el metal. Estos aisladores son por lo general de cerámica, vidrio o plástico.
Para efectos de cálculo, sí queremos calcular la fuerza resultante de un conjunto de cargas puntuales sobre una carga en particular debemos aplicar el principio de superposición; calculamos la fuerza que ejerce cada carga sobre la carga en estudio y luego la resultante es la suma vectorial de todas las fuerzas calculadas, aquí hacemos una pausa, es importante que recuerden que una sumatoria de fuerzas es sumar vectores, es decir, debemos calcular las componentes de cada fuerza actuante y luego la resultante será la suma de todos esos vectores.
Para tal efecto, lo aconsejable es realizar un diagrama de cuerpo libre para identificar las fuerzas que actúan y así obtener las componentes de cada fuerza (como lo hacían en su curso básico de mecánica clásica). De tener dudas en cuanto al algebra vectorial lo aconsejable es que las aclaren debido a que el cálculo vectorial será herramienta de apoyo en sus cursos de electromagnetismo.
Espero que estás primeras lecturas les sea de ayuda para complementar sus estudios recuerden ir a los libros para que perfeccionen más sus conocimientos y aclaren más sus dudas, para el próximo post empezaré a tratar el tema de campo eléctrico, sí entienden bien esta primera parte el concepto de campo se les hará más fácil, cualquier duda también se las puedo aclarar y si te gustó esta nota puedes hacer like y compartir en las redes sociales.