Fuerza eléctrica

En qué consiste

La fuerza eléctrica es la fuerza que se da entre dos cargas eléctricas por medio de fuerzas de atracción y de repulsión, fuerzas que no existen en todos los tipos de cargas.  El concepto de fuerza eléctrica fue dado por Charles Agustín de Coulomb en el año 1785 por medio de una balanza diseñada por él mismo, que buscaba mejorar la brújula que utilizaban los marineros haciendo experimentos con cargas eléctricas.

Podemos también definir el concepto de fuerza como una magnitud vectorial que posee la propiedad de poder cambiar la forma que tienen los objetos, de romper su inercia, de modificar su velocidad y de poder cambiar su estado de reposo, cuando son puestos en movimiento.  Podríamos decir también que fuerza es toda acción o influencia que tiene la capacidad de modificar el estado de reposo o de movimiento que posee un cuerpo, dándole una aceleración que es capaz de modificar su velocidad, dirección o sentido, o bien, deformándolo,

Cómo se origina la fuerza eléctrica

Paa entender cómo se origina, debemos saber que la materia está formada por átomos los cuales tienen un núcleo de protones y neutrones.  En la periferia del átomo, están los electrones en órbitas alrededor del núcleo.  Los electrones de las órbitas más alejadas pueden dejar el átomo y unirse a otro cercano.  El átomo que tiene un electrón menos es cargado positivamente, y el átomo que ganó un electrón tiene carga negativa.

Características

• Necesita de la interacción de por lo menos dos partículas para que exista.
• Es directamente proporcional a la magnitud que tienen las cargas.
• Es inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que separan las cargas.
• Se encuentra referida por medio de cargas puntuales.
• Es una fuerza que deriva de un potencial y puede ser atractiva o repulsiva.
• Cumple con el principio de superposición dependiendo del medio en el que estén inmersas las cargas.

Tipos de fuerza eléctrica

• Fuerza electrostática: incluye las cargas sin movimiento generando un campo eléctrico
• Fuerzas electromagnéticas: son las cargas en movimiento, que general campos eléctricos dependiendo de la forma de movimiento.
• Fuerza electrostática: es la que tiene un cuerpo cuando es cargado eléctricamente.
• Fuerza Electromotriz: o Voltaje o Tensión.  Es la fuerza con la que la corriente eléctrica completa un circuito.

Cálculo

La fórmula de fuerza eléctrica es la siguiente:

F_E = k · q₁ · q₂ / d²

Donde:

• F_E = Fuerza eléctrica [N]
• q₁, q₂ = Valor de las cargas 1 y 2 [C]
• d = Distancia de separación entre las cargas [m]

Dirección

Cuando nos referimos a únicamente dos cargas, la dirección que tiene la fuerza eléctrica es de forma colineal a la recta que las une a ambas.

Sentido

El sentido que tiene la fuerza eléctrica entre dos cargas es de repulsión, cuando las dos cargas poseen el mismo signo y son de atracción, cuando tienen el signo contrario.

Líneas de fuerza eléctrica

Luego de muchas investigaciones se consideró que el campo eléctrico de acuerdo a sus propiedades físicas puede llegar a ser representado por medio de una serie de líneas imaginarias de fuerza, las cuales son de forma radial a las cargas eléctricas pero que también son tangentes a la dirección que posee el campo eléctrico para cualquier punto, y ésta es la forma en la que se explica la existencia de la fuerza de atracción o de repulsión cuando interactúan cuerpos electrizados.

Existen varias líneas de fuerza que emergen o salen de las cargas eléctricas positivas, pero que al mismo tiempo entran a las cargas eléctricas negativas, éstas líneas de fuerza tienen las siguientes propiedades físicas:

• Las líneas de fuerza del campo eléctrico provienen de las cargas eléctricas positivas y logran ingresar a las cargas eléctricas negativas.
• En todos los puntos que hay en el espacio solo pasa una línea de fuerza, pero cuando se cruzan dos o más de estos puntos, entonces deberá calcularse la línea de fuerza resultante a través de una suma vectorial.
• La densidad de líneas de fuerza de campo eléctrico es proporcional a la intensidad que posee el campo eléctrico, que es conocida con el nombre de Flujo Eléctrico.

En qué se diferencia de la fuerza magnética

La fuerza eléctrica estará siempre en la dirección del campo eléctrico pero la fuerza magnética es perpendicular al campo.  La fuerza eléctrica trabaja sobre una partícula cargada independientemente de la velocidad que tenga y la fuerza magnética actúa únicamente cuando la partícula cargada está en movimiento.  La fuerza eléctrica realiza trabajo cuando desplaza una partícula cargada, mientras que la fuerza magnética asociada a un campo magnético estacionario no realiza ningún tipo de trabajo.  Cuando una carga se mueve con una velocidad v, el campo magnético aplicado altera la dirección del vector velocidad, pero no cambia la rapidez de la partícula.

Experimentos

Se pueden hacer varios experimentos para probar la fuerza eléctrica, por ejemplo, si frotamos un peine contra nuestro pelo, se observa que atrae pedacitos de papel.  El mismo efecto ocurre al frotar otros materiales, tales como el ámbar con la lana, el vidrio, etc.

Importancia de la fuerza eléctrica

La importancia de conocer la fuerza eléctrica y cómo se origina radica en que es un paso previo para lograr entender cómo funciona la corriente eléctrica, necesaria para la vida.  Además nos lleva a la inducción de la electromagnética, fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz.

Ejemplos

• En la pantalla del televisor, si cuando lo apagas acercas el brazo o tu cabeza verás que los pelos son atraídos.
• Cuando se carga el vidrio al frotarlo con un paño que lo hace atraer el polvo del ambiente.