Fuerza Eléctrica
En 1785, Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), físico e ingeniero francés que también enunció las leyes sobre el rozamiento, presentó en la Academia de Ciencias de París, una memoria en la que se recogían sus experimentos realizados sobre cuerpos cargados, y cuyas conclusiones se pueden resumir en los siguientes puntos:
- Los cuerpos cargados sufren una fuerza de atracción o repulsión al aproximarse.
- El valor de dicha fuerza es proporcional al producto del valor de sus cargas.
- La fuerza es de atracción si las cargas son de signo opuesto y de repulsión si son del mismo signo.
- La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Estas conclusiones constituyen lo que se conoce hoy en día como la ley de Coulomb.
La fuerza eléctrica con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las mismas, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y actúa en la dirección de la recta que las une.
donde:
- F es la fuerza eléctrica de atracción o repulsión. En el S.I. se mide en Newtons (N).
- Q y q son lo valores de las dos cargas puntuales. En el S.I. se miden en Culombios (C).
- r es el valor de la distancia que las separa. En el S.I. se mide en metros (m).
- K es una constante de proporcionalidad llamada constante de la ley de Coulomb. No se trata de una constante universal y depende del medio en el que se encuentren las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente 9·109 N·m2/C2 utilizando unidades en el S.I.
Si te fijas bien, te darás cuenta que si incluyes el signo en los valores de las cargas, el valor de la fuerza eléctrica en esta expresión puede venir acompañada de un signo. Este signo será:
- positivo. cuando la fuerza sea de repulsión (las cargas se repelen). ( + · + = + o - · - = + )
- negativo. cuando la fuerza sea de atracción (las cargas se atraen). ( + · - = - o - · + = - )
Por tanto, si te indican que dos cargas se atraen con una fuerza de 5 N, no olvides que en realidad la fuerza es -5 N, porque las cargas se atraen.
Expresión vectorial de la fuerza eléctrica
La fuerza eléctrica descrita en la ley de Coulomb no deja de ser una fuerza y como tal, es una magnitud vectorial que en el Sistema Internacional de Unidades se mide en Newtons (N). Su expresión en forma vectorial es la siguiente:
donde el nuevo valor es un vector unitario en la dirección que une ambas cargas. Observa que si llamamos al vector que va desde la carga que ejerce la fuerza hacia la que la sufre, es un vector que nos indica la dirección de
Date cuenta que la fuerza electrica siempre tiene la misma dirección que el vector unitario y el mismo sentido si tienen el mismo signo y sentido opuesto si tienen signo distinto.
No olvides que debes incluir el signo de las cargas cuando utilices la expresión de la ley de Coulomb.
Constante dieléctrica o permitividad del medio
Dado que la constante la ley de Coulomb K depende del medio, esta suele expresarse en términos de otra constante denominada constante dieléctrica o permitividad del medio (ε):
En el caso del vacío se cumple que ε=ε0, donde la permitividad del vacío (ε0) equivale a 8.85·10-12 C2 / N·m2.
Para medios distintos del vacío, se utiliza una magnitud adimensional denominada constante dieléctrica relativa o permitividad relativa (εr), que se obtiene por medio del cociente entre la permitividad del medio (ε) y la permitividad del vacío (ε0):
| Medio | εr |
|---|---|
| vacío | 1 |
| Aire seco (sin CO2) | 1.00054 |
| Etanol | 25.3 |
| Agua | 80.1 |
| Sal Común | 5.9 |
| Vidrio | 4 - 10 |
| PVC | 3.4 |