Electroestática

Cuando hablamos de electrostática nos referimos a los fenómenos que ocurren debido a una propiedad intrínseca y discreta de la materia, la carga, cuando es estacionaria o no depende del tiempo. La unidad de carga elemental, es decir, la más pequeña observable, es la carga que tiene el electrón.Se dice que un cuerpo esta cargado eléctricamente cuando tiene exceso o falta de electrones en sus átomos que lo componen. Por definición la carencia de electrones se la denomina carga positiva y al exceso carga negativa.La relación entre los dos tipos de carga es de atracción cuando son diferentes y de repulsión cuando son iguales.

La carga elemental es una unidad muy pequeña para cálculos prácticos, es por eso que en el sistema internacional a la unidad de carga eléctrica, el culombio, se lo define como la cantidad de carga de 6,25 x 1018 electrones. El movimiento de electrones por un conductor se denomina corriente eléctrica y la cantidad de carga eléctrica que pasa por unidad de tiempo se la define como intensidad de corriente. Se pueden introducir más conceptos como el de diferencia de potencial o el de resistencia, que nos conduciría ineludiblemente al área de circuitos eléctricos, y todo eso se puede ver con mas detalle en el artículo principal.

El nombre de la unidad de carga se debe a Coulomb quien en 1785 llegó a una relación matemática entre cargas, que ahora se la conoce como ley de coulomb:

entre dos tipos de cargas \ q_1 y \ q_2 existe una fuerza de atracción o repulsión \vec F que varía de acuerdo al cuadrado de la distancia \ r^2 entre ellas y de dirección radial \vec {e_r}; y \varepsilon es una constante conocida como permitividad eléctrica.

Las cargas elementales al no encontrarse solas se las debe tratar como una distribución de ellas. Es por eso que debe implementarse el concepto de campo, definido como una región del espacio donde existe una magnitud escalar o vectorial dependiente o independiente del tiempo. Así el campo eléctrico \vec E está definido como la región del espacio donde actúan las fuerzas eléctricas. Su intensidad se define como el límite al que tiende la fuerza de una distribución de carga sobre una carga positiva que tiende a cero, así:

Y así finalmente llegamos a la expresión matemática que define el campo eléctrico:

Es importante conocer el alcance de este concepto de campo eléctrico, éste nos brinda la oportunidad de conocer cuál es su intensidad y qué ocurre con una carga en cualquier parte de dicho campo sin importar el desconocimiento de qué lo provoca.

Una forma de obtener qué cantidad de fuerza eléctrica pasa por cierto punto o superficie del campo eléctrico es que se ideó el concepto de flujo eléctrico. Este flujo eléctrico Φ se define como la suma de la cantidad de campo que atraviesa un área determinada, así:

\psi = \sum \vec E \cdot \Delta \vec S = \oint_s \vec E \cdot d\vec S

El matemático y físico, Carl Friedrich Gauss, demostró que la cantidad de flujo eléctrico en un campo es igual al cociente de la carga encerrada por la superficie en la que se calcula el flujo, \ q_{enc}, y la permitividad eléctrica,\varepsilon. Esta relación se conoce como ley de Gauss:

\psi = \oint_s \vec E \cdot d\vec S = \frac{q_{enc}}{\varepsilon}
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