1.1 Propiedades de la carga eléctrica

En el apartado anterior has visto que, al electrizar un cuerpo, este adquiere carga eléctrica y que es una propiedad en cierto modo comparable a la masa de un cuerpo.

Sin embargo, al contrario que ocurre con la interacción gravitatoria entre masas, que siempre es atractiva, la interacción eléctrica entre cargas puede ser atractiva o repulsiva. De este hecho experimental se deduce que la carga eléctrica puede ser de dos tipos opuestos, que se denominan carga positiva y carga negativa.

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Imagen 7. Chanchocan GNU Free License
Las cargas eléctricas pueden ser de dos tipos: cargas positivas y cargas negativas.

Las cargas del mismo signo se repelen mientras que las cargas de signo contrario se atraen.

Imagen 8. G. F. Maxwell GNU Free License

El fenómeno de atracción o repulsión entre cargas eléctricas corresponde a una interacción entre ellas, que resulta ser una fuerza del tipo electromagnético. La interacción de las cargas con un campo electromagnético es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza junto con la interacción gravitatoria, que ya estudiaste en el tema anterior, y las interacciones nuclear débil y nuclear fuerte responsables de algunas desintegraciones nucleares y la cohesión del núcleo atómico respectivamente.

En esta unidad nos centraremos en la interacción electrostática entre cargas en reposo y el campo eléctrico que producen, dejando el campo magnético y la interacción entre cargas en movimiento para la unidad 4.

Aparte de la existencia de dos tipos opuestos de carga, otra propiedad de la carga es que está "cuantizada", término hoy en desuso que se utiliza para indicar que el valor de alguna magnitud es múltiplo entero de un valor mínimo denominado "cuanto". En el caso de la carga eléctrica de un cuerpo significa que sólo puede tomar un valor que sea un múltiplo entero de la carga elemental, la mínima que se ha detectado en la naturaleza y que se corresponde con la carga del electrón (e).

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Pese a que la unidad de carga elemental es la carga del electrón (e), en el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) la unidad de carga es el culombio (C). La definición funcional del culombio es "la carga que atraviesa una sección de un conductor cuando a través de él pasa una corriente de un amperio durante un segundo"

El valor de la carga elemental expresado en culombios es:

1 e = 1.6·10-19 C


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Quarks

Imagen 9. A. Horvath C. C.

Aún cuando se ha dicho que la unidad de carga elemental es la carga de un electrón, la física de partículas ha puesto de manifiesto la existencia de unas partículas que forman los bariones (tales como los protones o neutrones) que tienen carga fraccionaria de valor ±⅓ o ±⅔ de la carga elemental. La razón de que en la naturaleza no se encuentren cargas fraccionarias es que en las partículas compuestas por quarks, estos siempre se combinan de forma que éstas tienen una carga entera.

Existen seis tipos distintos de quarks denominados

  • * up (arriba)
  • * down (abajo)
  • * charm (encantado)
  • * strange (extraño)
  • * top (cima)
  • * bottom (fondo)

No te dejes engañar por sus nombres, no tienen nada que ver con sus propiedades. Fueron llamados arbitrariamente así. En la imagen puedes observar la composición en quarks de un protón, formado por dos quark up y uno down.

Si quieres saber más sobre los quarks puedes consultar el siguiente enlace.


La carga eléctrica de un sistema puede observarse mediante un dispositivo denominado electroscopio, consistente en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electrifica y las laminillas cargadas con igual signo que el objeto se repelen, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera y las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal.

En la simulación que sigue puedes interactuar con un modelo de electroscopio. Fíjate especialmente en el movimiento de las cargas.

La cantidad de carga eléctrica puede determinarse mediante un electrómetro que es un electroscopio dotado de escala. En el apartado 3.2 estudiarás en detalle cómo calcular la carga detectada por un electroscopio.

Finalmente, al igual que ocurría con la masa, la carga eléctrica también verifica su teorema de conservación:

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Principio de conservación de la Carga

La carga total de un sistema aislado permanece siempre constante.


AV - Pregunta Verdadero-Falso
Imagen 10. Stw Creative Commons
Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones relativas a las propiedades de la carga:


Existen tres tipos de carga eléctrica: positiva, negativa y neutra.

Verdadero Falso


Las cargas del mismo signo se atraen mientras que las de distinto signo se repelen.

Verdadero Falso


El valor de la carga de un cuerpo puede tomar cualquier valor.

Verdadero Falso


Un electrómetro es un electroscopio dotado de escala.

Verdadero Falso