En este artículo te explicamos qué es la electrostática. Así pues, encontrarás qué son los fenómenos electrostáticos, ejemplos de fenómenos electrostáticos y cómo se calcula la fuerza electrostática.
Índice
¿Qué es la electrostática?
La electrostática es la rama de la física que estudia el comportamiento de las cargas eléctricas en estado de equilibrio, es decir, la electrostática se encarga de analizar la interacción entre los cuerpos debido a sus cargas eléctricas.
Por ejemplo, la electrostática estudia la interacción entre los cuerpos cargados eléctricamente. Los cuerpos con el mismo signo de carga eléctrica se repelen, mientras que los cuerpos con signo diferente de carga se atraen. Así pues, la electrostática permite calcular el valor de esta fuerza de repulsión o atracción.
Históricamente, la electrostática fue la primera teoría sobre el electromagnetismo que se realizó. Algunos de los físicos más importantes que contribuyeron al desarrollo de la electrostática son Charles-Augustin de Coulomb, James Clerk Maxwell, André-Marie Ampère y Michael Faraday, entre otros.
Ten en cuenta que la electrostática no es lo mismo que la electricidad estática. La electricidad estática es un fenómeno eléctrico que se produce debido a la acumulación de carga eléctrica en un cuerpo. Por lo tanto, la electricidad estática es un fenómeno que estudia la electrostática.
Fenómenos electrostáticos
Los fenómenos electrostáticos son aquellos fenómenos físicos debidos a la interacción entre cargas eléctricas que está en reposo. En otras palabras, se trata de situaciones donde las cargas eléctricas no están en movimiento, pero aún así ejercen fuerzas y producen efectos atractivos o repulsivos entre sí.
Carga eléctrica
La carga eléctrica es una propiedad física de las partículas subatómicas de la materia (protones y electrones) que produce interacciones electrostáticas.
Por lo tanto, las cargas eléctricas son las responsables de las fuerzas electrostáticas, ya sean de atracción o de repulsión.
En general, los cuerpos son eléctricamente neutros, es decir, no tienen carga eléctrica si no interviene ningún factor externo. De manera que en la naturaleza los átomos tienen la misma cantidad de partículas con carga eléctrica positiva (protones) que partículas con carga eléctrica negativa (electrones).
No obstante, la materia puede cargarse eléctricamente ganando o perdiendo partículas subatómicas, normalmente electrones, y quedar cargada en forma negativa o positiva. Este proceso se llama electrización.
Electrización
La electrización es el fenómeno electrostático mediante el cual un cuerpo adquiere una carga eléctrica neta, ya sea positiva o negativa. Este proceso puede ocurrir de varias maneras:
- Electrización por fricción: ocurre cuando dos objetos se frotan entre sí y los electrones se transfieren de uno a otro, dejando a uno con una carga positiva y al otro con una carga negativa.
- Electrización por contacto: sucede cuando un objeto cargado eléctricamente toca otro objeto neutro, lo que provoca que los electrones se redistribuyan entre los dos objetos, dejando uno cargado positivamente y el otro cargado negativamente.
- Electrización por inducción: se produce cuando un objeto cargado se acerca a un objeto neutro, lo que provoca que las cargas en el objeto neutro se redistribuyan temporalmente, creando regiones con cargas opuestas.
Una partícula cargada eléctricamente genera un campo eléctrico y, en consecuencia, se generan fuerzas eléctricas de atracción o de repulsión.
Principio de conservación y cuantización de la carga
El principio de conservación de la carga establece que la cantidad total de carga eléctrica en un sistema aislado permanece constante con el tiempo. Esto significa que la carga eléctrica no puede ser creada ni destruida, solo transferida de un objeto a otro. Este principio es fundamental en la electrostática.
Por otro lado, la cuantización de la carga se refiere al hecho de que la carga eléctrica está cuantizada, es decir, solo se presenta en múltiplos enteros de la carga elemental, que es la carga del electrón. Por lo tanto, la carga eléctrica de cualquier objeto es un múltiplo entero de la carga del electrón, que es aproximadamente -1,602·10-19 C.
Ejemplos de electrostática
Para que puedas comprender mejor el concepto, a continuación te mostramos varios ejemplos de la electrostática.
- Por ejemplo, si frotas un globo inflado en tu cabello o en una prenda de lana, el globo adquirirá una carga estática y podrá atraer pequeños objetos, como trozos de papel, debido a la atracción electrostática entre las cargas opuestas.
- Cuando caminas sobre una alfombra y luego tocas un objeto metálico, como el picaporte de una puerta, puedes experimentar una pequeña chispa eléctrica. Esto se debe a la acumulación de cargas estáticas en tu cuerpo, que se descargan cuando tocas el objeto conductor.
- En la industria alimentaria, algunas máquinas aplican la electrostática para separar los granos de diferentes tamaños. Las cargas eléctricas inducidas en los granos los hacen adherirse o repelerse entre sí, lo que facilita su separación según su tamaño.
- Al frotar una barra de vidrio con un paño, se transfieren cargas eléctricas entre ellos. El vidrio pierde electrones y por tanto adquiere una carga positiva, mientras que el paño gana electrones y adquiere una carga negativa. En este caso la cantidad total de carga en el sistema permanece constante, pero la distribución de la carga entre los objetos cambia.
- Las pantallas de televisores o de ordenador pueden acumular polvo debido a la atracción electrostática entre las cargas del polvo y las superficies con carga opuesta en la pantalla.
Fuerza electrostática
La fuerza electrostática es la fuerza que ejercen los cuerpos con carga eléctrica como resultado de la interacción entre ellos.
La fuerza electrostática puede ser de repulsión o de atracción. Si las cargas eléctricas tienen el mismo signo, se repelen entre sí. Mientras que si las cargas eléctricas tienen diferente signo, se atraen entre sí.
De modo que si las dos cargas son positivas o negativas, la fuerza electrostática es de repulsión. Por otro lado, si una carga es positiva y la otra negativa, la fuerza electrostática es de atracción.
La fórmula de la fuerza electrostática es la siguiente:
Donde:
es la fuerza electrostática.
es la constante de Coulomb, cuyo valor en el vacío es 9·109 N·m2/C2.
y 
son los valores de las dos cargas eléctricas.
es la distancia que separa las dos cargas eléctricas.
Electrostática y electrodinámica
La electrostática y la electrodinámica son dos ramas del electromagnetismo que se complementan, así que para terminar veremos en qué se diferencian.
La electrodinámica es una rama de la física que se encarga de analizar cómo se comportan las cargas eléctricas cuando están en movimiento. Por ejemplo, en electrodinámica se estudia la relación entre la electricidad y el magnetismo, pues el campo eléctrico y el campo magnético interactúan entre sí cuando las cargas están en movimiento.
Por lo tanto, la diferencia entre la electrostática y la electrodinámica es que la electrostática estudia el comportamiento de las cargas eléctricas que están en reposo, mientras que la electrodinámica analiza el comportamiento de las cargas eléctricas que están en movimiento.
