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Lección 11

¿Qué dice la Ley de Coulomb?

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Consideremos la interacción eléctrica entre dos partículas cargadas, en reposo, en el sistema inercial del observador. El estudio de estas interacciones se llama Electrostática. El físico Charles Coulomb en el año 1785 enunció la ley que explica la interacción electrostática entre estas dos partículas cargadas. 

La Ley de Coulomb dice que la fuerza entre dos partículas cargadas es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.



En esta lección se da una explicación general del experimiento realizado por Coulomb. Se describe la configuración básica de una balanza de torsión donde se mide la fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre cargas a través de la fuerza mecánica de torsión que se ejerce sobre un alambre. 

Ahora preguntémonos ¿en este experimento que sucede con la fuerza de atracción gravitacional entre las esferas?. Esta fuerza no se tiene en cuenta porque las masas de las esferas son despreciables y la fuerza de atracción gravitacional es muy pequeña comparada con la fuerza eléctrica entre las dos cargas.

Coulomb cuando enunció la ley lo hizo sin conocer la constante de proporcionalidad K. Coulomb no podía encontrar la constante de proporcionalidad K porque a pesar de conocer las unidades de fuerza y distancia, en el año 1785 aún no se había definido la unidad fundamental de carga. Fue durante el siglo XIX y principios del siglo XX que los aportes de Maxwell, Gauss, Lorentz y el mismo Robert Millikan cuando encontró experimentalmente la carga eléctrica del electrón, que se llegó a la expresión moderna que conocemos de la Ley de Coulomb:

F = (Ke q1 . q2) / r2

donde q1 y q2 son los valores de las cargas, r es la distancia entre ellas y Ke es igual a 1 / 4.(pi).(Epsilono). Epsilón0 es una constante física universal conocida como la permitividad en el vacio. Su valor es 8.8542x10-12 C2/N.m2.  La permisividad describe como un campo electrico afecta y es afectado por un medio.

Finalmente podemos expresar la Ley de Coulomb como:

F = (9x109q1 . q2) / r2   (ecuación 1)

donde Ke es igual a 9x109 N.m2.C-2

También podemos expresar la Ley de Coulomb así:

F = (9x109 q1 . q2) / [4.(pi).(Epsilono).r2] (ecuación 2)

Si hacemos un análisis dimensional de la ecuación (1) o de la ecuación (2) tenemos que si utilizamos Ke igual a 9x109 N.m2.C-2 o Epsilono igual a 8.8542x10-12 C2/N.m2, entonces la fuerza F la expresamos en Newtonsla distancia r entre las cargas la expresamos en metros y la carga eléctrica en unidad de Coulombios (C mayúscula).


1 Coulombio se puede definir como la carga que colocada a un metro de otra carga igual en el vacio la repele con una fuerza de 8,9874x109 newtons. Ahora veamos la definición de coulombio según el Sistema Internacional de Medidas: 1 Coulombio es la cantidad de carga transportada en 1 segundo por una corriente eléctrica de 1 amperio de intensidad




La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Aquí es muy importante destacar que el Amperio es una unidad básica, como lo es el metro, el segundo y el kilogramo y por lo tanto su definición no depende de la carga eléctrica, sino lo contrario, el coulombio es una unidad derivada del amperio.
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