Carga eléctrica
La carga eléctrica es la propiedad de la materia que origina la fuerza electromagnética y se mide en culombios.
La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia que determina cómo interactúan las partículas mediante la fuerza electromagnética. Existen dos clases, positiva y negativa: las cargas del mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen. Su unidad en el Sistema Internacional es el culombio (C), y de ella dependen desde la corriente de un cable hasta la estructura de los átomos.
¿Qué es la carga eléctrica?
La carga eléctrica es una magnitud física escalar, intrínseca a ciertas partículas elementales, que las hace sensibles a los campos eléctricos y magnéticos. Un cuerpo macroscópico está cargado cuando tiene un exceso o un defecto de electrones respecto al número de protones; si ambos se compensan, el cuerpo es eléctricamente neutro.
El término procede del griego élektron, «ámbar». Ya en la Antigüedad se sabía que el ámbar frotado atraía cuerpos ligeros, fenómeno que Tales de Mileto describió hacia el siglo VI a. C. La convención de llamar «positiva» y «negativa» a las dos clases de carga se debe a Benjamin Franklin, a mediados del siglo XVIII.
Propiedades fundamentales
- Dualidad: solo hay dos tipos de carga, positiva y negativa.
- Cuantización: la carga de cualquier cuerpo aislado es siempre un múltiplo entero de la carga elemental, e = 1,602 176 634 × 10⁻¹⁹ C (valor exacto desde la redefinición del SI en 2019). La cuantización fue demostrada por Robert Millikan en 1909 con su experimento de la gota de aceite. Los quarks tienen cargas de ±⅓ e y ±⅔ e, pero nunca se observan libres.
- Conservación: en un sistema aislado, la suma algebraica de las cargas no cambia. Las cargas pueden transferirse o aparecer por pares (electrón y positrón), pero la carga total se mantiene.
- Invariancia relativista: la carga de una partícula es la misma en cualquier sistema de referencia, a diferencia de la masa relativista o la longitud.
Carga de las partículas del átomo
| Partícula | Carga | Masa aproximada |
|---|---|---|
| Electrón | −1,602 × 10⁻¹⁹ C (−e) | 9,109 × 10⁻³¹ kg |
| Protón | +1,602 × 10⁻¹⁹ C (+e) | 1,673 × 10⁻²⁷ kg |
| Neutrón | 0 | 1,675 × 10⁻²⁷ kg |
Un culombio equivale a la carga de unos 6,24 × 10¹⁸ electrones, lo que explica que el culombio sea una unidad «grande»: en electrostática se trabaja casi siempre con microculombios (μC) o nanoculombios (nC). La carga se relaciona con la corriente mediante q = I·t: un amperio es un culombio por segundo.
Ley de Coulomb
En 1785, Charles-Augustin de Coulomb midió con una balanza de torsión la fuerza entre cargas puntuales en reposo. Su resultado, la ley de Coulomb, establece que la fuerza es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:
Aquí k = 1/(4π ε₀) ≈ 8,988 × 10⁹ N·m²/C² (con frecuencia se redondea a 9 × 10⁹) y ε₀ ≈ 8,854 × 10⁻¹² F/m es la permitividad del vacío. La fuerza actúa sobre la recta que une las cargas: es repulsiva si tienen el mismo signo y atractiva si son opuestas. Tiene la misma forma matemática que la ley de gravitación universal, pero es enormemente más intensa: entre un electrón y un protón, la atracción eléctrica es unas 10³⁹ veces mayor que la gravitatoria.
Cómo se carga un cuerpo
- Frotamiento (efecto triboeléctrico): al frotar dos materiales distintos, como un globo y el pelo, se transfieren electrones de uno a otro.
- Contacto: un cuerpo cargado reparte parte de su carga al tocar a otro conductor.
- Inducción: al acercar un cuerpo cargado a un conductor sin tocarlo, las cargas del conductor se reordenan; si se conecta a tierra, queda cargado con signo opuesto.
En todos los casos lo que se mueve son los electrones; los protones permanecen fijos en los núcleos. Un material que deja circular la carga con facilidad es conductor; uno que no lo permite es un aislante eléctrico.
Carga eléctrica y campo eléctrico
Toda carga modifica el espacio que la rodea creando un campo eléctrico, que ejerce fuerza sobre otras cargas: F = q·E. El estudio de las cargas en reposo es la electrostática; cuando las cargas se mueven aparece la corriente eléctrica y, con ella, los efectos magnéticos del electromagnetismo.
Aplicaciones y ejemplos cotidianos
- Las fotocopiadoras y las impresoras láser usan un tambor cargado para atraer el tóner.
- Los precipitadores electrostáticos retiran partículas de los gases de chimeneas industriales.
- Los rayos son descargas de enormes cantidades de carga entre nube y suelo, con corrientes de decenas de miles de amperios.
- Las pantallas táctiles capacitivas detectan la alteración de carga que provoca el dedo.
- Una batería de 3 000 mAh almacena unos 10 800 C, ya que 1 A·h = 3 600 C.
Ejercicios resueltos
1. ¿Cuántos electrones hay que añadir a un cuerpo para que adquiera una carga de −1 μC?
Se divide la carga total entre la carga del electrón: N = q / e = (1 × 10⁻⁶ C) / (1,602 × 10⁻¹⁹ C) ≈ 6,24 × 10¹² electrones.
2. Dos cargas puntuales de +2 μC y +3 μC están separadas 0,30 m en el vacío. ¿Qué fuerza se ejercen?
F = k·q₁·q₂ / r² = (9 × 10⁹)(2 × 10⁻⁶)(3 × 10⁻⁶) / (0,30)² = 0,054 / 0,09 = 0,60 N, de repulsión porque ambas cargas son positivas.
3. Un objeto tiene un exceso de 5 × 10¹³ electrones. ¿Cuál es su carga?
q = −N·e = −(5 × 10¹³)(1,602 × 10⁻¹⁹ C) = −8,01 × 10⁻⁶ C, es decir, unos −8 μC.
4. Por un conductor circula una corriente de 2 A durante 30 s. ¿Qué carga ha pasado por él?
q = I·t = 2 A · 30 s = 60 C.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la unidad de la carga eléctrica?
El culombio (C) en el Sistema Internacional. Se define a partir del amperio: 1 C es la carga que transporta una corriente de 1 A en 1 segundo. La carga elemental vale 1,602 × 10⁻¹⁹ C.
¿Se puede crear o destruir carga eléctrica?
No. La carga total de un sistema aislado se conserva. Solo puede transferirse de un cuerpo a otro o generarse en pares de signo opuesto, como ocurre cuando un fotón muy energético produce un electrón y un positrón.
¿Por qué un cuerpo neutro es atraído por uno cargado?
Por polarización: el cuerpo cargado reordena ligeramente las cargas del neutro, de modo que las de signo opuesto quedan más cerca y la atracción supera a la repulsión. Por eso un globo frotado levanta trocitos de papel.
¿Qué carga tienen los neutrones?
Carga total nula. Aun así, están formados por quarks con carga (dos de tipo «abajo», −⅓ e, y uno «arriba», +⅔ e) cuyas cargas se anulan entre sí.
¿Qué diferencia hay entre carga y corriente eléctrica?
La carga es una propiedad de las partículas, medida en culombios; la corriente es la cantidad de carga que atraviesa una sección de conductor por unidad de tiempo, medida en amperios.
Referencias
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. Fundamentos de física. Wiley.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Carga eléctrica». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/carga-electrica/
