Electrostática
La electrostática estudia las cargas eléctricas en reposo y las fuerzas y campos que producen, con la ley de Coulomb como base.
La electrostática es la rama de la física que estudia las cargas eléctricas en reposo y las fuerzas, los campos y los potenciales que originan. Explica por qué un globo frotado se pega a la pared, por qué a veces recibimos una pequeña descarga al tocar un pomo metálico y cómo funciona un pararrayos. Su ley básica es la de Coulomb.
¿Qué es la electrostática?
El nombre procede del griego élektron («ámbar»): los griegos observaron que el ámbar frotado atraía cuerpos ligeros. Hoy sabemos que ese fenómeno se debe a la transferencia de electrones entre materiales. La electrostática se ocupa de situaciones en las que las cargas permanecen quietas o se mueven tan despacio que sus efectos magnéticos son despreciables; cuando las cargas fluyen de forma sostenida se estudia la corriente eléctrica, y cuando varían con el tiempo, el electromagnetismo.
Propiedades de la carga eléctrica
- Dos signos: cargas del mismo signo se repelen y de signo contrario se atraen.
- Conservación: la carga total de un sistema aislado no cambia; solo se transfiere de un cuerpo a otro.
- Cuantización: toda carga es múltiplo entero de la carga elemental, e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C.
La unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional es el culombio (C). Un cuerpo se carga por frotamiento, por contacto o por inducción (acercando un cuerpo cargado sin tocarlo).
Conductores y aislantes
En los conductores (metales, agua con sales) hay cargas libres que se desplazan con facilidad; en los aislantes eléctricos (plástico, vidrio, goma) las cargas quedan localizadas. En equilibrio electrostático, el exceso de carga de un conductor se sitúa en su superficie y el campo en su interior es nulo, el principio de la jaula de Faraday.
Ley de Coulomb
En 1785 Charles-Augustin de Coulomb midió con una balanza de torsión la fuerza entre cargas puntuales:
donde F es la fuerza (N), q₁ y q₂ las cargas (C), r la distancia entre ellas (m) y k = 1/(4π·ε₀) ≈ 8,99 × 10⁹ N·m²/C² la constante de Coulomb, con ε₀ = 8,854 × 10⁻¹² C²/(N·m²) la permitividad del vacío. La fuerza actúa sobre la recta que une las cargas, y es proporcional al producto de ambas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, igual que la gravitación universal, pero con la diferencia de que puede ser atractiva o repulsiva.
Campo y potencial eléctrico
| Magnitud | Definición | Carga puntual Q | Unidad SI |
|---|---|---|---|
| Campo eléctrico | E = F/q | E = k·Q/r² | N/C (o V/m) |
| Potencial eléctrico | V = U/q | V = k·Q/r | V (voltio) |
| Energía potencial | U | U = k·Q·q/r | J |
El campo eléctrico es la región del espacio donde una carga de prueba experimenta fuerza; el potencial, medido en voltios, indica la energía por unidad de carga.
Aplicaciones y fenómenos cotidianos
- Pararrayos: inventado por Benjamin Franklin hacia 1752, ofrece al rayo un camino de baja resistencia hasta tierra.
- Fotocopiadoras e impresoras láser: el tóner se adhiere a las zonas cargadas del tambor.
- Precipitadores electrostáticos: retiran partículas de los humos industriales.
- Pintura electrostática: la pintura cargada se adhiere de forma uniforme a la pieza.
- Riesgos: las descargas pueden dañar componentes electrónicos o provocar chispas en atmósferas inflamables, por lo que se usan pulseras antiestáticas y conexiones a tierra.
Ejercicios resueltos
1. Dos cargas de 3 μC y 5 μC están separadas 20 cm en el vacío. ¿Qué fuerza se ejercen?
F = 8,99 × 10⁹ × (3 × 10⁻⁶)(5 × 10⁻⁶) / (0,20)² = 8,99 × 10⁹ × 1,5 × 10⁻¹¹ / 0,04 ≈ 3,37 N. Resultado: ≈ 3,4 N, de repulsión (mismo signo).
2. Calcula el campo eléctrico creado por una carga de 2 nC a 0,5 m.
E = k·Q/r² = 8,99 × 10⁹ × 2 × 10⁻⁹ / 0,25 ≈ 71,9 N/C. Resultado: ≈ 72 N/C.
3. ¿Cuál es el potencial eléctrico de esa misma carga a 0,5 m?
V = k·Q/r = 8,99 × 10⁹ × 2 × 10⁻⁹ / 0,5 ≈ 36 V. Resultado: ≈ 36 V.
4. Si se duplica la distancia entre dos cargas, ¿cómo cambia la fuerza?
F ∝ 1/r²: al duplicar r, la fuerza se divide por 2² = 4. Resultado: la fuerza pasa a ser la cuarta parte.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre electrostática y electricidad?
La electrostática estudia cargas en reposo; la electricidad en sentido amplio incluye también las cargas en movimiento (corrientes), los circuitos y sus aplicaciones.
¿Por qué un globo frotado se pega a la pared?
El frotamiento le transfiere electrones y lo carga. Su campo polariza la pared (separa ligeramente sus cargas), de modo que aparece una atracción neta.
¿Cómo se carga un cuerpo por inducción?
Se acerca un objeto cargado a un conductor aislado, se conecta este un instante a tierra y se retira la conexión. El conductor queda con carga de signo contrario sin que ambos se hayan tocado.
¿Por qué da calambre tocar un pomo en invierno?
Con el aire seco, el roce de la ropa o el suelo acumula carga en el cuerpo, que se descarga de golpe al tocar un conductor.
Referencias
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería, vol. 2. Cengage Learning.
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Feynman, R. P. Lectures on Physics, vol. 2. Addison-Wesley.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Electrostática». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/electrostatica/
