Este documento describe la carga eléctrica, el campo eléctrico y los tipos de materiales. Explica que la carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia y que existe en dos tipos, positiva y negativa. También describe cómo se crean campos eléctricos por cargas puntuales o distribuciones de carga, y cómo se representan geométricamente mediante líneas de campo eléctrico. Finalmente, clasifica los materiales como conductores, aislantes o semiconductores dependiendo de la movilidad de los electrones en

1. CARGA ELECTRICA Y CAMPO ELECTRICO
CARGA ELECTRICA
La carga eléctrica, como la masa, es una propiedad fundamental de la materia. Existen dos tipos
de carga eléctrica: positiva y negativa. Las cargas eléctricas del mismo signo se repelen y las
cargas eléctricas de signos opuestos se atraen. Toda la materia ordinaria está constituida de
moléculas o átomos. Dentro del núcleo de un átomo están los protones y neutrones mientras
que los electrones se mueven alrededor del núcleo a distancias mucho mayores que el tamaño
de este. Los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga, los protones se
repelen, pero se mantienen unidos dentro del núcleo debido a la interacción nuclear fuerte
entre ellos. La unidad de la carga eléctrica en el SI es el coulomb 𝐶.
Un átomo es eléctricamente neutro si el número de electrones es igual al número de protones.
Un átomo, inicialmente neutro, que pierde uno o más de sus electrones quedará cargado
positivamente y se le llamará ión positivo. Un átomo, inicialmente neutro, que gana uno o más
electrones quedará cargado negativamente y se le llamará ión negativo.
La carga 𝑄 de un cuerpo está cuantizada; es decir, todas las cargas son un múltiplo de la carga
fundamental 𝑒:
𝑄 = ±𝑛𝑒
donde 𝑛 es un número entero positivo, y
𝑒 = 1.60 × 10−19
𝐶
La carga del electrón es −𝑒 mientras que la carga del protón es +𝑒.
Un cuerpo, inicialmente neutro, queda electrizado negativamente si gana electrones mientras
que queda electrizado positivamente si pierde electrones.
El principio de conservación de la carga establece que en un sistema aislado la carga eléctrica
total siempre se conserva.
Tipos de materiales
Los materiales pueden ser clasificados en función de la capacidad con que los electrones se
mueven a través del material: conductores, aislantes o semiconductores.
Los conductores eléctricos son aquellos materiales en los cuales algunos de los electrones son
libres, no están unidos a átomos y pueden moverse con libertad a través del material. Un átomo
de metal tiene uno o más electrones exteriores, con una unión débil al núcleo. Cuando se
combinan muchos átomos para formar un metal, los electrones libres son los electrones
exteriores, que no están unidos a ningún átomo y se mueven por el metal de una forma similar
a como lo hacen las moléculas de gas en el interior de un recipiente.
Los aislantes eléctricos son aquellos materiales en los cuales todos los electrones están unidos
a átomos y no pueden moverse libremente a través del material. La mayoría de los metales son
buenos conductores; en tanto que la mayoría de los no metales son aislantes.
Algunos materiales se denominan semiconductores porque tienen propiedades intermedias
entre las de los buenos conductores y las de los buenos aislantes. El silicio y el germanio son
ejemplos muy conocidos de materiales semiconductores de uso común en la fabricación de una
gran diversidad de chips electrónicos utilizados en computadoras y teléfonos celulares.
Tipos de electrización
Todo cuerpo puede ser electrizado por frotación, contacto o inducción. En cualquier proceso de
electrización siempre está presente el principio de conservación de la carga, ya que la carga no
se crea ni se destruye, solo se transfiere de un cuerpo a otro.
Frotación
Cuando se frota un objeto contra otro, no se crea carga en este proceso. El estado de
electrificación se debe a una transferencia de carga de uno de los objetos hacia el otro. Uno
adquiere parte de la carga negativa en tanto que el otro adquiere la misma cantidad de carga,

2. pero positiva. Por ejemplo, si se frota una barra de vidrio con un paño de seda hay un traspaso
de electrones del vidrio a la seda (ver figura 1)mientras que si se frota un lápiz de pasta con un
paño de lana hay un traspaso de electrones del paño al lápiz. Al quedar cargados los cuerpos
frotados, ejercen una influencia eléctrica en una zona determinada, que depende de la cantidad
de carga ganada o perdida, dicha zona se llama campo eléctrico.
Figura 1
Contacto
Cuando un cuerpo conductor cargado es puesto en contacto con otro cuerpo conductor. Se
producirá una transferencia de electrones de tal manera que sus potenciales eléctricos sean
iguales.
Inducción
Cuando un cuerpo cargado se acerca a un cuerpo conductor neutro sin llegar a tocarlo, las cargas
en este último se reagrupan en dos regiones distintas del mismo, debido a que los electrones
del cuerpo neutro son atraídos o repelidos a uno de los extremos según sea el caso; al alejarse
nuevamente el cuerpo cargado desaparece ese reagrupamiento de cargas. En la figura 2 puede
observarse el proceso de electrización de una esfera metálica por inducción.
Figura 2
El electroscopio consta de dos láminas delgadas de oro o aluminio A que están fijas en el
extremo de una varilla metálica B que pasa a través de un soporte C de ebonita, ámbar o
azufre (ver figura 3). Cuando se toca la bola del electroscopio con un cuerpo cargado, las hojas
adquieren carga del mismo signo y se repelen siendo su divergencia una medida de la cantidad
de carga que ha recibido.

3. Figura 3
LEY DE COULOMB
Para dos cargas puntuales 𝑞1 y 𝑞2, la fuerza eléctrica que la carga 𝑞1 ejerce sobre la carga 𝑞2 es
opuesta a la fuerza eléctrica que la carga 𝑞2 sobre la carga 𝑞1, es decir, las magnitudes de las
fuerzas son iguales pero sus direcciones son opuestas. Dichas fuerzas son repulsivas si las cargas
tienen los mismos signos, y son atractivas si las cargas tienen signos opuestos las cuales son
mostradas en la figura 4. La magnitud de la fuerza es directamente proporcional al producto de
las cargas e inversamente al cuadrado de la distancia entre ellas.
La fuerza eléctrica que ejerce una carga puntual 𝑞1 sobre una segunda carga puntual 𝑞2 es
𝐹⃗12 = 𝑘
𝑞1 𝑞2
𝑟2
𝑟̂
donde 𝑟 es la distancia entre las dos cargas y 𝑟̂ es un vector unitario dirigido de 𝑞1 hacia 𝑞2. La
constante 𝑘 que se llama constante de Coulomb, tiene el valor
𝑘 = 8.99 × 109
𝑁 ∙ 𝑚2
/𝐶2
≈ 9.00 × 109
𝑁 ∙ 𝑚2
/𝐶2
Figura 4
El principio de superposición de fuerzas eléctricas establece que cuando un grupo de cargas
puntuales ejercen fuerzas de manera simultánea sobre una carga puntual, la fuerza eléctrica
total que actúa sobre esa carga es la suma vectorial de las fuerzas que el grupo de cargas
ejercerían individualmente.
La fuerza eléctrica total 𝐹⃗ que actúa sobre la carga puntual 𝑄 debido a la fuerza eléctrica que
cada i-ésima carga puntual 𝑞𝑖 del grupo ejerce es
𝐹⃗ = ∑ 𝑘
𝑞𝑖 𝑄
𝑟𝑖
2
𝑟̂𝑖
𝑖
donde 𝑟𝑖 es la distancia desde la i-ésima carga 𝑞𝑖 hasta la carga 𝑄 y 𝑟̂𝑖 es un vector unitario
dirigido de 𝑞𝑖 hacia 𝑄.
CAMPO ELECTRICO
El concepto de campo fue desarrollado por Michael Faraday en el contexto de las fuerzas
eléctricas y es de un valor tan práctico que en los siguientes capítulos se le da mucha atención.
En este enfoque, se dice que existe un campo eléctrico en la región del espacio que rodea al

4. objeto cargado: la carga fuente. La presencia del campo eléctrico puede detectarse usando una
carga de prueba en el campo eléctrico, observando la fuerza eléctrica que actúa sobre él.
El campo eléctrico debido a una carga puntual 𝑞 en la ubicación de una carga de prueba puntual
𝑞0 mucho menor, es la fuerza eléctrica sobre la carga de prueba dividida entre la carga de
prueba. Es decir
𝐸⃗⃗ =
𝐹⃗
𝑞0
Como la fuerza eléctrica sobre la carga de prueba es 𝐹⃗ = 𝑘𝑞𝑞0 𝑟̂/ 𝑟2
, donde 𝑟̂ es un vector
unitario dirigido de 𝑞 a 𝑞0. Al reemplazarlo en la ultima ecuacion, se obtiene
𝐸⃗⃗ = 𝑘
𝑞
𝑟2
𝑟̂
El campo eléctrico en un punto generado por una carga no depende de la carga de prueba. Si
la carga es positiva está dirigido radialmente hacia afuera mientras que si la carga es negativa
está dirigida radialmente hacia dentro, como es mostrado en la figura 5.
Figura 5
El principio de superposición de campos eléctricos establece que cuando un grupo de cargas
puntuales generan campos eléctricos en un punto, el campo eléctrico total en ese punto es la
suma vectorial de los campos eléctricos que el grupo de cargas generarían individualmente.
El campo eléctrico total 𝐸⃗⃗ en un punto debido al campo eléctrico que cada i-ésima carga puntual
𝑞𝑖 genera en ese punto es
𝐸⃗⃗ = ∑ 𝑘
𝑞𝑖
𝑟𝑖
2
𝑟̂𝑖
𝑖
donde 𝑟𝑖 es la distancia desde la i-ésima carga 𝑞𝑖 hasta el punto y 𝑟̂𝑖 es un vector unitario
dirigido de 𝑞𝑖 hacia el punto.
En la figura 6 puede observarse una distribución continua de carga. Como cada elemento de
carga 𝑑𝑞 produce un campo electrico 𝑑𝐸⃗⃗ por lo tanto el campo eléctrico total en el punto 𝑃
debido a la distribución es
𝐸⃗⃗ = ∫ 𝑘
𝑑𝑞
𝑟2
𝑟̂
donde 𝑟 es la distancia del elemento de carga 𝑑𝑞 al punto 𝑃 y 𝑟̂ es un vector unitario dirigido
del elemento de carga 𝑑𝑞 al punto 𝑃.
a) Para el caso de una distribución lineal de carga:
𝑑𝑞 = 𝜆𝑑𝑙
donde 𝜆 es la densidad lineal de carga.
b) Para el caso de una distribución superficial de carga:
𝑑𝑞 = 𝜎𝑑𝐴
donde 𝜎 es la densidad superficial de carga.
c) Para el caso de una distribución volumétrica de carga:
𝑑𝑞 = 𝜌𝑑𝑉
donde 𝜌 es la densidad volumétrica de carga

5. Figura 6
LINEAS DE CAMPO ELECTRICO
Son líneas imaginarias que se emplean para representar geométricamente al campo eléctrico
en una región del espacio. Se trazan de tal forma que, en cualquier punto, el campo eléctrico es
tangente a dicha línea. Las líneas de campo nunca se cruzan. El espaciamiento entre las líneas
de campo nos da una idea general de la magnitud del campo eléctrico en un determinado punto.
En la figura 7 se muestra las líneas de campo eléctrico de tres distribuciones distintas de carga.
En general, la magnitud del campo eléctrico es diferente en distintos puntos de una línea de
campo determinada.

6. Figura 7
Problemas