Este documento describe la fuerza eléctrica. Define conceptos básicos como carga eléctrica y tipos de cargas. Explica que las cargas del mismo signo se repelen y las de signo opuesto se atraen. Presenta la ley de Coulomb que establece que la fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. Finalmente, discute las limitaciones y validez de esta ley.

1. Tema: Fuerza eléctrica 1

2. Fuerza eléctrica Contenido Conceptos básicos Características de la carga Definición de Fuerza eléctrica Forma vectorial de la ley de Coulomb Validez de la le de Coulomb Limitaciones de la Ley de Coulomb 2

3. Fuerza eléctrica 1. Conceptos básicos La carga eléctrica: propiedad fundamental de la materia a la cual se le atribuyen las atracciones o repulsiones mutuas entre electrones o protones. Electrón: partícula negativa en las capas de un átomo Protón: Partícula con carga positiva. Hay dos tipos de cargas: positiva y negativa 2. Características de la carga Cargas del mismo signo se repelen Cargas de signo contrario se atraen La carga eléctrica se conserva La carga eléctrica esta cuantizada. Es decir, la carga se presenta como algún múltiplo entero q=Ne, donde N es un número entero y e es la carga del electrón (|e|=1.602×10⁻¹⁹C). 3

4. 3. Definición de Fuerza eléctrica En 1785, Coulomb estableció la ley fundamental de la fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas estacionarias. Los experimentos muestran que una fuerza eléctrica tiene las siguientes propiedades: (a) La fuerza eléctrica es inversamente proporcional al cuadrado de la separación entre las cargas, actúa a lo largo de la recta que las une. (b) La fuerza es proporcional al producto de las cargas q₁ y q₂ de las dos partículas. La fuerza es de atracción, si las cargas tienen signos opuestos y de repulsión, si las cargas tienen el mismo signo Matemáticamente esta ley expresa la magnitud de la fuerza como: (1) donde la constante k es dada por: (2) Con la constante de permitividad en el vacío. En el sistema MKS de unidades la unidad de la fuerza es el Newton. 4

5. 4 Forma vectorial de la ley de Coulomb 5 La forma vectorial de la ecuación (1) requiere de tener en cuenta dos hechos fundamentales: La fuerza actúa a lo largo de la línea que une a las dos cargas. Si q1 y q2 tienen el mismo signo, el vector fuerza F2 sobre q2 tiene la misma dirección que el vector (ver figura 1) y si son de signos contrario el vector fuerza F2 sobre q2 tiene la misma dirección que el vector (ver figura 2). q2 q1 Figura 1 . Si q1 y q2 tienen el mismo signo, el vector fuerza F2 sobre q2 tiene la misma dirección que el vector

6. 4 Forma vectorial de la ley de Coulomb 6 q2 q1 Figura 2 . Si q1 y q2 tienen signo contrario, el vector fuerza F2 sobre q2 tiene la misma dirección que el vector

7. 5. Validez de la le de Coulomb Es válida cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostática. 6. Limitaciones de la Ley de Coulomb La expresión matemática solo es aplicable a cargas puntuales estacionarias. Para distancias pequeñas (del orden del tamaño de los átomos), la fuerza electrostática se ve superada por otras, como la nuclear fuerte, o la nuclear débil. 7