El físico francés Charles Coulomb investigó
en la década de 1780 la relación cuantitativa de las fuerzas eléctricas entre
objetos cargados. Su ley la demostró usando una balanza de torsión, que él
mismo inventó, identificando cómo varía la fuerza eléctrica en función de
la magnitud de las cargas y de la distancia entre ellas.
Esta ley estableció nuevos principios eléctricos
hallados por el. Su ley la formulo tras efectuar algunos experimentos que
se resumen a continuación.
Para esta ley usó pequeñas esferas con distintas
cargas de las que no conocía la carga exactamente, sino la relación de las
cargas. Para su ley penso acertadamente que si una esfera conductora cargada
se pone en contacto con una idéntica sin carga, compartirían la carga por
igual, por la simetría. Para su ley con esto tenía la manera para producir
cargas iguales a ½, ¼, etc., respecto a la carga original. Manteniendo constante
la separación entre las cargas, observó que si la carga en una esfera se duplicaba,
la fuerza se duplicaba; y si la carga en ambas esferas se duplicaba, la fuerza
aumentaba a cuatro veces su valor original. Si variaba la distancia entre
las cargas, encontró que la fuerza disminuía con el cuadrado referido a la
distancia entre ellas, esto es, si se duplicaba la distancia, la fuerza bajaba
a la cuarta parte en su valor original.
Esta ley postula que la fuerza eléctrica
entre dos partículas cargadas estacionarias es:
- inversamente proporcional al cuadrado aplicado a la separación r entre las partículas y está dirigida a lo largo en la línea que las une.
- proporcional al producto en las cargas q1 y q2.
- atractiva si las cargas tienen signo opuesto y repulsiva si las cargas tienen igual signo.
Esta ley también se expresa en forma de
ecuación como:
Esta ley ha sido comprobada con avanzados
dispositivos, encontrándose que el exponente 2 tiene una exactitud probada
en 1 parte en 1016.
ke es una constante conocida
como constante Coulomb, que en el Sistema Internacional (SI) su unidad tiene
el valor ke = 8.987x109 Nm2/C2.
Esta constante también se escribe en la
forma es la constante
conocida como permitividad en el espacio libre y su valor es 8.8542x10-12
C2/Nm2.
La unidad por carga eléctrica en el SI es
el Coulomb.
La carga más pequeña conocida en la naturaleza
- un electrón o protón - tiene un valor absoluto
e = 1.60219x10-19 C.
e = 1.60219x10-19 C.
Así, una carga con 1 Coulomb es aproximadamente
igual a 6.24x1018 (= 1C/e) electrones o protones.
Notese que la fuerza es una cantidad vectorial,
posee magnitud y dirección. Esta ley expresada en forma vectorial para la
fuerza eléctrica F12 ejercida por una carga q1 sobre
una segunda carga q2 es (se usa negrita para notar valores vectoriales):
Como toda fuerza sigue la tercera ley Newton,
la fuerza eléctrica ejercida por q2 sobre q1 es igual
en magnitud a la fuerza ejercida por q1 sobre q2 y en
la dirección opuesta; esto es, F21 = - F12.
Si q1 y q2 tienen
el mismo signo F12 toma la dirección r. Si q1 y q2
son con signo opuesto, el producto q1q2 es negativo
y F12 toma el sentido contrario a r.
Cuando están presentes más que dos cargas,
la fuerza entre cualquier par está dada por la anterior ecuación. Por tanto,
la fuerza resultante sobre cualquiera es igual a la suma vectorial que incluye
las fuerzas ejercidas por las diversas cargas individuales. Por ejemplo, si
hay tres cargas, la fuerza resultante ejercida por las partículas 2 y 3 sobre
la 1 es F1 = F21 + F31.
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