Qué es la carga eléctrica y cuáles son sus propiedades

La carga eléctrica es una propiedad básica de la materia que es transportada por ciertas partículas elementales de los átomos. La carga eléctrica puede ser positiva o negativa y se produce en unidades naturales discretas.

Propiedades de la carga eléctrica

La carga eléctrica es una cantidad preservada, eso significa que no puede ser creada o destruida. La cantidad neta de carga eléctrica en el universo es constante e inalterable. Las cargas positivas y negativas pueden anularse entre sí. Asimismo las partículas neutras pueden dividirse para formar pares de partículas cargadas positiva y negativamente; pero la cantidad neta de carga siempre permanece igual.

La mayoría de la carga eléctrica es transportada por los electrones y protones dentro de un átomo. Se dice que los electrones llevan carga negativa, mientras que los protones llevan carga positiva. Los protones y los electrones se atraen entre sí; por el contrario dos protones se repelen entre sí, al igual que dos electrones.

Dicho de otra manera, dos objetos que tienen exceso de un tipo de carga ejercen una fuerza de repulsión uno sobre el otro cuando están relativamente cerca. Por el contrario, dos objetos que tienen un exceso de cargas opuestas, uno con carga negativa y el otro con carga positiva, también se atraen entre sí cuando están lo suficientemente.

Campo eléctrico

Los protones y los electrones crean campos eléctricos, que ejercen una fuerza llamada fuerza de Coulomb que se irradia hacia afuera en todas las direcciones. El campo eléctrico se irradia hacia afuera desde una partícula cargada de forma similar a cómo la luz se irradia desde un foco.

Al igual que con el brillo de la luz, la intensidad del campo eléctrico disminuye a medida que el cuadrado de la distancia de la fuente (1 / r2). Si te mueves el doble de lejos la fuerza del campo disminuye a un cuarto; y si te mueves tres veces más lejos el campo disminuye a un noveno, y así sucesivamente.

Carga eléctrica y corriente eléctrica

Debido a que los protones generalmente están encerrados en los núcleos dentro de los átomos; no son tan libres de moverse como lo hacen los electrones. Por lo tanto, cuando hablamos de carga eléctrica, hacemos referencia a un exceso o deficiencia de electrones. Cuando existe un desequilibrio de cargas y los electrones pueden fluir; es cuando se produce la corriente eléctrica.

El exceso o deficiencia localizado y persistente de electrones en un objeto genera electricidad estática; como la que se produce en un objeto al ser frotado. La corriente  también puede tomar la forma de una descarga repentina de electricidad estática tal como un rayo.

De la misma forma puede fluir por un conductor como en el caso de la corriente continua (DC) desde una batería o panel solar; o una corriente oscilante como la de un generador de corriente alterna (CA). Además puede transportarse por el aire, como en un transmisor de radio o las ondas electromagnéticas de un horno microondas.

En sí, las cargas eléctricas son la parte activa de todo lo que tiene que ver con la electricidad y los circuitos eléctricos.

Unidad de carga eléctrica

La unidad para medir la carga eléctrica es el culombio (C), que lleva ese nombre en honor a Charles Augustin de Coulomb, un físico francés del siglo XVIII. Fue Coulomb quien desarrolló la ley que dice "las cargas iguales se repelen y las cargas diferentes se atraen".

Un culombio se define como la cantidad de carga transportada por una corriente de un amperio en el lapso de un segundo.

La fórmula es la siguiente: 1C=1A.1s

Aunque esto suena como una pequeña cantidad, dos cargas de un culombio cada una separadas por un metro se repelerían entre sí con una fuerza de alrededor de un millón de toneladas.

En la actualidad se prefiere usar una unidad más grande para la carga: el amperio hora que es igual a 3,600 C. La equivalencia sería: 1Ah= 3600C.

La fuerza de Coulomb es junto a la gravedad, las dos fuerzas fundamentales que se nota en una escala macroscópica. No obstante, la fuerza eléctrica es mucho mucho más fuerte que la gravedad.

Sin embargo, la gravedad aún domina el universo a gran escala, porque a diferencia de la carga eléctrica es más fácil juntar grandes cantidades de masa. Grandes acumulaciones de partículas cargadas de forma similar no son posibles debido a su repulsión mutua y su afinidad por cargas eléctricas diferentes.

Tipos de carga eléctrica

Las cargas eléctricas son principalmente de dos tipos:

Carga eléctrica positiva

Es aquella que tiene una mayor cantidad de protones que de electrones. Normalmente se presenta como característica de cierto tipo de objetos. Por ejemplo se puede obtener al frotar un pedazo de vidrio con un paño de seda.

Carga eléctrica negativa

Es el tipo de carga donde predomina una mayor cantidad de electrones. Existe otro grupo de materiales que al frotarlos adquieren este tipo de carga. Por ejemplo, el frotar un objeto de plástico con una franela hace que éste adquiera carga negativa.

La carga eléctrica en el universo

Las cargas eléctricas están en todas partes, todos los objetos la contienen. Por lo general no somos conscientes de ellas porque la mayoría de objetos contienen cantidades iguales de carga positiva y carga negativa, las cuales se neutralizan o anulan entre sí de manera muy efectiva.

Generalmente se cree que la carga neta del universo es neutral. Si la relación entre la carga positiva y negativa fuera de un factor de solo 10 a 40, la fuerza de Coulomb sería más poderosa que la gravedad; lo que haría que el universo fuera bastante diferente a como lo conocemos. No obstante, algunos investigadores han especulado sobre la posibilidad de la existencia de un universo con carga eléctrica.

Un poco de historia

Los valores positivos y negativos para la carga eléctrica los asignó originalmente por el inventor estadounidense Benjamín Franklin, quien comenzó a estudiar la electricidad en 1742. Hasta entonces, la mayoría de personas pensaba que los efectos eléctricos eran el resultado de la mezcla de dos fluidos eléctricos diferentes, uno positivo y uno negativo.

Sin embargo, Franklin se convenció de que solo había un solo fluido eléctrico y que los objetos podían tener un exceso o deficiencia de este fluido. Es por ello que se le atribuye a él la invención de los términos positivo y negativo para designar un exceso o deficiencia de cargas eléctricas.