Carga eléctrica para niños

La carga eléctrica es una característica especial de algunas partículas muy pequeñas que forman la materia, como los electrones y los protones. Gracias a esta característica, estas partículas pueden atraerse o repelerse entre sí. Imagina que es como un imán: si tienes dos imanes, pueden pegarse o empujarse, ¿verdad? Con la carga eléctrica pasa algo parecido.

La materia que tiene carga eléctrica es afectada por los campos electromagnéticos, y a la vez, ella misma crea esos campos. La forma en que la carga y el campo eléctrico interactúan se llama interacción electromagnética, y es una de las fuerzas fundamentales de la física que nos ayuda a entender cómo funciona el universo.

Las cargas eléctricas no se presentan en cualquier cantidad, sino en "paquetes" o unidades muy específicas. Esto fue demostrado por un científico llamado Robert Millikan. Por una costumbre antigua, a los electrones se les dio una carga negativa (se representa como –1 o –e), mientras que a los protones se les dio una carga positiva (+1 o +e). También existen unas partículas aún más pequeñas llamadas quarks, que tienen cargas fraccionarias (como ± 1/3 o ± 2/3), pero nunca se les ha visto solos en la naturaleza.

Unidades de medida de la carga eléctrica

En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad para medir la carga eléctrica se llama culombio (o coulomb), y su símbolo es C.

¿Qué es un culombio?

Un culombio se define como la cantidad de carga eléctrica que pasa por un cable en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio. Para que te hagas una idea, la carga más pequeña que existe es la de un solo electrón. Esta carga elemental tiene un valor exacto de 1.602 176 634 × 10^-19 C. Esto significa que se necesitan muchísimos electrones (aproximadamente 6.241 509 074 460 763 × 10¹⁸ electrones) para juntar un culombio de carga negativa.

Submúltiplos del culombio

Como el culombio es una unidad bastante grande para algunas aplicaciones, a veces se usan unidades más pequeñas:

• 1 miliculombio (mC) = 1/1000 de culombio
• 1 microculombio (µC) = 1/1 000 000 de culombio

Historia de la carga eléctrica

Experimento de la cometa de Benjamín Franklin.

Desde hace mucho tiempo, en la Antigua Grecia, ya se sabía que al frotar ámbar (una resina fósil) con una piel, el ámbar podía atraer objetos ligeros como trozos de paja o plumas. Se dice que el filósofo griego Tales de Mileto, que vivió hace unos 2500 años, fue el primero en notar esto.

En el año 1600, un médico inglés llamado William Gilbert observó que otros materiales también se comportaban como el ámbar al frotarlos. Como la palabra griega para ámbar es ἤλεκτρον (ēlektron), Gilbert empezó a usar el término "eléctrico" para describir estos materiales. De ahí vienen las palabras "electricidad" y "carga eléctrica". Gilbert también fue importante porque diferenció los fenómenos eléctricos de los magnéticos.

Más tarde, Stephen Gray descubrió que algunos materiales podían conducir la electricidad, mientras que otros no. Charles du Fay fue el primero en sugerir que existían dos tipos de carga. Pero fue Benjamin Franklin quien, al estudiar estos fenómenos, les dio los nombres de carga positiva (+) y carga negativa (–).

A mediados del siglo XIX, científicos como Michael Faraday y James Clerk Maxwell hicieron grandes avances. Faraday, con sus experimentos sobre la electrólisis, descubrió la relación entre la electricidad y la materia. Maxwell, por su parte, describió de forma completa cómo funcionan los fenómenos electromagnéticos.

Finalmente, los trabajos de Joseph John Thomson, quien descubrió el electrón, y de Robert Millikan, quien midió su carga, fueron clave para entender que la carga eléctrica tiene una naturaleza discreta, es decir, que viene en "paquetes" definidos.

Naturaleza y propiedades de la carga

La carga eléctrica es una característica fundamental de la materia y se presenta en dos tipos: positiva y negativa, como las llamó Benjamin Franklin.

Interacción entre cargas

• Cuando dos cargas del mismo tipo se encuentran (por ejemplo, dos cargas positivas o dos cargas negativas), se repelen, es decir, se empujan.
• Cuando dos cargas de tipos diferentes se encuentran (una positiva y una negativa), se atraen, es decir, se jalan la una a la otra.

Carga eléctrica elemental

La física actual nos dice que la carga eléctrica está "cuantizada". Esto significa que no puede haber cualquier cantidad de carga, sino solo múltiplos de una unidad básica. La unidad más pequeña de carga es la que tiene el electrón, y se le llama carga elemental (representada como e). Su valor exacto es 1.602 176 634 × 10^-19 C.

Cualquier carga q que exista en la naturaleza es siempre un múltiplo de esta carga elemental. Por ejemplo, la carga de un cuerpo siempre será N veces e, donde N es un número entero (positivo o negativo).

Por convención, la carga del electrón se representa como –e, la del protón como +e, y la del neutrón como 0 (porque no tiene carga). Aunque los quarks tienen cargas fraccionarias, siempre se encuentran unidos de tal manera que la carga total de las partículas que forman (como protones y neutrones) es un múltiplo entero de e.

Principio de conservación de la carga

Una propiedad muy importante de la carga eléctrica es que se conserva. Esto significa que la carga eléctrica no se crea ni se destruye, solo se transfiere de un lugar a otro. En cualquier proceso, la cantidad total de carga eléctrica en un sistema cerrado siempre se mantiene igual.

Por ejemplo, cuando frotas un globo con tu cabello, los electrones se transfieren de un lugar a otro. El globo gana electrones y se carga negativamente, mientras que tu cabello pierde electrones y se carga positivamente. Pero la suma total de cargas (positivas y negativas) en el globo y tu cabello juntos sigue siendo la misma que al principio.

Invariante relativista

Otra propiedad interesante es que la carga eléctrica es un invariante relativista. Esto significa que no importa qué tan rápido se mueva un objeto o una partícula, la cantidad de carga que tiene siempre será la misma para cualquier observador. A diferencia de otras cosas como el espacio, el tiempo o la energía, la carga no cambia con la velocidad.

Densidad de carga eléctrica

A veces, la carga eléctrica está distribuida sobre una línea, una superficie o un volumen. Para describir esto, usamos el concepto de densidad de carga eléctrica. Es la cantidad de carga eléctrica que hay por cada unidad de longitud, área o volumen.

Existen tres tipos de densidad de carga:

• Densidad de carga lineal (λ): Se usa para cuerpos largos y delgados, como un hilo. Se mide en culombios por metro (C/m).
  • Fórmula: λ = Q / L (donde Q es la carga y L es la longitud)

• Densidad de carga superficial (σ): Se usa para superficies, como una lámina delgada. Se mide en culombios por metro cuadrado (C/m²).
  • Fórmula: σ = Q / S (donde Q es la carga y S es la superficie)

• Densidad de carga volumétrica (ρ): Se usa para cuerpos que tienen volumen, como una esfera. Se mide en culombios por metro cúbico (C/m³).
  • Fórmula: ρ = Q / V (donde Q es la carga y V es el volumen)

Formas de cambiar la carga eléctrica de los cuerpos

El proceso de hacer que un cuerpo gane o pierda cargas eléctricas (generalmente electrones) se llama electrización. Un cuerpo que normalmente es neutro (tiene la misma cantidad de cargas positivas y negativas) puede electrizarse de varias maneras:

• Electrización por contacto: Cuando un cuerpo cargado toca un material conductor, las cargas pueden pasar de uno a otro. Si el conductor gana electrones, se carga negativamente; si los pierde, se carga positivamente.

• Electrización por fricción: Si frotas dos materiales diferentes (especialmente aislantes), algunos electrones pueden transferirse de uno a otro. Cuando los separas, ambos cuerpos quedan con cargas opuestas. Por ejemplo, al frotar un globo con tu cabello.

• Carga por inducción: Si acercas un cuerpo cargado a un conductor sin tocarlo, las cargas dentro del conductor se reorganizan. Las cargas opuestas al cuerpo cargado se acercan, y las cargas del mismo tipo se alejan. El conductor sigue siendo neutro en general, pero tiene una parte con carga positiva y otra con carga negativa.

• Carga por efecto fotoeléctrico: Esto ocurre cuando la luz (o algún otro tipo de radiación) golpea la superficie de un material y hace que se liberen electrones.

• Carga por electrólisis: Es un proceso químico donde una corriente eléctrica continua se usa para separar los componentes de una sustancia.

• Carga por efecto termoeléctrico: Significa generar electricidad a partir del calor.

Galería de imágenes

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  Tipo de interacción (atractiva o repulsiva) entre cargas de igual y distinta naturaleza.

Véase también

En inglés: Electric charge Facts for Kids