El ingeniero y físico francés Charles de Coulomb hizo descubrimientos pioneros en electricidad y magnetismo. Propuso nuevas teorías sobre la fuerza encontrada entre cargas eléctricas, demostrando que un cuerpo cargado eléctricamente puede ejercer una fuerza de atracción o repulsión desde la distancia sobre otro cuerpo cargado.
En 1785 inventó una relación tangible en forma matemática entre dos cuerpos cargados eléctricamente. El físico desarrolló una ecuación que explica la fuerza que hace que los cuerpos se atraigan o se repelan, conocida como «ley de Coulomb» o «ley del cuadrado inverso de Coulomb».
¿Qué dice la ley de Coulomb?
La fuerza de atracción y repulsión de las cargas se puede calcular mediante la ley de Coulomb. (Fuente: Wikimedia / Svjo / Reproduction)La fuente: Wikimedia / Svjo / Reproducción
La ley de Coulomb expresa la fuerza de la interacción eléctrica entre dos partículas cargadas eléctricamente e inmóviles, lo que permite calcular la fuerza eléctrica de atracción y repulsión ejercida entre dos objetos fijos y cargados. De hecho, solo la naturaleza de las cargas eléctricas puede permitirnos identificar la naturaleza de la fuerza, mientras que la ley nos permite calcular la intensidad.
Según el físico, la magnitud de la fuerza electrostática de atracción o repulsión entre dos cuerpos cargados eléctricamente es directamente proporcional al producto de la carga de los cuerpos cargados e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre el centro de los cuerpos cargados.
El espacio en el que se ejerce la fuerza se llama campo eléctrico. Por convención, el campo eléctrico se aleja de la carga positiva a medida que se acerca a la carga negativa. Por lo tanto, el campo eléctrico siempre cambia de una carga positiva a una carga negativa. El campo eléctrico de dos cargas del mismo signo es opuesto, es decir, está orientado en direcciones opuestas, mientras que el de dos cargas opuestas es atraído.
La fuerza del campo eléctrico depende de la carga del objeto que lo produce y de la distancia del objeto cargado. La siguiente ecuación se utiliza para calcular la fuerza del campo eléctrico ejercido por un cuerpo cargado.
Fórmula de la ley de Coulomb
La fórmula de la ley de Coulomb se utiliza para calcular la fuerza eléctrica entre 2 cargas a partir de la combinación de la constante electrostática (K), cuyo valor en el vacío es 9,109 N.m²/ C², por las 2 cargas eléctricas (q1 eqde ellos) multiplicados entre sí y divididos por el cuadrado de la distancia entre las cargas, en metros (r).
La unidad de medida para cargas eléctricas utilizada en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es Coulomb (C), en honor al físico que realizó la importante formulación para los estudios de la electricidad. Las cargas de masa y dimensión de las cargas eléctricas se consideran insignificantes en la ley de Coulomb.
Al calcular la intensidad de la fuerza eléctrica, solo se tienen en cuenta los valores absolutos de las cargas, independientemente de su signo negativo o positivo. Según la tercera ley de Newton, la fuerza ejercida por las cargas entre sí es de la misma magnitud porque están en la misma dirección, pero en direcciones opuestas.
Gráfico de la ley de Coulomb
El gráfico representa una fuerza inversamente proporcional a la distancia, como la fuerza de Coulomb entre una carga puntual y una carga lineal.La fuente: Wikimedia / Chanchocan / Reproducción
La fórmula de la ley de Coulomb establece que la fuerza eléctrica entre 2 partículas cargadas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. Así, cuando 2 cargas eléctricas están a una distancia «d» y cambian de posición a la mitad de esta distancia (d / 2), la fuerza eléctrica entre ellas se cuadruplicará (4F). Asimismo, si se duplica la distancia entre las dos cargas, la fuerza eléctrica entre ellas se reducirá 4 veces.
La ley de Coulomb se puede expresar como una gráfica de fuerza versus distancia, en la que cuanto menor es el espacio entre cargas, mayor es la fuerza eléctrica; mientras que cuanto mayor es la distancia, más débil es la fuerza ejercida sobre el campo eléctrico.
Aplicaciones de la ley de Coulomb
El proceso de pintura electrostática es una de las aplicaciones de la Ley de Culombio. (Fuente: Pixabay / Magnascan / Reproduction)La fuente: Pixabay / Magnascan / Lectura
la ley de Culombio se aplica al funcionamiento de fotocopiadoras, impresoras y pintura de vehículos. El proceso electrostático se encarga de la fijación de materiales coloreados y cabellos erguidos en contacto con un generador Van de Graff.
En el caso de la fotocopiadora, la máquina utiliza un tambor de aluminio recubierto de selenio, ya que la conductividad eléctrica aumenta con la exposición a la luz. En el primer paso del proceso de xerografía, se induce una carga negativa bajo una capa delgada de selenio cargado positivamente.
A continuación, la superficie del tambor se expone a la imagen que se va a copiar; por lo tanto, la carga positiva se neutraliza donde la imagen es brillante, pero permanece donde la imagen es oscura. De esta forma, la imagen se transfiere al cilindro.
Luego, se rocía un polvo negro seco, llamado tóner, con una carga negativa, que será causada por las áreas positivas del tambor. Una hoja de papel en blanco recibe una carga positiva mayor que la del tambor, luego extrae el tóner del tambor y, finalmente, el papel y el tóner pasan a través de rodillos calentados que se funden permanentemente y se adhieren al tóner del tambor.