Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Carga eléctrica y propiedades


La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia. Es algo que un objeto puede tener, como la masa o el volumen, pero no es tan fácil de ver. Hay dos tipos de carga eléctrica: positiva y negativa. Los objetos más familiares que portan carga eléctrica son los protones y los electrones. Los protones tienen una carga positiva y los electrones tienen una carga negativa. Vamos a examinar más profundamente el concepto de carga eléctrica y sus propiedades.

¿Qué es la carga eléctrica?

La carga eléctrica es una propiedad fundamental que hace que los objetos experimenten una fuerza cuando se colocan en un campo electromagnético. Es análoga al concepto de masa en la ley de la gravedad. Sin embargo, mientras que la masa es de un solo tipo, la carga es de dos tipos: positiva y negativa.

Tipos de cargas

Hay dos tipos de cargas:

  • Carga positiva: Este tipo de carga es transportado por protones.
  • Carga negativa: Esta carga es transportada por electrones.

Los objetos con cargas similares se repelen entre sí, mientras que los objetos con cargas opuestas se atraen entre sí. Esta propiedad importante de la carga es la base de muchos fenómenos eléctricos.

Propiedades básicas de la carga eléctrica

Algunas de las propiedades fundamentales de la carga eléctrica son las siguientes:

1. Cuantización de la carga

La cuantización de la carga significa que la carga existe en cantidades discretas en lugar de en un rango continuo. Se da por la ecuación:

q = n * e

Aquí, q es la carga, n es un número entero (positivo o negativo), y e es la carga elemental (~1.6 × 10−19 coulombs).

2. Conservación de la carga

La conservación de la carga es una de las propiedades fundamentales de la carga eléctrica. Establece que la carga total en un sistema aislado permanece constante con el tiempo. Esto significa que la carga no puede ser creada ni destruida, pero puede ser transferida de una parte del sistema a otra.

3. Naturaleza aditiva de la carga

La carga total de un sistema es la suma algebraica de las cargas individuales. Por ejemplo, si tienes las cargas q1, q2 y q3, la carga total del sistema es Q:

Q = q1 + q2 + q3 + ...

Fuerza electrostática y ley de Coulomb

La fuerza entre dos cargas se describe por la ley de Coulomb. Establece que la fuerza entre dos cargas puntuales q1 y q2 ubicadas a una distancia r en un vacío es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas:

F = k * (|q1 * q2| / r^2)

Donde:

  • F es la magnitud de la fuerza.
  • k es la constante de Coulomb (~8.99 × 10 9 N m²/C²).
  • r es la distancia entre los centros de las dos cargas.

Ejemplo visual: líneas de campo eléctrico

Las líneas de campo eléctrico proporcionan una forma de visualizar un campo eléctrico. Muestran la dirección de la fuerza ejercida por el campo sobre una carga positiva y apuntan hacia afuera desde las cargas positivas y hacia las cargas negativas.

Este diagrama muestra las líneas de campo entre una carga positiva (en rojo) y una carga negativa (en azul). Las líneas salen de la carga positiva y entran en la carga negativa, mostrando la dirección del campo eléctrico.

Campos eléctricos y sus propiedades

El campo eléctrico es la región alrededor de una partícula cargada donde se aplica una fuerza sobre otras partículas cargadas. La intensidad del campo eléctrico E creado por una carga puntual q ubicada a una distancia r se da por:

E = k * (|q| / r^2)

La dirección del campo es radialmente hacia afuera desde la carga positiva y radialmente hacia adentro hacia la carga negativa.

Características de las líneas de campo eléctrico

  • Las líneas comienzan desde la carga positiva y terminan en la carga negativa.
  • El número de líneas es proporcional a la magnitud de la carga.
  • El campo es más fuerte donde las líneas están más cerca unas de otras.
  • Las líneas de campo eléctrico nunca se cruzan entre sí.

Energía potencial eléctrica

Al igual que la energía potencial gravitatoria, los objetos cargados también tienen energía potencial eléctrica. La energía potencial U de una carga q en un campo eléctrico E se da por:

U = q * V

donde V es el potencial eléctrico.

Aplicaciones de la carga eléctrica

El concepto de carga eléctrica es fundamental para muchas aplicaciones en física e ingeniería:

  • Electrónica: Todos los dispositivos electrónicos operan basándose en la manipulación y control de cargas eléctricas.
  • Relámpagos: El relámpago es el resultado de la acumulación de carga eléctrica en las nubes debido a su interacción con las corrientes de aire y la superficie terrestre.
  • Capacitor: Los capacitores almacenan energía eléctrica manteniendo separación entre las cargas positivas y negativas.

Conclusión

La carga eléctrica es un aspecto fundamental de la naturaleza que da lugar a fuerzas y campos eléctricos. Comprender la carga eléctrica y sus propiedades es esencial para explorar el amplio campo del electromagnetismo y sus muchas aplicaciones en tecnología y ciencia. Las futuras exploraciones incluyen la integración de la carga eléctrica con otras fuerzas fundamentales y el avance de tecnologías eléctricas.


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Carga eléctrica y propiedades

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