Descubre el fascinante mundo de la Ley de Coulomb, una de las bases fundamentales de la física eléctrica. En este artículo, exploraremos su enunciado, fórmula, limitaciones y aplicaciones en diversos campos. Prepárate para adentrarte en los misterios del electromagnetismo y desvelar los secretos de las cargas eléctricas.
En este artículo, aprenderemos sobre la ley de Coulomb en electrostática. Aquí aprenderemos sobre el enunciado, la fórmula, la limitación y las aplicaciones de la ley de Coulomb.
En electrostática, la ley de Coulomb es el concepto más fundamental que proporciona información sobre la fuerza electrostática que actúa entre dos o más cuerpos cargados. La ley de Coulomb fue dada por el físico francés Charles Augustin de Coulomb en 1785. La ley de Coulomb también se conoce como Ley del cuadrado inverso de Coulomb.
Declaración de la Ley de Coulomb
La ley de Coulomb establece que si hay dos cuerpos colocados en un medio (vacío o dieléctrico), entonces la fuerza electrostática que actúa entre los dos cuerpos es directamente proporcional al producto de las cargas sobre los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. entre los cuerpos cargados.
Dado que la ley de Coulomb da la relación del cuadrado inverso entre la fuerza y la distancia entre dos cuerpos cargados. Esta es la razón por la cual la ley también se conoce como ley del cuadrado inverso de Coulomb.
Fórmula de la ley de Coulomb
Considere dos cuerpos cargados que tienen cargas q1 y q2 respectivamente, separados por una distancia de d metros uno del otro como se muestra en la siguiente figura.
Según la ley de Coulombtenemos,
- La fuerza electrostática que actúa entre los dos cuerpos cargados es directamente proporcional al producto de las cargas sobre ellos, es decir
- La fuerza electrostática es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los centros de los cuerpos cargados, es decir
Por lo tanto, al combinar estas dos ecuaciones, obtenemos,
Dónde k es una constante de proporcionalidad cuyo valor depende del medio en el que se colocan los cuerpos.
En el sistema SI, el valor de k es dado por,
donde ε0 es el permitividad absoluta del vacío o espacio libre y εr es el permitividad relativa del medio en que se colocan los cuerpos.
El valor de es ε0 igual a 8,85 × 10-12 C2/Nuevo Méjico2.
Por lo tanto, la fórmula de la fuerza electrostática se convierte en,
Cuando los cuerpos se separan entre sí en el vacío, entonces εr=1, por lo tanto,
Nota-
- Si los cargos q1 y q2 son cargas iguales, es decir, ambas tienen la misma polaridad (ya sea positiva-positiva o negativa-negativa), entonces la fuerza F que actúa entre ellas es repulsiva.
- Si los cargos q1 y q2 son a diferencia de los cargoses decir, ambos son de polaridad opuesta (positivo-negativo o viceversa), entonces la fuerza F que actúa entre ellos es atractiva.
Limitaciones de la Ley de Coulomb
Las siguientes son las tres limitaciones principales en las que no se puede aplicar la ley de Coulomb:
- La ley de Coulomb se aplica solo cuando las cargas puntuales están en reposo.
- La ley de Coulomb puede no ser aplicable cuando la forma de los cuerpos cargados es arbitraria. Es porque, para un cuerpo de forma arbitraria, no podemos determinar la distancia entre los centros de los cuerpos.
- No podemos calcular la fuerza entre las cargas de los grandes planetas utilizando la ley de Coulomb.
Aplicaciones de la Ley de Coulomb
La ley de Coulomb es la ley más fundamental de la física electrostática, las siguientes son algunas de las principales aplicaciones en las que se utiliza la ley de Coulomb para los cálculos:
- La ley de Coulomb calcula la fuerza electrostática que actúa entre las cargas puntuales.
- La ley de Coulomb también determina la distancia entre dos cuerpos cargados puntualmente.
- La ley de Coulomb también se usa para determinar la fuerza electrostática que actúa sobre una carga puntual debido a varias cargas.
Ejemplos numéricos de la ley de Coulomb
Ejemplo numérico 1 – Calcular la fuerza electrostática entre dos cargas 7 × 10-8 C y 2 × 10-7 C. Estas dos cargas están separadas por una distancia de 15 cm en el espacio libre.
Solución – Datos dados,
De acuerdo con la ley de Coulomb, tenemos,
Ejemplo numérico 2 – Dos esferas están separadas por una distancia de 4 cm en el aire. La carga electrostática en una esfera es 5 × 10-9 C y la fuerza de atracción eléctrica de 5 mN actúa entre las esferas. Determine la carga eléctrica en la segunda esfera.
Solución – Datos dados,
De acuerdo con la ley de Coulomb, tenemos,
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