Carga eléctrica

Se dice que ya para el siglo 7 aC los griegos dejaron constancia escrita del hecho curioso que sucedía cuando el ámbar, una resina vegetal fosilizada, producía una fuerza de atracción o repulsión sobre otros cuerpos colocados en sus inmediaciones. Esta "curiosidad" dio pie al surgimiento más tarde de la palabra electricidad que proviene del nombre griego del ámbar, electrum (ἤλεκτρον). Pero no fue hasta el siglo XVIII  en que se comenzaron a dar pasos acertados en la comprensión de este fenómeno y su conexión con la electricidad, a manos principalmente de Benjamin Franklin. Por esa época se había generalizado la idea de que los fenómenos eléctricos estaban asociados con una suerte de fluido contenido en la materia. La fuerza de repulsión o atracción se asociaba con la "carga", carencia o exceso de este fluido. Si el fluido fluye fuera de un cuerpo necesariamente deja detrás una carencia, mientras el cuerpo hacia el que se había producido el flujo tendría un exceso. Franklin introdujo los términos "positiva" y "negativa" a los dos tipos de carga. Sin embargo, la naturaleza real de la carga eléctrica encontró su verdadera explicación más tarde durante la exploración experimental del átomo.

Propiedades de la carga eléctrica

Existen muchos experimentos en los que se puede demostrar la existencia de cargas y fuerzas eléctricas, por ejemplo, si usted frota una pieza de plástico, de teflón o de vidrio contra un trozo de piel peluda encontrará que la pieza atrae luego a pedacitos de papel y esta fuerza de atracción es lo suficientemente fuerte como para sostener los trocitos de papel adheridos a la pieza en contra de la gravedad. En estas condiciones se dice que el cuerpo está cargado eléctricamente. ¿Pero qué es en realidad la carga eléctrica?

Cuando pensamos en materia, normalmente la vinculamos a una cualidad simple, su masa, constituida por átomos. Pero si nos adentramos en la estructura del átomo encontraremos que estos están formados por electrones y un núcleo, y los electrones, así como el núcleo se caracterizan por otra cualidad, la carga eléctrica (q). Las cargas eléctricas ejercen fuerzas entre ellas que son proporcionales al producto de sus magnitudes, de la misma forma que las masas producen fuerzas gravitacionales entre ellas que son proporcionales al producto de sus masas. No obstante, en relación con las cargas eléctricas surge un nuevo elemento que no está presente en las fuerzas gravitacionales: las fuerzas debido a la gravedad siempre son de atracción. Por su parte las cargas eléctricas pueden ser de dos tipos o signos y de acuerdo a este signo, aquellas que interactúan pueden producir atracción o repulsión entre ellas.

En 1909, Robet Millikan descubrió que si un objeto se carga, su carga es siempre múltiplo de una unidad elemental de carga que se designa como e, y esta cualidad de que la carga ocurre como "paquetes" en la naturaleza, derivó a que en la actualidad se diga que la carga eléctrica está cuantificada. De este modo, un objeto puede tener una carga ±e, o ±2e, o ±3e etc, pero nunca una carga fraccional como por ejemplo ±2.4e . Por la misma época de Millikan otros investigadores realizaron experimentos en los que se concluyó que el electrón tiene carga -e y el protón tiene una carga igual pero opuesta +e. Pero el átomo es neutro, o siendo más precisos eléctricamente neutro (sin carga eléctrica neta) porque contiene la misma cantidad de electrones que de protones. El valor aceptado en la actualidad para la carga, e, es 1.60219 X 10^-19 C. Siendo C el símbolo de la unidad de carga eléctrica, el Coulomb que veremos con detalle más adelante.

Ya mencionamos arriba que cuando se frota, por ejemplo, una barra de teflón con un trozo de piel peluda la barra se carga eléctricamente, pues bien ahora agregaremos que el trozo de piel también resulta cargado, pero con carga de signo contrario a la carga de la barra. En la práctica, el teflón se carga negativamente y la piel positivamente. ¿Que ha sucedido?, simplemente se han transferido electrones del trozo de piel a la barra de teflón de modo que la primera tiene un exceso de electrones (y no de fluido como pensaba Franklin) mientras que la piel una carencia. En otro experimento frotamos una barra de vidrio con un trozo de seda y como era de esperarse la barra de vidrio se carga, pero ahora positivamente, esto es, en este caso los electrones se transfirieron de la barra de vidrio a la seda.