La unidad de carga eléctrica

Experientia docet Electromagnetismo Artículo 6 de 34

la unidad de carga eléctrica

Viene de Ley de la fuerza eléctrica (2): la magnitud de carga y la ley de Coulomb

La ley de Coulomb puede usarse para definir una unidad de carga siempre y cuando hayamos definido las unidades de las otras variables que aparecen en la ecuación. Por ejemplo, nada impide que asignemos a k un valor de exactamente 1 y entonces definir una unidad de carga de tal manera que dos unidades de carga separadas por una distancia unidad ejerzan una unidad de fuerza la una sobre la otra. De hecho existe un conjunto de unidades basado en esta elección. Sin embargo, otro sistema de unidades eléctricas, el conocido como mksa, es mucho más conveniente.

En el sistema mksa (el llamado Sistema Internacional de unidades) la unidad de carga se deriva no de la electrostática, sino de la unidad de corriente, el amperio (A). La unidad de carga que resulta se llama, muy adecuadamente, coulomb o, españolizada, culombio (C). Se define como la cantidad de carga que pasa por un punto de un cable en un segundo cuando la corriente es 1 A. El el sistema internacional de unidades el amperio es la unidad básica, junto al metro (m), el kilogramo (kg) y el segundo (s), de aquí que también se llame mksa.

El amperio (A) es una unidad con la que estamos familiarizados porque se usa habitualmente para describir la corriente en los aparatos eléctricos y dispositivos electrónicos. Si nos fijamos en los valores que aparecen en ellos podríamos llegar a pensar que 1 C es una cantidad de carga bastante pequeña. Sin embargo 1C de carga neta acumulada en un sitio se hace inmanejable por lo grande. ¿Qué pasa entonces en un aparato eléctrico o una bombilla por la que circule 1 A, es decir, 1 C cada segundo? Pues que lo que pasa por sus cables son cargas negativas a través de una estructura más o menos estática de cargas positivas, por lo que la carga neta en cada momento en el cable es cero.

En la actualidad se está considerando la posibilidad de que en el Sistema Internacional sea el amperio el que se defina en términos de constantes de la naturaleza, en este caso, la carga elemental. La nueva definición sería algo así:

El amperio, A, es la unidad de corriente eléctrica; su magnitud se define fijando el valor numérico de la carga elemental igual exactamente a 1.60217 x 10−19 cuando es expresado en la unidad segundo x amperio, que es igual a culombio.

Tomando el culombio (1 C) como la unidad de carga, podemos hallar fácilmente la constante k en la ley de Coulomb experimentalmente. Solo tendríamos que medir la fuerza entre cargas separadas una distancia conocida. De esta manera resulta que k toma el valor de nueve mil millones de newton-metros cuadrados por cada culombio al cuadrado o, usando símbolos, k = 9·109 Nm2/C2.

A la vista de este valor de k, dos objetos, cada uno de ellos con una carga neta de 1 C, separados un metro, ejercerían fuerzas el uno sobre el otro de nueve mil millones de newton. Para hacer una comparativa, esta es la fuerza gravitatoria que ejercen un millón de toneladas. Estas fuerzas no se pueden observar en el laboratorio, al menos laboratorios convencionales, porque es dificilísimo acumular tanta carga neta (solo 1 C) en un solo sitio.

Visto desde otro punto de vista, tampoco podemos ejercer fuerza suficiente como para conseguir juntar dos cargas del mismo signo de 1 C cada una. La repulsión de cargas del mismo signo es tal que es prácticamente imposible mantener una carga neta de más de una milésima de culombio (0,001 C) en un objeto de tamaño ordinario. Si frotas lo suficiente un peine como para que sea visible una chispa cuando lo aproximas a un conductor, la carga neta en el peine sería mucho menor que una millonésima de culombio (0,000001 C). Los rayos se producen cuando una nube ha acumulado una carga neta de unos cuantos cientos de culombios, eso sí, distribuida en todo su enorme volumen.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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