Lei de Coulomb

Denomínase interacción electrostática ou forza electrostática á forza de atracción ou repulsión que se observa entre obxectos con carga eléctrica, debida á soa existencia destas cargas, dando orixe ao campo electrostático. As características cuantitativas deste fenómeno foron estudadas por Coulomb e Cavendish, dando orixe ao que se coñece como Lei de Coulomb.

A lei de Coulomb leva o seu nome en honor a Charles-Augustin de Coulomb, un dos seus descubridores e o primeiro en publicalo. Porén, Henry Cavendish obtivo a expresión correcta da lei, con maior precisión que Coulomb, aínda que isto non se soubo ata logo da súa morte.

 Descubrimento do fenómeno 
miniatura|200px|Balanza de torsión de Coulomb
miniatura|200px|Variación da Forza de Coulomb en función da distancia
Coulomb estudou en detalle as forzas de interacción entre partículas con carga eléctrica, facendo referencia a cargas puntuais (aquelas cargas cuxa magnitude é moi pequena respecto da distancia que os separa).

Este notorio físico francés efectuou medicións moi coidadosas das forzas existentes entre cargas puntuales utilizando unha balanza de torsión similar á usada por Cavendish para avaliar a lei da gravitación universal.

A balanza de torsión consiste nunha barra que colga dunha fibra. Esta fibra é capaz de torcerse, e se a barra vira a fibra tende a regresala á súa posición orixinal. Se se coñece a 
forza de torsión que a fibra exerce sobre a barra, lógrase un método sensible para medir forzas.

Na barra da balanza, Coulomb, colocou unha pequena esfera cargada e, a continuación, a diferentes distancias, situou outra esfera con carga de igual magnitude. Logo mediu a forza entre elas observando o ángulo que viraba a barra.

Devanditas medicións permitiron determinar que:

1) A forza de interacción entre dúas cargas  e  duplica a súa magnitude se algunha das cargas dobra o seu valor, triplícaa se algunha das cargas aumenta o seu valor nun factor de tres, e así sucesivamente. Concluíu entón que o valor da forza era proporcional ao produto das cargas:

       e       

en consecuencia:



2) Se a distancia entre as cargas é , ao duplicala, a forza de interacción diminúe nun factor de 4; ao triplicala, diminúe nun factor de 9 e ao cuadriplicar , a forza entre cargas diminúe nun factor de 16. En consecuencia, a forza de interacción entre dúas cargas puntuais, é inversamente proporcional ao cadrado da distancia:



Asociando as relacións obtidas en 1) e 2):



Finalmente, introdúcese unha constante de proporcionalidade para transformar a relación anterior nunha igualdade:

 Enunciado da lei 

O enunciado que describe a lei de Coulomb é o seguinte:

 "A magnitude de cada unha das forzas eléctricas con que interactúan dúas cargas puntuales é directamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao cadrado da distancia que as separa."

Esta lei é válida só en condicións estacionarias, é dicir, cando non hai movemento das cargas ou, como aproximación, o movemento realízase a velocidades baixas e traxectorias rectilíneas uniformes. 
Chámaselle á esta Forza Electrostática. A parte Electro provén de que se trata de forzas eléctricas e estática debido á ausencia de movemento das cargas.

En termos matemáticos, a magnitude  da forza que cada unha das dúas cargas puntuais  e  exerce sobre a outra separadas por unha distancia  expresase coma:

Dadas dúas cargas puntuais  e  separadas unha distancia  no baleiro, atraense ou repelense entre si cunha forza de magnitude dada por:

A lei de Coulomb expresada con magnitudes vectoriais é da seguinte forma:

onde  é un vector unitario que vai na dirección da recta que une as cargas, sendo o seu sentido dende a carga que produce a forza ata a carga que a experimenta.

framed|centro|Representación gráfica da Lei de Coulomb para dúas cargas do mesmo signo.

 Constante de Coulomb 

A constante  é a Constante de Coulomb e o seu valor para unidades SI é  Nm²/C².

Á súa vez a constante  onde  é a permitividade relativa, , e  F/m é a permitividade do medio no baleiro.

Cando o medio que rodea ás cargas non é o baleiro hai que ter en conta a constante dieléctrica e a permitividade do material.

Algúns valores son:

Material (F/m) (Nm²/C²)Baleiro1 8,85·10−128,99·109Parafina2,1-2,21,90·10−114,16·109Mica6-75,76·10−111,38·109Papel parafinado2,21,95·10−114,09·109Polistireno1,059,30·10−128,56·109Baquelita3,8-53,90·10−112,04·109C-irbolito3-53,54·10−112,25·109Vidro orgánico3,2-3,63,01·10−112,64·109Vidro5,5-106,86·10−111,16·109Aire1,0006 8,86·10−128,98·109Mármore7,5-107,75·10−111,03·109Ebonita2,5-3 2,43·10−113,27·109Porcelana5,5-6,55,31·10−111,50·109Micalex7-97,08·10−111,12·109Micarta A e B7-86,64·10−111,20·109Batista vernizada3,5-53,76·10−112,11·109Goma en follas2,6-3,52,70·10−112,95·109Polistireno2,72,39·10−113,33·109

A ecuación da lei de Coulomb queda finalmente expresada da seguinte forma:

Categoría:Electromagnetismo
Categoría:Leis da física