Carga eléctrica
La magnitud de la carga de un electrón es 1.602176634 × 10⁻¹⁹ culombios, así que un culombio corresponde a la magnitud de la carga de unos 6.24 trillones de electrones.
Por qué un globo frotado se pega a la pared
Frota un globo con un suéter de lana y se quedará pegado a la pared sin ayuda. La película de plástico se adhiere a un tazón, un calcetín sale de la secadora pegado a una camisa y un peine que pasa por el cabello seco recoge trocitos de papel. Hace miles de años ya se había observado lo mismo con el ámbar, una resina fósil de árboles: al pulirlo, atrae pedacitos de paja. La palabra «eléctrico» procede del nombre griego del ámbar, elektron. Todos estos fenómenos se deben a la carga eléctrica y, en cada caso, la carga llegó allí al frotar dos materiales.
Dos tipos de carga
Los experimentos con varillas frotadas muestran que existen exactamente dos tipos de carga. Frota dos varillas de vidrio con seda y cuélgalas cerca una de otra: se repelen. Los dos paños de seda también se repelen. Pero una varilla de vidrio y un paño de seda se atraen. Benjamin Franklin llamó positiva y negativa a las dos clases. La regla es breve: las cargas del mismo signo se repelen y las de signo opuesto se atraen. La fuerza disminuye cuando las cargas se alejan; por eso el globo debe tocar la pared o estar muy cerca de ella.
¿De dónde sale la carga? Cada átomo tiene un núcleo de protones, que son positivos, y, en la mayoría de los átomos, neutrones sin carga, rodeado de electrones negativos. Un átomo normal tiene tantos electrones como protones, así que su carga total es cero y lo llamamos neutro. Los protones están confinados en el núcleo, pero algunos electrones están poco ligados al átomo. Al frotar, se transfieren electrones de una superficie a otra. Cuando se frota ámbar con seda, el ámbar gana electrones y queda negativo; la seda los pierde y queda positiva. No se crea nada: la carga solo se desplaza.
¿Cuánta carga? El culombio
La carga se mide en culombios, cuyo símbolo es C. La menor carga libre que se encuentra en la materia ordinaria es la de un protón, llamada carga elemental e. Desde 2019, su valor está fijado de forma exacta: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C. Un electrón tiene carga −e y un protón, +e. Como cada electrón representa una fracción diminuta de un culombio, un culombio corresponde a muchísimos electrones: 1 ÷ (1.602176634 × 10⁻¹⁹) ≈ 6.24 × 10¹⁸. La carga de cualquier objeto siempre es un múltiplo entero de e. Puede ser 3e o 1 000 000e, pero nunca 2.5e. En física se dice que la carga está cuantizada.
La segunda regla es la conservación de la carga: la carga total de un sistema aislado nunca cambia. Cuando frotas el globo con tu cabello, el globo gana exactamente tanta carga negativa como carga positiva gana tu cabello. Al sumarlas, el resultado sigue siendo cero. Nunca se ha observado un fallo de esta regla, desde los globos frotados hasta las colisiones de partículas.
Conductores y aislantes
En los metales, algunos electrones no están ligados a un átomo concreto. Estos electrones libres pueden desplazarse por toda la pieza de metal, de modo que la carga se mueve fácilmente por ella. Esos materiales son conductores: el cobre, el aluminio, la plata y el oro son buenos ejemplos. En el plástico, el caucho, el vidrio y el aire seco, casi todos los electrones permanecen con su átomo, así que la carga apenas se mueve. Estos materiales son aislantes. Un cable doméstico usa ambos: cobre en el interior para transportar la carga y plástico por fuera para impedir que llegue a tu mano. Frotar funciona mejor con los aislantes porque la carga transferida permanece en su lugar en vez de dispersarse.
De la carga en reposo a la carga en movimiento
Un globo frotado conserva su carga hasta que toca algo. Una pila es distinta: mantiene el movimiento de la carga por un circuito cerrado de cable. En el laboratorio de circuitos de abajo, los puntos azules representan electrones que se mueven por el cable. El indicador cuenta cuántos culombios pasan por la pila cada segundo y los convierte en un número de electrones.
Arrastra para girar. Usa la rueda de desplazamiento o separa y junta dos dedos para cambiar el zoom.
| Carga elemental e | 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C, exactos |
| Culombio (C) | Unidad de carga, unos 6.24 × 10¹⁸ electrones |
| Cargas del mismo signo | Se repelen |
| Cargas de signo opuesto | Se atraen |
| Conservación de la carga | La carga total de un sistema aislado se mantiene constante |
| Conductor | Material con electrones libres, como el cobre |
| Aislante | Material en el que la carga apenas se mueve, como el plástico |
- Hay dos tipos de carga: las del mismo signo se repelen y las de signo opuesto se atraen.
- Al frotar se transfieren electrones: el material que los gana queda negativo y el que los pierde, positivo.
- e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C; 1 C ≈ 6.24 × 10¹⁸ electrones.
- La carga se conserva y es un múltiplo entero de e.
- Los conductores tienen electrones libres; los aislantes no.
- Se acerca una varilla positiva a una esfera negativa. ¿Qué ocurre?
- Se atraen
- Se repelen
- Nada
- El ámbar frotado con seda queda negativo. ¿Qué ocurrió?
- El ámbar ganó electrones
- El ámbar ganó protones
- La seda ganó electrones
- ¿Cuántos electrones equivalen a 1 C? Da la respuesta en unidades de 10¹⁸, con dos decimales.
- Un globo gana 10¹² electrones adicionales. ¿Cuál es la magnitud de su carga en unidades de 10⁻⁷ C? (dos decimales)
- ¿Qué carga no puede tener un objeto?
- 2.5 e
- 3 e
- −1000 e
- Tu cabello gana +5 nC al frotarlo con un globo. El globo gana:
- −5 nC
- +5 nC
- 0
- ¿Cuál es un buen conductor?
- Cobre
- Caucho
- Vidrio seco
- Plástico
- ¿Por qué los cables tienen plástico por fuera?
- El plástico es un aislante
- El plástico conduce mejor la corriente
- El plástico almacena carga para después
- Un átomo neutro tiene 6 protones. ¿Cuántos electrones tiene?
- 6
- 0
- 12
- 3
- En el laboratorio, pasan 0.5 C por la batería cada segundo. ¿Cuántos electrones pasan por segundo, en unidades de 10¹⁸? (dos decimales)
Fuentes de este curso (14)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 18.1 Static electricity and charge (amber and the Greek word elektron, like charges repel, glass and silk, Franklin)
- 20.1 Current (I = ΔQ/Δt, 1 A = 1 C/s, truck battery 720 C in 4.00 s, calculator 0.300 mA, conventional current traced to Franklin, drift speed of order 10⁻⁴ m/s, 12-gauge copper wire 2.053 mm, copper density 8.80 × 10³ kg/m³)
- 20.2 Ohm's law (Ohm first showed I ∝ V by experiment, ohmic materials, headlight 12.0 V and 2.50 A = 4.80 Ω, dry person hand to foot about 10⁵ Ω)
- 20.3 Resistance and resistivity (Table 20.1: silver 1.59, copper 1.72, gold 2.44, aluminium 2.65, tungsten 5.6, iron 9.71, nichrome 100, all × 10⁻⁸ Ω·m; headlight cold 0.350 Ω)
- 20.4 Electric power and energy (P = IV = V²/R = I²R, kWh, 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J, 60 W bulb for 1000 h at 12 cents per kWh = $7.20, 15 W CFL)
- 20.6 Electric hazards and the human body (thermal and shock hazards, short circuit 120 V across 0.100 Ω = 144 kW, worn cord 2.00 Ω at 10.0 A = 200 W, fuses and circuit breakers, Table 20.3 shock effects, dry skin 200 kΩ, wet 10.0 kΩ)
- 21.1 Resistors in series and parallel
- 21.2 Electromotive force and internal resistance
- 21.3 Kirchhoff's rules
- 23.8 Electrical safety (three-wire system, earth/ground wire, double insulation, GFI trips above 5 mA)
- NIST CODATA elementary charge 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e)
- Safety text is general information, not advice for working on mains wiring. Linda Hall Library, Scientist of the Day: Georg Ohm (lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/georg-ohm, experiments 1825 and 1826 with a compass needle, Die galvanische Kette 1827)
- Smithsonian Libraries, Die galvanische Kette (library.si.edu/digital-library/book/diegalvanischeke00ohmg, first publication of Ohm's law, ridiculed at first)
- IEC 60038:2009 standard voltages (230 V grew out of 220 V and 240 V systems; 220 V still used).
Fecha de consulta: 2026-10-17