Diferencia entre revisiones de «Carga eléctrica»
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Un culombio corresponde a 6,24 × <math>10^{18}</math> electrones.<ref>{{cita web|url= http://www.hiru.com/es/fisika/fisika_03000.html| título= La carga eléctrica| fechaacceso=21/02/2008}}</ref> El valor de la carga del electrón fue determinado entre [[1910]] y [[1917]] por [[Robert Andrews Millikan]] y en la actualidad su valor en el [[Sistema Internacional]] de acuerdo con la última lista de constantes del [[CODATA]] publicada es:<ref>{{cita web|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e | título= The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty: ''elementary charge''|fechaacceso= 28/02/2008|año=2006}}</ref>▼
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<math> e = \frac{-1C}{6,24 \times 10^{18}} = -1,602564 \times 10^{-19} C </math>▼
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▲Como el culombio puede no ser manejable en algunas aplicaciones, por ser demasiado grande, se Archivo:Cargas electricas.png|thumb|Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.]]
En [[física]], la '''carga eléctrica''' es una propiedad intrínseca de algunas [[partículas subatómicas]] (pérdida o ganancia de [[electrones]]) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las [[interacción electromagnética|interacciones electromagnéticas]] entre ellas. La [[materia]] cargada eléctricamente es influida por los [[campos electromagnéticos]] siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro [[interacción fundamental|interacciones fundamentales]]: la [[interacción electromagnética]].
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=== Carga eléctrica elemental ===
Las investigaciones actuales de la física apuntan a que la carga eléctrica es una propiedad [[cuanto|cuantizada]]. La unidad más elemental de carga se encontró que es la carga que tiene el [[electrón]], es decir alrededor de 1.6 x 10<sup>-19</sup> culombios y es conocida como carga elemental. El valor de la carga eléctrica de un cuerpo, representada como ''q'' o ''Q'', se
▲En el [[Sistema Internacional de Unidades]] la unidad de carga eléctrica se denomina [[culombio]] (símbolo C) y se define como ''la cantidad de carga que a la distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerza de <math>9 x 10^9</math> N''.
▲Un culombio corresponde a 6,24 × <math>10^{18}</math> electrones.<ref>{{cita web|url= http://www.hiru.com/es/fisika/fisika_03000.html| título= La carga eléctrica| fechaacceso=21/02/2008}}</ref> El valor de la carga del electrón fue determinado entre [[1910]] y [[1917]] por [[Robert Andrews Millikan]] y en la actualidad su valor en el [[Sistema Internacional]] de acuerdo con la última lista de constantes del [[CODATA]] publicada es:<ref>{{cita web|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e | título= The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty: ''elementary charge''|fechaacceso= 28/02/2008|año=2006}}</ref>
▲{{ecuación|
▲<math> e = \frac{-1C}{6,24 \times 10^{18}} = -1,602564 \times 10^{-19} C </math>
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Como el culombio puede no ser manejable en algunas aplicaciones, por ser demasiado grande, se utilizan también sus submúltiplos:
:1 miliculombio = <math> \frac{1C}{1.000} = 1 mC</math>
:1 microculombio = <math> \frac{1C}{1.000.000} = 1 \mu C</math>
Frecuentemente se usa también el [[sistema CGS]] cuya unidad de carga eléctrica es el [[Franklin (unidad)|Franklin]] (Fr). El valor de la carga elemental es entonces de aproximadamente 4.803 x 10<sup>–10</sup> Fr.
== Propiedades de las cargas ==
=== Principio de conservación de la carga ===
En concordancia con los resultados experimentales, el ''principio de conservación de la carga'' establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso [[electromagnetismo|electromagnético]] la carga total de un [[sistema aislado]] se conserva.
En un proceso de [[electrización]], el número total de protones y electrones no se altera y sólo hay una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.<ref name="conservación" />
Al igual que las otras [[ley de conservación|leyes de conservación]], la conservación de la carga eléctrica está asociada a una simetría del [[lagrangiano]], llamada en física cuántica [[teoría de campo de gauge|invariancia gauge]]. Así por el [[teorema de Noether]] a cada simetría del lagrangiano asociada a un grupo uniparamétrico de transformaciones que dejan el lagrangiano invariante le corresponde una magnitud conservada.<ref>{{cita web|url=http://ensciencias.uab.es/webblues/www/congres2005/material/Simposios/01_Las_analogias_en_la_ens/Dominguez_579.pdf| título= Simetría y leyes de conservación| autor= María Lourdes Dominguez Carrascoso|año=2005|fechaacceso=26/02/2008}}</ref> La conservación de la carga implica, al igual que la conservación de la masa, que en cada punto del espacio se satisface una [[ecuación de continuidad]] que relaciona la derivada de la densidad de carga eléctrica con la divergencia del vector ''densidad de corriente eléctrica'', dicha ecuación expresa que el cambio neto en la densidad de carga <math>\rho</math> dentro de un volumen prefijado <math>V</math> es igual a la integral de la densidad de corriente eléctrica <math>J</math> sobre la superficie <math>S</math> que encierra el volumen, que a su vez es igual a la [[Intensidad de corriente eléctrica|intensidad]] de corriente eléctrica <math>I</math>:
{{ecuación|
:<math>- \frac{\partial}{\partial t} \int_V \rho\, dV = \int_S \mathbf{J} \cdot \mathbf{dS} = I = - \frac{\partial Q}{\partial t} </math>
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Esta propiedad se conoce como ''cuantización de la carga'' y el valor fundamental corresponde al valor de carga eléctrica que posee el [[electrón]] y al cual se lo representa como ''e''. Cualquier carga ''q'' que exista físicamente, puede escribirse como <math> \ N \times e</math> siendo ''N'' un número entero, positivo o negativo.
Por convención se representa a la carga del electrón como ''-e'', para el protón ''+e'' y para el neutrón, ''0''. La física de partículas postula que la carga de los [[quark]]s, partículas que componen a protones y neutrones
Aunque no tenemos una explicación suficientemente completa de porqué la carga es una magnitud cuantizada, que sólo puede aparecer en múltiplos de la carga elemental, se han propuestos diversas ideas:
* [[Paul Dirac]] mostró que si existe un [[monopolo magnético]] la carga eléctrica debe estar cuantizada.
* En el contexto de la [[teoría de Kaluza-Klein]], [[Oskar Klein]] encontró que si se interpretaba el campo electromagnético como un efecto secundario de la curvatura de un espacio tiempo de topología <math>\mathcal{M}\times S^1</math>, entonces la compacidad de <math>S^1\,</math> comportaría que el momento lineal según la quinta dimensión estaría cuantizado y de ahí se seguía la cuantización de la carga.
La existencia de cargas fraccionarias en el modelo de [[quark]]s, complica el panorama, ya que el modelo estándar no aclara porqué las cargas fraccionarias no pueden ser libres. Y sólo pueden ser libres cargas que son múltiplos enteros de la carga elemental.
=== Invariante relativista ===
Otra propiedad de la carga eléctrica es que es un [[invariante]] [[teoría de la relatividad especial|relativista]]. Eso quiere decir que todos los [[observador]]es, sin importar su estado de [[movimiento]] y su [[velocidad]], podrán siempre medir la misma cantidad de carga.<ref name="relativista" /> Así, a diferencia de la [[masa]] o el [[tiempo]], cuando un cuerpo o partícula se mueve a velocidades comparables con la [[velocidad de la luz]], el valor de su carga no variará. El valor de la carga no varía de acuerdo a cuán rápido se mueva el cuerpo que la posea.
== Densidad de carga eléctrica ==
A pesar de que las cargas eléctricas son cuantizadas y, por ende, múltiplos de una carga elemental, en ocasiones las cargas eléctricas en un cuerpo están tan cercanas entre sí, que se puede suponer que están distribuidas de manera uniforme por el cuerpo del cual forman parte. La característica principal de estos cuerpos es que se los puede estudiar como sí fueran continuos, lo que hace mas fácil, sin perder generalidad, su tratamiento. Se distinguen tres tipos de densidad de carga eléctrica: lineal, [[Área|superficial]] y [[volumen|volumétrico]].<ref>{{cita web|url= http://dieumsnh.qfb.umich.mx/ELECTRO/densidad_de_carga_electrica.htm#Densidad%20de%20carga%20lineal| título= Densidad de carga eléctrica|autor= Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo| año=2007|fechaacceso=28/02/2008}}</ref>
=== Densidad de carga lineal ===
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