Una càrrega elèctrica és una propietat física que determina la capacitat dels cossos per ser una font de camps electromagnètics. Aquest tipus de partícules tenen la capacitat d'interactuar entre elles generant forces de repulsió i atracció degut al camp electromagnètic que generen.
La unitat de càrrega elèctrica al Sistema Internacional d'Unitats (SI) és el Coulomb: una càrrega elèctrica que passa a través de la secció transversal d'un conductor amb un corrent d'1 amperi durant 1 segon.
La càrrega elèctrica dun cos és una propietat invariablement relativista. No depèn del marc de referència, cosa que significa que no depèn de si aquesta càrrega es mou o descansa.
El principi de conservació de la càrrega indica que la quantitat de càrrega elèctrica d'un sistema aïllat no es crea ni es destrueix.
Els fenòmens elèctrics són els fenòmens en què intervenen càrregues elèctriques. Les dues ciències que a la física estudien aquests fenòmens són:
-
L´electrostàtica estudia l´efecte de les càrregues puntuals en repòs.
-
L'electrodinàmica estudia l'efecte de les càrregues elèctriques en moviment.
Tipus de càrregues elèctriques
Hi ha dos tipus de càrregues elèctriques:
-
Els protons amb càrrega positiva. Els objectes que tenen una càrrega positiva tenen un nombre més gran de protons que d'electrons.
-
Els electrons amb càrrega negativa. Els elements que tenen una càrrega negativa tenen un nombre més gran d'electrons que de protons.
Els protons i els electrons són les dues càrregues elèctriques més petites observades per separat. Al costat del neutró (que no tenen càrrega) són les subpartícules que componen els àtoms.
Què és una càrrega elèctrica elemental?
Una càrrega elemental és la càrrega elèctrica més petita que pot existir a la natura. Aquest valor d'una càrrega elemental “e” correspon a la càrrega d'un protó o d'un electró té un valor de 1,60217653 × 10 -19 C. Per això, la càrrega elèctrica només passa en múltiples sencers de la càrrega elemental e .
Les càrregues que no són múltiples d'e, només passen a quarks. Aquestes són partícules elementals, la càrrega de les quals és un múltiple d'e/3. No obstant això, els quarks mai s'han observat per separat.
L'electró
L'electró és una partícula subatòmica que té una massa en repòs de 9.10938356 × 10 -31 kg, igual que aproximadament 1/1836 de la del protó.
Dins un àtom, els electrons apareixen movent-se al voltant del nucli.
El protó
El protó, al costat del neutró, forma part del nucli dels àtoms. El nombre atòmic ( Z ) a partir del qual es classifiquen els elements químics a la taula periòdica indica el nombre de protons que posseeix un àtom.
El protó és estable per si mateix. Un protó lliure té tendència a associar-se amb un electró i convertir-se en hidrogen neutre.
Llei de les càrregues elèctriques: Forces electrostàtiques
La llei de Coulomb expressa l'atracció o la repulsió dels objectes carregats en repòs. Les càrregues del mateix signe es repel·leixen mitjançant forces elèctriques i les de signe contrari s'atreuen. Les càrregues elèctriques poden provocar:
-
Un camp elèctric, independentment del seu estat de moviment.
-
Un camp magnètic, si es mouen formant un corrent elèctric. Un camp magnètic exerceix una força Lorentz sobre una càrrega que travessa la direcció del camp. Aquesta és la causa del fenomen d'inducció descrit per la llei de Faraday.
Voltatge i capacitat de les càrregues elèctriques
La força de repulsió entre dues càrregues elèctriques disminueix amb el quadrat de la distància entre les partícules. En afegir partícules carregades a un conductor elèctric, la distància entre les partícules disminueix. Per tant, cal més energia per afegir una càrrega addicional. Això és el potencial elèctric o voltatge del conductor, expressat en volts (V).
Els condensadors elèctrics es fan servir per emmagatzemar energia. Aquests elements fan ús de la força d'atracció entre partícules amb càrrega oposada a dos conductors propers, per compensar la força repulsiva de partícules amb càrrega igual dins de cada conductor.
La càrrega també es pot emmagatzemar en una esfera metàl·lica aïllada de la terra. La quantitat màxima de càrrega a les esfera carregades elèctricament depèn linealment de la mida d'aquesta esfera.