La electrostática es la
rama de la física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los
cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las
cargas eléctricas en reposo, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos
cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del
problema. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los
fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y
repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
Históricamente, la
electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con
la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de
laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las
leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron
demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los
fenómenos magnéticos pueden ser estudiadas en el mismo marco teórico denominado
electromagnetismo.
Coulomb y su Experimento.
Charles
Augustin de Coulomb (1736-1806)
fue un ingeniero militar francés que trabajó para Napoleón y realizó
importantes contribuciones en el campo de la elasticidad y la
resistencia de materiales. En Física es conocido por la ley de Coulomb, aunque
en el campo de la electrostática estudió las propiedades eléctricas de
los conductores y demostró que si un conductor en equilibrio electrostático
está cargado, su carga está en su superficie. En el año 1777 diseñó una balanza
de torsión de gran sensibilidad formada por una varilla ligera que está
suspendida de un largo y delgado hilo con dos esferas equilibradas a cada
extremo. Con ayuda de esta balanza estableció de forma cuantitativa ocho años
después la ley del inverso del cuadrado de la distancia para la interacción
entre cargas eléctricas puntuales, conocida como ley de Coulomb.
Según esta ley, la fuerza entre dos cargas
puntuales es proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional
al cuadrado de la distancia que las separa. Esta fuerza es atractiva si las
cargas son de distinto signo y repulsiva si el signo de las dos cargas es el
mismo. Coulomb también estudió las fuerzas entre polos magnéticos y propuso la
ecuación de la fuerza entre polos magnéticos semejante a la fuerza
electrostática entre cargas eléctricas y la fuerza gravitatoria entre masas
gravitatorias. La ley que rige las fuerzas de atracción y repulsión entre las
cargas eléctricas y los polos magnéticos fue publicada en 1785 en un trabajo
titulado “Segunda memoria sobre la electricidad y el magnetismo”. Como había
hecho Gilbert casi doscientos años antes y Tales de Mileto dos mil años antes,
Coulomb consideró que los fenómenos eléctricos y magnéticos eran diferentes,
puesto que, a pesar de la estrecha analogía que parecía existir entre ellos,
los experimentos indicaban que los polos magnéticos y las cargas eléctricas
(entonces sólo en reposo) no interactuaban entre sí.
Ecuaciones de Maxwell.
Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones (originalmente 20 ecuaciones) que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto: el campo electromagnético.