La Ley de Coulomb

Las fuerzas de atracción y repulsión electrostática existentes entre los objetos cargados son producidas por sus campos eléctricos. La magnitud de la fuerza existente entre dos cargas depende de su tamaño, la distancia que las separa y la sustancia en que se encuentran. Esa fuerza es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, fórmula conocida como ley de Coulomb. Esa fuerza disminuye también si las cargas se sitúan en un material que sufre polarización eléctrica, que separa las cargas, teniendo el efecto de aislarlas parcialmente entre sí. El grado de aislamiento está cuantificado por una propiedad llamada permitividad de la sustancia en cuestión. El vacío, al no poder sufrir polarización, posee la permitividad más baja existente, llamada permitividad del espacio libre. La permitividad de los demás materiales depende de su estructura; las sustancias iónicas como el agua, por ejemplo, tienen generalmente permitividades más altas que las sustancias no iónicas.

El concepto de campo eléctrico nos es útil al considerar las fuerzas existentes entre las cargas. Una carga produce un campo eléctrico en la región que la rodea, y otra carga experimenta una fuerza cuando se halla en ese mismo campo. Se considera que la dirección de un campo es la de la fuerza ejercida sobre una carga positiva situada en él. Un campo es fuerte cuando esa fuerza es grande, y débil cuando es pequeña. La fuerza del campo formado en tomo a una carga puntual disminuye con la distancia, en correspondencia con la disminución de una fuerza existente entre dos cargas al aumentar su separación. Se hace una representación visual de un campo eléctrico trazando las líneas de campo eléctrico.

Si se coloca un aislante en un campo eléctrico que aumenta gradualmente, termina por fallar, y empieza a conducir. Las fuerzas ejercidas por el campo sobre las cargas del material llegan a ser lo suficientemente grandes para liberarlas de sus posiciones fijas. Los rayos, por ejemplo, se producen al fallar el aislamiento del aire por la formación de un campo eléctrico de más de 3 millones de voltios por metro. La enorme corriente que se produce se compone principalmente de electrones, que chocan con las moléculas del aire, calentándolas hasta provocar la emisión del relámpago.

Un rayo hecho por el hombre relampaguea sobre una sección de un sistema de transmisión de 1300 kV sometido a pruebas en una instalación de alto voltaje. Al aplicarle un potencial de 3,5 millones de voltios, el aire se ha ionizado, convirtiéndose en conductor y dando lugar a una chispa eléctrica de casi 5 metros de largo