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M.Sc. Eduardo Montero C.
¿Qué es la electricidad?
Es la parte de la física que describe los fenómenos asociadoscon la interacción entre objetos eléctricamente cargados.
¿Qué es la electrostática?
Es la parte de la física que describe los fenómenos asociadoscon la interacción entre objetos eléctricamente cargados quese encuentran en reposo.
Igual que la masa, la carga eléctrica es una propiedadfundamental de la materia.
La carga eléctrica está asociada con partículas queconstituyen el átomo: el electrón y el protón.
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Ley de las cargas
Cargas iguales se repelen entre sí, y cargas desigualesse atraen entre sí.
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Los quarks y la escala de las cosas
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La unidad SI de carga es el coulomb (C) , llamada así enhonor del físico francés Charles Coulomb (1736-1806).
Carga neta significa que el objeto tiene un exceso decargas positivas o negativas.
e = 1.6 × 10−19 C
La carga neta en un sistema aislado permanececonstante.
La carga neta está “cuantizada ”.
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Conductores, semiconductores y aislantes
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El electroscopio
Es un dispositivo usado para demostrar la característicade la carga eléctrica.
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Carga por fricción
Es posible dar a un objeto una carga neta por cargaelectrostática .
El término se refiere a cualquier proceso por medio delcual un aislante o un conductor aislado recibe una carganeta.
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Carga por conducción (contacto)
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Carga por inducción
ejemploM.Sc. Eduardo Montero C.
Separación de carga por polarización
Un objeto puede tener una carga móvil dentro de él y no obstantemantener una carga neta de cero. En este caso, la inducción genera unapolarización, o separación de carga.
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Fuerza eléctrica
Charles Coulomb utilizó un péndulo de torsión paraestablecer la magnitud de la fuerza eléctrica entre doscargas “puntuales” (Ley de Coulomb).
221
r
qkqFe =
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k en el SI es igual a: 8.988 × 109 N·m2/C2
k está conformada por otras dos constantes
π = 3.14159265….
ε0 = 8.854 × 10−12 C2/(N·m2)
llamada la permitividad del espacio libre (vacío)
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Al peinar el cabello seco con un peine de caucho, el peine puede adquirir unacarga neta negativa. El peine cargado puede entonces usarsepara atraer yrecoger pequeñas piezas de papel no cargado. Esto pareceríaviolar la ley dela fuerza de Coulomb. Como el papel no tiene carga neta, ustedpodría esperarque no hubiese fuerza eléctrica sobre él. ¿Qué mecanismo de carga explicaeste fenómeno, y cómo lo explica?
¿El fenómeno antes descritole da a usted el signo de lacarga sobre el peine?Explique por qué sí o por quéno.
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Dos cargas puntuales de−1.0 nC y +2.0 nC están separadas 0.30 m. ¿Cuál es lafuerza eléctrica sobre cada partícula?
F12 = F21 = 0.20 × 10−6 N = 0.20 µN
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Dos cargas puntuales, Q1 y Q2, interactúan simultáneamente sobre Q3.Determine la fuerza resultante que actúa sobre Q3.
+
+
-
40 cm30
cm
Q1
Q2
Q3
Q3 = + 50 µC
Q1 = − 60 µC
Q2 = + 40 µC
NF 169)40.0(
)1050)(1060(109
2
669
31 =×××=−−
NF 72)50.0(
)1050)(1040(109
2
669
32 =×××=−−
F31
F13
F32
F23
F31
F32
F337º
F3 = 120 N
θθθθθθθθ = 159º
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Una configuración de tres cargas se muestra en la figura. ¿Cuáles la fuerza electrostática sobre q3?
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F31 = F32 = 0.27 µN
2
999
31 )50.0(
)100.3)(105.2(109F
−− ×××=
F3y = 0 F3x = 2F31cos37º = 0.43 µN
F3 = 0.43 µN i
Calcule la fuerza F1 sobre q1.M.Sc. Eduardo Montero C.
Resolver los siguientes problemas del capítulo 23 (a partir de la página734) del texto guía:
7
19
25
26
28
33
34
35
40
49
50
53M.Sc. Eduardo Montero C.
Campo Eléctrico
Un CAMPO es algo que puede ser definido en cualquier lugar en el espacio.
Un campo representa alguna cantidad física (ej., temperatura,rapidez del viento, fuerza) que es una función de la posición.
Puede ser un campo escalar (ej., campo de temperaturas)
Puede ser un campo vectorial (ej., campo de fuerza o campoeléctrico)
El campo eléctrico es un campo vectorial que describe cómo lascargas modifican el espacio alrededor de ellas.
La fuerza eléctrica es una fuerza con “acción a distancia”. Unarreglo o configuración particular de cargas puede tener efectosobre una carga adicional colocada en cualquier parte cercana.
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Unidad SI del campo eléctrico: N/C
La dirección del campo eléctricoes en la dirección de la fuerzaexperimentada por una carga deprueba positivaM.Sc. Eduardo Montero C.
Campo eléctrico creado por una carga puntual
2
1
4 o
QE
rπε=
2o
o
kQq
rEq
=
2
kQE
r=
M.Sc. Eduardo Montero C.
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Para una configuración de cargas, el campo eléctrico totalo neto en cualquier punto es la suma vectorial de loscampos eléctricos debido a las cargas individuales.
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Dos cargas puntuales son colocadas sobre el eje x como se muestra enla figura. Encuentre las localidades sobre el eje donde el campoeléctrico es nulo.
1 2 2 11 2 2 2 2 2
( / )1
( ) ( )
q q q qE E k k
x d x x d x= ⇒ = ⇒ =
− −
x = 0.20 m
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Calcule la magnitud y dirección del campo eléctrico en el origen debidoa este arreglo de cargas.
E1 = 7.35 × 102 N/C
E2 = 7.20 × 102 N/C
E3= 8.44 × 102 N/C
Ex = E1 + E2 = 1.46 × 103 N/C Ey = E3 = 8.44 × 102 N/C
E = 1.69 × 103 N/C a θ = 30º
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Líneas eléctricas de fuerza (líneas de campo eléctr ico)
Son una visualización gráfica del campo eléctrico y son creadasconectando vectores de campo eléctrico. Están sujetas a las siguientesreglas:
1. Entre más cerca están las líneas de campo, más intenso es el campoeléctrico.
2. En cualquier punto, la dirección del campo eléctrico es tangente a laslíneas de campo.
3. Las líneas de campo eléctrico empiezan en cargas positivas yterminan en cargas negativas.
4. El número de líneas que salen o entran a una carga es proporcionala la magnitud de esa carga.
5. Las líneas de campo eléctrico nunca pueden cruzarse.
M.Sc. Eduardo Montero C.
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¿Cuántas líneas salen de la carga mostrada?
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¿Cuántas líneas llegan a la carga mostrada?
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∧→ ∆=∆ rr
qkE e 2
∧→
∑∆≈ rr
qkE
i
ie 2
∧
→∆
→
∑∆= rr
qlímkE
i
i
qe
i20
∧→
∫= rr
dqkE e 2
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Densidad de carga
V
Q=ρ
A
Q=σ
l
Q=λ
dV
dQ=ρ
dA
dQ=σ
dl
dQ=λM.Sc. Eduardo Montero C.
∫
∫
+−=
+
+=
+
222/322
2222/322
1
)(
)(
axax
xdx
axa
x
ax
dx
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El campo eléctrico debido a una barra cargada
)( ala
QkE e
+=
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El campo eléctrico de un anillo de carga uniforme
Qax
xkE e
2/322 )( +=
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El campo eléctrico de un disco cargado uniformement e
+−=
2212
Rx
xkE eσπ
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