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FISICA IIICampo y Potencial Elctrico

CAMPO Y POTENCIAL ELCTRICOCARGA ELECTRICA

Yamil Zenefelder Minez Cuba

[email protected]

Lic. Yamil Z. Minez Cuba

Qu observas en el video?

Por qu las partculas de pintura se adhieren en la esfera?

Qu es una Carga?

Qu se entiende por Fuerza Elctrica?

Se podr calcular la fuerza elctrica entre dos partculas cargadas?

Se podr determinar el campo elctrico y el flujo elctrico a partir de partculas cargadas?

Preguntas


LOGRO DE SESIN

Al trmino de la sesin, el estudiante resuelve problemas de

cargas elctricas y campos, calculando fuerzas y campos y

haciendo uso de la ley de Coulomb y de Gauss, con claridad

en el proceso y exactitud en el clculo.


Es una propiedad intrnseca de la materia que

se presenta de dos tipos: cargas positivas y

negativas.

La carga elctrica mide cuantos electrones le

sobran o le faltan aun cuerpo, si le faltan

decimos que tiene carga positiva y si le sobran

decimos que tiene carga negativa.

La carga elctrica no puede ser visualizada

directamente sino que podemos nicamente

observar sus efectos.

QU ES UNA CARGA ELCTRICA?


PROPIEDADES DE LA CARGA ELCTRICA

La carga elctrica se conserva.

Presenta un carcter discreto.

La naturalezas de la carga elctrica: la positiva y la negativa.

Unidades en el sistema internacional es el Coulomb (C)

1mC = 10-3 C : milicoulomb

1mC = 10-6 C : microcoulomb

1hC = 10-9 C : nanocoulomb

1 pC = 10-12 C : picocoulomb


LEY DE COULOMB

Constante de Coulomb( )

La magnitud de cada una de las fuerzas elctricas con que interactan dos cargas.

La ley de Coulomb es vlida slo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no

hay movimiento de las cargas o, como aproximacin cuando el movimiento se realiza a

velocidades bajas y en trayectorias rectilneas uniformes. Es por ello que es

llamada fuerza electrosttica.

La constante es la Constante de Coulomb y su valor para unidades SI es:

=

Nm/C= 9x109 Nm/C.

A su vez la constante = 8.8510-12 C2/N m2 es la permitividad del medio en elvaco. Cuando el medio que rodea a las cargas no es el vaco hay que tener en cuenta

la constante dielctrica y la permitividad del material.


FUERZA ELCTRICA (F)

DOS CARGAS PUNTUALES

F12 = Fuerza Elctrica q1 a q2

=

F21 = Fuerza Elctrica q2 a q1

=


Cargas Discretas

= + ++

FR = Fuerza Elctrica Resultante q1, q2, qn a qo

=

+

+


CAMPO ELCTRICO. (E)

El campo elctrico es un campo fsico que es representado mediante un modelo que

describe la interaccin entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza

elctrica. Se describe como un campo vectorial en el cual una carga elctrica puntual de

valor q sufre los efectos de una fuerza elctrica

=

=

40 2

=

402

q1q2

X

Z

Y

qi

P

PRINCIPIO DE SUPERPOSICIN

Campo elctrico creado por una

distribucin de cargas discretas

= =1

40 2


Campo elctrico creado por una distribucin continua de carga en unpunto:

=1

40

2

El campo elctrico total para toda ladistribucin ser:


DENSIDAD DE CARGA ELECTRICA

dq

dl Lineal

dq

ds Superficial

dq

dv Volumtrica

Clculo del campo elctrico en cada caso:

2 r

L

dlE k u

r 2 r

S

dsE k u

r 2 r

v

dvE k u

r


EJEMPLOS DE LNEAS DE CAMPO ELCTRICO

Carga puntual

Dos cargas iguales


Dipolo elctrico

Q(-)=2Q(+)

Ms ejemplos

Ejemplos

CARGA ELECTRICA


Ejemplo 1: Dos cargas puntuales iguales y positivas, q1 = q2 = 2.0 mC selocalizan en x = 0, y = 0.30 m y x = 0, y = - 0.30 m, respectivamente.Cules son la magnitud y la direccin de la fuerza elctrica total (neta) queejercen estas cargas sobre una tercera carga, tambin puntual, Q = 4.0 mC enx=0.40 m, y = 0?


Ejemplo 2: Campo elctrico sobre el eje de una carga lineal finita.


Solucin:


Ejemplo 3: Campo Elctrico creado por una distribucin uniforme de carga

Q en forma de anillo de radio a, en un punto de su eje.


Solucin:


Problema 3. Si una carga est ubicada en r1=i-2j+2k, y otra ubicada en

r2=-2i+3j-2k, a) hallar la fuerza resultante de 1 hacia 2. b) Hallar la direccin del

Campo. c) Hallar la magnitud de la fuerza resultante.

PROBLEMASCarga Elctrica


P1. Hallar el campo resultante en el punto P de acuerdo a la distribucin de

cargas que se muestra en la figura:


P2. En una lnea recta se encuentran tres cargas puntuales como se muestra en la figura a) Halle la fuerza resultante ejercida contra a) la carga de 2 , b) la carga de 5

5uC -2uC 3uC

2cm 4cm


En el siguiente sistema, la esfera colgada de un hilo de masa m y carga +qo seencuentra en equilibrio esttico, formando el hilo que lo sujeta un ngulo de 53conla vertical. Determine el valor de m. (qo = 67.6 mC)

8 cm

50 cm +

+

+qo

+qo

53


P3. Hallar el campo elctrico en 0 del alambre doblado de carga Q como indica la figura:

y

x0


P4. Una varilla delgada aislante situada a lo largo del eje x de longitud L tiene una

densidad de carga = B(x2+3), donde B es una constante. Encuentre la carga

total (Q) del Alambre.


P5. Supongamos un cilindro de radio R colocado en el seno de un campo

elctrico uniforme con su eje paralelo al campo. Calcula el flujo de campo

elctrico a travs de la superficie cerrada.

E


P6. Una carga puntual q est situada en el centro de una superficie esfrica de

radio R. Calcula el flujo neto de campo elctrico a travs de dicha superficie.

q

dA

R

E

LEY DE GAUSSCarga Elctrica

=


LEY DE GAUSS

La ley de Gauss, tambin conocida como teorema deGauss, establece que el flujo de ciertos campos atravs de una superficie cerrada es proporcional a lamagnitud de las fuentes de dicho campo que hay en elinterior de dicha superficie.

KARL FRIEDRICH GAUSSMatemtico y astrnomo alemn

(1777-1855)

=

0

Donde:

= Flujo Elctrico

Q = Carga Total

= Permitividad


Flujo de un campo elctrico uniforme

=

Recuerde que el nmero de lneas por

unidad de rea (la densidad de lneas)

es proporcional a la magnitud del

campo elctrico. Por lo tanto, el total de

lneas que penetran en la superficie es

proporcional al producto EA. A este

producto se le conoce como flujo

elctrico.

Considere un campo elctrico que es uniforme tanto en magnitud como en

direccin, similar al que se muestra en la figura. Las lneas de campo penetran

en una superficie rectangular de rea A, cuyo plano tiene una orientacin

perpendicular al campo.


= .

Cuando E y A son

Perpendiculares

= 0

Cuando E y A son

Paralelos

= . . cos

Cuando E y A

forman un ngulo

= || . cos


FLUJO ELCTRICO PARA SUPERFICIE CERRADA

El flujo elctrico da idea del nmero de lneas de campo que atraviesa cierta

superficie. Si la superficie considerada encierra una carga, el nmero de lneas

que atraviesa dicha superficie ser proporcional a la carga neta.

=

= . .

Donde:

= Flujo Elctrico

E = Campo elctrico

A = rea de la superficie


Dipolo elctrico encerrado en

una superficie de forma

arbitraria

Superficie de forma arbitraria

que incluye las cargas +2q y q.

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