Modulo Electrostatica

8/17/2019 Modulo Electrostatica

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FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO

• ASIGNATURA DE ELECTROSTÁTICA

• Carga Eléctrica

• Concepto• Leyes• ost!la"os


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FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO

• M#DULO DE ELECTROSTÁTICA

Estructura de la materia y cargas eléctricasCampo EléctricoFuerza Electrostática y la Ley de CoulombPotencial EléctricoMovimiento de cargas en campos eléctricos

Cálculos de campos y potenciales eléctricosComportamiento de la materia en presencia de

campos eléctricos


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Estructura de la materia y cargas eléctricas

LA MATERIA SEG$N SU COMORTAMIENTO EL%CTRICOSE CLASIFICA EN&

•Conductores

• Aislantes o dieléctricos

•Semiconductores

•Superconductores


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• Los antiguos griegos descubrieron ya en !"" A#C# $ue %rotando ámbar con lana el ámbar atra&a otros ob'etos# (oy gracias alconocimiento $ue poseemos sobre la estructura de la materia y losmodelos at)micos decimos $ue el ámbar *a ad$uirido una cargaeléctrica neta esto es *a sido cargado#


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MODELOS AT#MICOS&

'( Mo"elo at)*ico "e +o,n Dalton- p!.lica"a entre los a/os '(010 y'(0'1 en la c!al los 2to*os eran es3eras *aci4as(

5( Mo"elo at)*ico "e +osep, T,o*son 6'(0789'(:;1


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Estructura de la materia y cargas eléctricas+modelos at)micos

>o,r aplic) estas i"eas al 2to*o "e ,i"r)geno y en!ncio los trespost!la"os sig!ientes&

En el átomo de *idr)geno el movimiento del electr)n alrededor del n,cleoestá restringido a un n,mero discreto de orbitas circulares -pri*erpost!la"o. #

El momento angular del electr)n en una )rbita está cuantizado/ es unn,mero entero de *01pi siendo * la constante de Planc2 -seg!n"opost!la"o.#

El electr)n no radia energ&a mientras permanece en una de las )rbitaspermitidas teniendo en cada )rbita una energ&a caracter&stica constante#Cuando el electr)n cae de un estado de energ&a superior a otro deenerg&a in%erior se emite una cantidad de energ&a de%inida en %orma deun %ot)n de radiaci)n -tercer post!la"o<


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3esde el punto de vista clásico la estructura de los átomos se puede describir en

términos de 4 part&culas electr)n con carga negativa prot)n con carga positiva yneutr)n sin carga

Los protones y neutrones se encuentran en un centro pe$ue5o llamado n,cleo condimensiones del orden de 6" 768 m# En la corteza es decir alrededor del n,cleo estánorbitando los electrones# 9uienes se despliegan *asta distancias de 6" 76" m# Lasmasas respectivas de las part&culas at)micas son+

Masa del electr)n : me : ;6";< 6"746 =g#

Masa del prot)n : mp : 6!> =g#

La carga eléctrica del prot)n y del electr)n : 6!"1


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MB3S 3E ELECBDACGH

MB3S 3E ELECBDACGH H ELECBDBIBCS

J E%ecto Fotoeléctrico

J E%ecto termoeléctrico -e%ecto Seebec2.

J Por Electr)lisis

MB3S 3E ELECBDACGH ELECBDBIBCS

J Frotamiento

J nducci)n J Polarizaci)n

J Contacto


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MB3S 3E ELECBDACGHMETODO REQUISITOS CARACTERISTICAS MATERIAL

FROTAMIENTO

Movimiento

relativo entre los

cuerpos

Los cuerpos

neutros

Hay transferencia de carga

Un cuerpo queda con carga

negativa y el otro con

carga positiva

Cada cuerpo queda con

carga neta diferente de

cero

Aislantes

Conductores

siempre y

cuando se

aísle

previamente

INDUCCIÓN Un cuerpopreviamentecargado

Separados pero

cerca

No hay transferencia decarga

No siempre la carga neta

del conductor es cero

Metales

POLARIZACI

ÓN

Un cuerpo

previamentecargado

Separados pero

cerca

No hay transferencia de

cargaSiempre la carga neta del

material aislante es cero

Aislantes

CONTACTO Un cuerpopreviamente

cargadoSe requiere

Hay transferencia de carga

El proceso de transferencia

se da hasta que se logra elequilirio electrost!tico

Aislantes y

conductores


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ELECBDACGH

E?IDENCIAS DE CUEROS CARGADOS

• Electroscopio• Dayo

•Los pelos de punta


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MB3S 3E ELECBDACGH

• Contacto a tierra

• Como cargar un conductor

Con carga positiva


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Má$uinas Electrostáticas

'(88= Ma@!inas Electrost2ticas "e ?on G!erice


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'(B07 LA MÁUINA DE ?AN MARUM


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• '00= MÁUINA ELECTROSTÁTICADE IMSURST

• ':5: GENERADOR ?AN DER GRAFF3


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ELECTROSTÁTICA EN

SISTEMAS DISCRETOS DECARGA& Cargas p!nt!ales


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FUERAS ELECTROSTÁTICASINTERACCIONES ENTRE CUEROS CARGADOS

C*arles Coulomb -@6>4! J 6@"!. midi)con una balanza de torsi)n las %uerzaseléctricas entre dos ob'etos con carga


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LE DE COULOM>

2

21

04

1

r

qq

π F

ε =

r r qq

π F µ

ε 221

041=

• Kálida para ob'etos modeladoscomo part&culas con cargas-cargas puntuales.

2

212

1085,8 Nm

c x

o

−

=ε


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FUERAS ELECTROSTÁTICAS

3os cargas eléctricas están situadas sobre el e'e positivo de las # Lacarga $6: 6"nC está a 1cm del origen y la carga $1: 7 4nC está a cm#del origen# NCuál es la %uerza total $ue e'ercen estas dos cargas sobreuna tercera $4 : 8 nC situada en el origenO


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3os cargas puntuales iguales de 1 C interact,an con una tercera

carga de C# Encuentre la %uerza neta sobre la carga 4 -9.

FUERAS ELECTROSTÁTICAS


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CAMO EL%CTRICO DE UNA CARGA UNTUAL

Boda carga puntual o cuerpo cargado modelado como carga puntualproduce a su alrededor una alteraci)n en el espacio $ue sedenomina campo eléctrico -E. y sus caracter&sticas se representanen la siguiente ecuaci)n+

•El tama5o y signo de la carga -$.

•El cuadrado del inverso de ladistancia -6 0 .•El medio con su permitividadeléctrica

2

212

1085,8 Nm

c xo

−=ε Las unidades del campo

eléctrico en el M=S son H0C


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CAMO EL%CTRICO ?ECTOR UNITARIO


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CAMO EL%CTRICO RINCIIO DESUEROSICI#N


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FUERAS ELECTROSTÁTICASINTERACCIONES ENTRE CUEROS CARGADOS

• Cuando dos cuerpos cargados están cerca sedetermina su interacci)n electrostática como la %uerzade atracci)n o repulsi)n $ue se e'ercen entre s&cumpliendo la ley de acci)n reacci)n de HeQton#

• Se cumple la ley de cargas# RCargas del mismo signo serepelen y cargas de signo contrario de atraen#

• Para calcular la %uerza $ue el cuerpo 6 le *ace al cuerpo1# se usa+


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FUERAS ELECTROSTÁTICAS&INTERACCIONES ENTRE CUEROS CARGADOS

• Cuando los cuerpos cargados se pueden modelar comocargas puntuales para calcular la %uerza $ue la carga 6le *ace a la carga 1 es+

• Como

• 9uedando +


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FUERAS ELECTROSTÁTICAS&INTERACCIONES ENTRE CUEROS CARGADOS 6Cont((<


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CAMO EL%CTRICO


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OTENCIAL EL%CTRICO

• se denomina potencia eléctrico 6?


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• La 3!er4a electrost2tica entre dos cargaspuntuales es una %uerza electrostática es

conserJatiJa y se le puede asociar una%unci)n -Ue. denominada energKapotencial eléctrica asociada a dic*a

%uerza#

DETERMINACI#N DEL OTENCIALEL%CTRICO GENERADO OR UNA

CARGA UNTUAL


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A"e*2s- recor"e*os @!e&

• Braba'o *ec*o por una %uerza variable es+

∫ ∫ =•= b

a

b

a

dl F dl F W θ cos

• la relaci)n entre traba'o *ec*o poruna %uerza conservativa y la energ&a

potencial es+


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or tanto&

• Entonces elotencial Eléctrico

genera"o por !nacarga p!nt!al conre3erencia a !np!nto en el in3initoes

∫ •−=∆=∆ b

aab dl E qU V

0

dl q

F q

U V b

aab •−=

∆=∆ ∫ 0

0

∫ •−=∆ b

a r ab dr

r

kqV µ

2

( )∫ −−=∆

b

aab dr r kqV

2 2r kqV =


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OTENCIAL EL%CTRICO DEUN SISTEMA DISCRETO DE CARGAS


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Eercicios otencial "e.i"o a "os cargas p!nt!ales• 3os cargas puntuales de T8nc se encuentran sobre el e'e < ?na

está en el origen y la otra en


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Recor"an"o "e *ec2nica&

• El movimiento de una part&cula se puedeanalizar de dos %ormas+

• Por el método vectorial de %uerzasusando

• Por el método escalar de energ&a con+

∑ = a M F

eU MV E += 2

2

1

E q F =

V qU e ∆=


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MO?IMIENTO DE UNA CARGA EN UNCAMO EL%CTRICO UNIFORME


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B?V 3E DAS CABG3CS


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EnergKa potencial eléctrica en Siste*as"iscretos "e carga

EnergKa potencial eléctrica en


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EnergKa potencial eléctrica enSiste*as "iscretos "e carga


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Si el volta'e entre las placas -%igura . es de 61 voltios : 6 mm :88mm# NCual es la di%erencia de potencialK : Kb 7 Ka# NCual es la velocidad $ue una carga puntualde 1@! WC y masa de !1! =g# cuando llegue al punto

b si %ue colocada inicialmente en el punto aO#

INTERACCI#N ENTRE UNA CARGA UNTUAL UN CAMO EL%CTRICO GENERADO OR

LACAS


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OTENCIAL EL%CTRICO

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