Tarea Electricidad y Magnetismo

7/24/2019 Tarea Electricidad y Magnetismo

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE LA

CHONTALPA

Ley de Coulomb y Campo Electrico

INGENIERI PETROLER

Edgar David Peregrino Jiménez

Materia: Electricidad y Magnetismo

DOCENTE: Ing. Ignacio Arias Arias

Entrega: 06 de Febrero de 2016

NACAJUCA; TABASCO, FEBRERO DE 2016



Contenido

INTRODUCCION ............................................................................................................................... 1

OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 2

OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................................................. 2

RESUMEN ........................................................................................................................................ 3

ANTECEDENTES HISTORICOS ........................................................................................................... 4

CARGA ELECTRICA ........................................................................................................................... 5

LEY DE COULOMB ............................................................................................................................ 6

UNIDAD DE CARGA ELECTRICA ........................................................................................................ 7

CAMPO ELECTRICO .......................................................................................................................... 8

LEY DE GAUSS .................................................................................................................................. 8

LEY DE FARADAY .............................................................................................................................. 9

LINEAS DE CAMPO ELECTRICO ...................................................................................................... 12

REGLAS PARA DIBUJAR LAS LINEAS DE CAMPO ELECTRICO.......................................................... 12

EJEMPLOS DE LINEAS DE CAMPO ELECTRICO ............................................................................... 12

CONCLUSION ................................................................................................................................. 14

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..................................................................................................... 15



INTRODUCCION

Las leyes de la electricidad y el magnetismo desempeñan un papel central en las

operaciones de dispositivos como radios, televisiones, motores eléctricos, computadores, y

otros aparatos de electrónicos. Fundamentalmente, las fuerzas interatómicas e

intermoleculares responsables de la formación de los sólidos y líquidos son eléctricas deorigen. Además de esto fuerzas como la de atracción y repulsión entre objetos y la fuerza

elástica en un resorte surgen de fuerzas eléctricas en el nivel atómico.

Evidencias de documentos chinos sugieren que el magnetismo ya era conocido alrededor

del año 200 a.c. Los antiguos griegos observaban fenómenos eléctricos y magnéticos

alrededor del año 700 a.c. Ellos encontraron que cuando se frotaba una pieza de ámbar se

electrificaba y atraía pedazos de paja u hojas. Los griegos supieron de las fuerzas

magnéticas a través de observar el fenómeno que ocurría de manera natural cuando la

piedra magnética (Fe3O4) era atraída por el hierro.

La palabra eléctrico proviene del vocablo elektron que significa “ámbar”. La palabra

magnético proviene de magnesia, nombre de la provincia griega donde se encontró por

primera vez la magnetita.

En 1600 el inglés William Gilbert descubrió que la electrificación no estaba limitada al

ámbar sino que se trataba de un fenómeno general.

Los experimentos de Charles Coulomb en 1875 confirmaron la ley del cuadrado inverso

para las fuerzas eléctricas.

No fue sino hasta la primera mitad del siglo XIX cuando los científicos establecieron que laelectricidad y el magnetismo eran fenómenos relacionados.

1



OBJETIVOS

• Conocer la Ley de coulomb

• Conocer el concepto de campo eléctrico

OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Identificar la fórmula matemática propuesta por Charles Coulomb

• Identificar las características del campo eléctrico

2



RESUMEN

A lo largo de este tema estudiaremos procesos en los que la carga no varía con el tiempo.

En estas condiciones se dice que el sistema está en Equilibrio Electrostático.

Enunciado de la Ley de Coulomb

La fuerza ejercida por una carga puntual sobre otra está dirigida a lo largo de la línea que

las une. Es repulsiva si las cargas tienen el mismo signo y atractiva si tienen signos

opuestos. La fuerza varía inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa

las cargas y es proporcional al valor de cada una de ellas.

Campo eléctrico

La interacción entre cargas eléctricas no se produce de manera instantánea. El intermediario

de la fuerza mutua que aparece entre dos cargas eléctricas es el Campo Eléctrico.

La forma de determinar si en una cierta región del espacio existe un campo eléctrico,

consiste en colocar en dicha región una carga de prueba, qo (carga positiva puntual) y

comprobar la fuerza que experimenta.

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ANTECEDENTES HISTORICOS

• Gilbert (1540-1603) descubrió que la electrificación era un fenómeno de carácter

general.

• En 1729, Stephen Gray demuestra que la electricidad tiene existencia por sí mismay no es una propiedad impuesta al cuerpo por rozamiento.

• Franklin (1706-1790) demuestra que existen dos tipos de electricidad a las

que llamó positiva y negativa.

• Coulomb (1736-1806) encontró la ley que expresa la fuerza que

aparece entre cargas eléctricas.

• En 1820 Oersted observó una relación entre electricidad y magnetismo consistente

en que cuando colocaba la aguja de una brújula cerca de un alambre por el que

circulaba corriente, ésta experimentaba una desviación. Así nació el

Electromagnetismo.• Faraday (1791-1867) introdujo el concepto de Campo

Eléctrico.

• Maxwell (1831-1879) estableció las Leyes del Electromagnetismo, las cuales juegan

el mismo papel en éste área que las Leyes de Newton en Mecánica.

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CARGA ELECTRICA

Es una magnitud fundamental de la física, responsable de la interacción electromagnética.

En el S.I. La unidad de carga es el Culombio (C) que se define como la cantidad de cargaque fluye por un punto de un conductor en un segundo cuando la corriente en el mismo es

de 1 A.

Características de la carga

• Dualidad de la carga: Todas las partículas cargadas pueden

dividirse en positivas y negativas, de forma que las de un mismo signo se repelen

mientras que las de signo contrario se atraen.

• Conservación de la carga: En cualquier proceso físico, negativas presente en cierto

instante no varía.

• Cuantización de la carga: La carga eléctrica siempre se presenta como un

múltiplo entero de una carga fundamental, que es la del electrón.

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LEY DE COULOMB

Charles Coulomb (1736 – 1806) midió las magnitudes de las fuerzas eléctricas entre

objetos cargados mediante la balanza de torsión, que le mismo invento.

Coulomb confirmo que la fuerza eléctrica entre dos pequeñas esferas cargadas es

proporcional al cuadrado inverso de la distancia que las separa.

La ley de Coulomb puede expresarse como:

La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales

en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e

inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el que se

encuentran las cargas.

La ley de Coulomb, que establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales,

constituye el punto de partida de la Electrostática como ciencia cuantitativa.

Carga puntual: Se entiende por cargas puntuales la de los cuerpos cargados, cuyas

dimensiones son pequeñas en comparación con las distancias que los separa.

Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años después,

pero fue Coulomb en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales directos.

La ley de Coulomb fue estudiada medio de un instrumento llamado balanza de torsión, enel cual se pudo realizar mediciones que permitían establecer el valor de la fuerza de

interacción entre cargas eléctricas.

En dicha experiencia se pudo además constatar que cargas del mismo signo se repelen y

cargas de signos contrarios se atraen

La ley de Coulomb también conocida como ley de cargas tiene que ver con las cargas

eléctricas de un material, es decir, depende de si sus cargas son negativas o positivas.

En términos matemáticos, La fuerza F de acción recíproca entre cargas puntuales es

directamente proporcional al producto de las cargas eléctricas (q y q') e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa (d).

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UNIDAD DE CARGA ELECTRICA

Un Coulomb es el valor de una carga tal que repele a otra igual colocada a un metro de

distancia con una fuerza de 9.109 N.

La constante es la Constante de Coulomb y su valor para unidades SI es Nm²/C².

A su vez la constante donde es la permisividad relativa, y

F/m es la permisividad del medio en el vacío.

La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitudes vectoriales:

:

La permisividad (o impropiamente constante dieléctrica) es una constante física que

describe cómo un campo eléctrico afecta y es afectado por un medio. La permisividad del

vacío ε0 es 8,8541878176x10-12

F/m.

Ejemplo:

Sea la masa m=50 g=0.05 kg, la longitud del hilo d =50 cm=0.5 m. Se ha medido el ángulo

que hace los hilos con la vertical q =22º, determinar la carga q de las bolitas.

La separación entre las cargas es x=2·0.5· sen(22º)=0.375 m

La fuerza F de repulsión entre las cargas vale

De las ecuaciones de equilibrio

T sen22º=F

T cos22º=0.05·9.8

Eliminamos T y despejamos la carga q, se obtiene 1.76·10-6

C ó 1.76 mC.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_f%C3%ADsica

http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_f%C3%ADsica



CAMPO ELECTRICO

Como se apuntó anteriormente los campos de fuerza pueden actuar a través del espacio

según produciendo un efecto incluso cuando no existe contacto físico entre los objetos.

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que

describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.1

Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica

puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente

ecuación:

El campo eléctrico de una carga puntual Q en un punto P distante r de la carga viene

representado por un vector de

• módulo

• dirección radial

• sentido hacia afuera si la carga es positiva, y hacia la carga si es negativa

LEY DE GAUSS

Para conocer una de las propiedades del campo eléctrico se estudia que ocurre con el flujo

de éste al atravesar una superficie. El flujo de un campo Φ se lo obtiene de la siguiente

manera:

Donde es el diferencial de área en dirección normal a la superficie. Aplicando la

ecuación (7) en (8) y analizando el flujo a través de una superficie cerrada se encuentra que:

Donde Qenc es la carga encerrada en esa superficie. La ecuación (9) es conocida como la ley

integral de Gauss y su forma derivada es:

8

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_f%C3%ADsico

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_vectorial

http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/campo/campo.htm%23Concepto%20de%20campo

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctrico%23Equation_7


http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_de_carga



http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_de_carga



http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/campo/campo.htm%23Concepto%20de%20campo

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza

http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_vectorial

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_f%C3%ADsico

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_(f%C3%ADsica)



Donde ρ es la densidad volumétrica de carga. Esto indica que el campo eléctrico diverge

hacia una distribución de carga; en otras palabras, que el campo eléctrico comienza en una

carga y termina en otra.1

Esta idea puede ser visualizada mediante el concepto de líneas de campo. Si se tiene una

carga en un punto, el campo eléctrico estaría dirigido hacia la otra carga.

LEY DE FARADAY

En 1801, Michael Faraday realizó una serie de experimentos que lo llevaron a determinar

que los cambios temporales en el campo magnético inducen un campo eléctrico. Esto se

conoce como la ley de Faraday. La fuerza electromotriz, definida como el rotacional a

través de un diferencial de línea está determinado por:

Donde el signo menos indica la Ley de Lenz y Φ es el flujo magnético en una superficie,

determinada por:

Y así se obtiene la ecuación integral de la ley de Faraday:

Aplicando el teorema de Stokes se encuentra la forma diferencial:

La ecuación completa la descripción del campo eléctrico, indicando que la variación

temporal del campo magnético induce un campo eléctrico.1

Cuando una lámpara de mesa está enchufada, es decir, conectada a la red eléctrica a través

del enchufe, sólo hay un campo eléctrico. El campo eléctrico puede compararse con la presión dentro de una manguera cuando se conecta al sistema de abastecimiento de agua y

el grifo está cerrado. El campo eléctrico está relacionado con la tensión, cuya unidad es el

voltio (V). Se genera por la presencia de cargas eléctricas y se mide en voltios por metro

(V/m). Cuanto mayor sea la fuente de alimentación del electrodoméstico, mayor será la

intensidad del campo eléctrico resultante.

9

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctrico%23cite_note-griffiths-0



http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_electromotriz

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Lenz

http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Stokes

http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Stokes

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Lenz

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_electromotriz




Cuando se enciende la lámpara, es decir, cuando la corriente pasa por el cable de

alimentación, hay un campo eléctrico y un campo magnético. El campo magnético se

origina como resultado del paso de corriente (es decir, el movimiento de electrones) a

través del cable eléctrico. En el ejemplo de la manguera, el campo magnético se

correspondería con el paso del agua a través de la manguera. La unidad del campo de

inducción magnética es el Tesla (T). Sin embargo, los campos magnéticos que se miden

normalmente están dentro del rango de los microteslas (μT), es decir, una millonésima de

Tesla. Otra unidad que se utiliza a veces es el Gauss (G). Un Gauss equivale a 100

microteslas.

Cuando la lámpara está apagada (izda.): campo eléctrico

Cuando la lámpara está encendida (dcha.): campo eléctrico y magnético

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LINEAS DE CAMPO ELECTRICO

Las líneas de campo se dibujan de forma que el vector sea tangente a ellas en cada punto.

Además su sentido debe coincidir con el de dicho vector.

REGLAS PARA DIBUJAR LAS LINEAS DE CAMPO ELECTRICO

• Las líneas salen de las cargas positivas y entran en las negativas.

• El número de líneas que entran o salen es proporcional al valor de la carga.

• Las líneas se dibujan simétricamente.

• Las líneas empiezan o terminan sólo en las cargas puntuales.

• La densidad de líneas es proporcional al valor del campo eléctrico.

• Nunca pueden cortarse dos líneas de campo.

EJEMPLOS DE LINEAS DE CAMPO ELECTRICO

Carga puntual Dos cargas iguales

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Dipolo eléctrico

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CONCLUSION

En el presente trabajo conocimos una pequeña parte de la historia de las investigaciones

que han llevado al descubrimiento de los fenómenos eléctricos y magnéticos.

Pudimos conocer el concepto de carga eléctrica y sus características.

También analizamos la forma en que estas interactúan y como son regidas por la ley de

Coulomb nombrada así en honor a científico que las descubrió.

Por ultimo pudimos identificar lo que es un campo eléctrico y como este es regido por una

serie de características y explicadas en forma matemática.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

-Tipler. "Física". Cap. 18 y 19. Reverté.

-Gettys; Keller; Skove. "Física clásica y moderna". Cap. 20 y 21. McGraw-Hill.

-Serway. "Física". Cap. 23 y 24. McGraw-Hill.

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