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Tema 1. Cargas y Campo Eléctrico La carga eléctrica y sus propiedades Ley de Coulomb Campo eléctrico de una carga puntual Principio de superposición Líneas de campo eléctrico de una carga
puntual y de una distribución de cargas
Electromagnetismo
Electricidad (pedazo de ámbar frotado atrae pedazos de paja).
Magnetismo (piedras (magnetitas) atraen al hierro).
En 1820 Hans Cristian Oersted observó una relación entre ambos.
La corriente eléctrica en un alambre puede afectar la aguja magnética de una brújula.
Cargas Eléctricas
Peine que atrae pedazos de papel. Vidrio frotado con seda. Caucho frotado con piel. Globo inflado frotado con lana. Tipos de Cargas: Positivas y Negativas. Cargas iguales se repelen. Cargas diferentes se atraen. En el SI se expresan en Coulomb [C].
1, 2 y 3 son semillas previamente cargadas. Es correcto afirmar:
a. 1 y 3 tienen carga del mismo signo
b. 1 y 3 tienen carga de signo opuesto
c. 1, 2 y 3 tienen carga del mismo signo
d. Se necesitan más experimentos para deducir el signo de las cargas.
Ais
lante
21
Ais
lante
3
Ais
lante
2
Ais
lante
1, 2 y 3 son pequeñas semillas. Es correcto afirmar:
a. 1 y 3 tienen carga del mismo signo
b. 1 y 3 tienen carga de signo opuesto
c. 1, 2 y 3 tienen carga del mismo signo
d. Se necesitan más experimentos para deducir el signo de las cargas.
Ais
lan
te
Ais
lan
te
1 2
Ais
lante
Aisla
nte
2 3
Clasificación de los Materiales
Conductores - materiales en los cuales las cargas eléctricas se mueven con libertad (metales, cuerpo humano, la tierra).
Aislantes o dieléctricos - las cargas se mueven con dificultad (vidrio, caucho, plásticos, maderas).
Semiconductores - materiales que pueden aumentar la movilidad de las cargas bajo determinadas condiciones (silicio, germanio).
El Electroscopio
Carga por Inducción
Contacto a Tierra
La Carga Eléctrica
me ~ mp/1800, me= 9.1 * 10-31 kg,
Radio átomo hidrógeno ~ 10-10 m
Radio núcleo ~10-15 m
e= 1.6 *10-19 C
Modelo de Rutherford del Átomo
Portadores de cargas eléctricas
Balanza de Torsión de Coulomb
Fuerza Eléctrica (F)
Es inversamente proporcional al cuadrado de la separación, r, entre las dos partículas y está dirigida a lo largo de la línea que las une.
Es proporcional al producto de las cargas. La fuerza es atractiva si las cargas son de
signos opuestos y repulsiva si tienen el mismo signo.
En el SI se expresa en Newton [N].
rF ˆ2
2112 r
qkq
Ley de Coulomb
Distribución de cargas
Fuerza Eléctrica
Dos partículas con cargas de igual magnitud pero signo opuesto se colocan sobre el eje X a la misma distancia del origen. Se coloca una tercera partícula con carga positiva, sobre el eje Y. La fuerza neta sobre la tercera partícula está orientada hacia:
+X – X A lo largo de Y Hacia la partícula 1 En otra dirección
Ley de Coulomb
En el arreglo de cargas que muestra la figura, la dirección de la fuerza resultante sobre la carga q’ es:
a. De O hacia Ab. De O hacia Cc. De O hacia Bd. De O hacia D
Principio de Superposición
rr
qkqF o ˆ2
2
202
q1
q2
r1
r2
qO
01F
02F
F
rr
qkqF o ˆ2
1
101
0q
FE
Campo Eléctrico
Campo Eléctrico
El vector campo eléctrico E en un punto del espacio se define como la F que actúa sobre una carga de prueba positiva situada en ese punto dividida por la magnitud de la carga q0.
Se expresa en [N/C]. El sentido del E va a depender del signo
de la carga.
1. Las líneas se originan en las cargas positivas y terminan en las cargas negativas.
2. El número de líneas es proporcional al valor de la carga.
3. La densidad de líneas es proporcional al valor del campo.
4. El campo eléctrico es tangente a la línea de campo.
Representación por Medio deLíneas de Campo
Líneas de Campo Eléctrico
Campo Eléctrico de un Dipolo
22221 ayq
krq
kEE
2/122
1
)(cos
cos2
ay
a
r
a
EEE x
2/322 )(
2
ay
qakE
3
2
y
qakE
ay
Líneas de Campo Eléctrico de un Dipolo
Líneas de Campo Eléctrico de Dos Cargas Positivas
Líneas de Campo Eléctrico de Dos Cargas
Anillo Cargado Uniformemente