Electrostática 1

ELECTROSTÁTICA

GETTYS, W.E.; KILLER, F.J. Y SKOVE, M.J. "Física para ciencias e ingeniería", Tomo II. Ed. McGraw-Hill. 2005.SERWAY R. A. BEICHNER R. J. “Física para ciencias e ingeniería”. Tomo II, quinta edición, Editorial Mc. Graw Hill. 2000SEARS, F.W. ZEMANSKY, M. YOUNG, H. “Física Universitaria”. Vol 2, Ed. Pearson Educacion. 2004.Bauer, Wolfgang. Física para ingeniería y ciencias Vol. 2, Con Física. McGraw-Hill Interamericana, 2011

Estructura de la materia:

Escala microscópica

Micrones = m

10-6 m = 1/1.000.000

Escala atómica

nanómetros = nm

10-9 m = 1/1.000.000.000

LA MATERIA

Partícula

Masa (kg) Carga (C)

electrón 9.1x 10-31 -1.6x 10-19

protón 1.67x 10-27 +1.6x 10-19

neutrón 1.67x 10-27 0

Z = número electrones = número protonesA = número protones + neutrones

Elemento

Isótopo Un átomo tiene el mismo número de electrones que de protones es neutro Ión positivo : le faltan electrones

Ión negativo: tiene electrones añadidos

0 ep qZqZQ

ee qnQ

ELECTRÓN

ee qnQ

-+

--

-

+

+

+

1. CARGA ELÉCTRICA

Electrostática = estudio de las cargas eléctricas en reposo

Unidad de carga = el electrón e= 1.602177x 10-19 C

++ --

+-

atracción

Claudia González Cuervo. Ph. D.

repulsión

1.1 CONSERVACIÓN DE LA CARGA

La carga ni se crea ni se destruye se transfiere Entre átomos Entre moléculas Entre cuerpos

La suma de todas las cargas de un sistema cerrado es constante


1.2 Electrización por frotamiento

Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la barra de ámbar, con lo cual ésta queda cargada negativamente y aquél positivamente. En términos análogos, puede explicarse la electrización del vidrio por la seda

http://www.google.com/images/ficabanillas.blogspot.com


1.3 Electrización por contacto

Bolaneutra

Bolacargadanegativa

Bola y varilla se repelenIgual carga

consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro

Electroscopio.Al acercar una bolita cargada las láminas adquieren carga y se separan.

http://www.google.com/images?hl=es&xhr=t&q=electrostatica


1.4 CARGA POR INDUCCIÓN

http://www.google.com/images?hl=es&xhr=t&q=electrostatica

Al aproximar un cuerpo cargado a otro sin carga, en el cual sus cargas tengan movimiento libre, el metal por ejemplo, se genera electrización


2. CONDUCTORES Y AISLANTES

Aislantes : materiales en los que la carga eléctrica no se puede mover libremente.

cerámicos, plástico, rocas …

Conductores: los electrones tienen libertad de movimiento.

Metales, aleaciones metálicas ..

Semiconductores: se pueden comportar como conductores o como aislantes.

silicio, germanio, arseniuro de galio ..


3.1 LEY DE COULOMB. FENOMENOLOGÍA La fuerza entre cargas

puntuales está dirigida a lo largo de la línea que las une.

La fuerza varía inversamente proporcional con el cuadrado de la distancia que los separa y es proporcional al producto de las cargas.

La fuerza es repulsiva si las cargas son del mismo signo y atractiva si son de signo diferente.

q1

q2

F12 + F21 = 0

F12

F21

r1 - r2 = r12

r1

r2

r12


3.2 LEY DE COULOMB. FÓRMULA

Fuerza ejercida por q1 sobre q2

constante de Coulomb e0 Permitividad del vacío

q1

q2

r1

r2

r12

F12

F21

F12 + F21 = 0

r1 - r2 = r12

12212

2112 r̂

r

qqF

2

291099.8C

Nm

04

1

2

212

0 1085.8Nm

CClaudia González Cuervo. Ph. D.

3.2 Ley de Coulomb. Fórmula

El vector ur es un vector unitario que va desde la carga q1 a la carga q de modo que cuando ambas cargas tienen distinto signo (figura (a)) la fuerza electrostática es de atracción, mientras que si tienen el mismo signo la fuerza electrostática es de repulsión (figura (b)).


3.2 Ley de Coulomb. Fórmula

Al estudiar problemas de cargas en electrostática, se denomina carga fuente a la carga que ejerce la fuerza (en este caso q1) y carga testigo o carga de prueba a la carga sobre la que se calcula la fuerza (q).La fuerza electrostática cumple la tercera ley de Newton, por lo que la carga q1 experimentará una fuerza de igual módulo y sentido contrario que la que experimenta q.Si la carga q1 se encontrase en presencia de N cargas puntuales, la fuerza total sobre ella sería la resultante de todas las fuerzas que ejercen sobre ella las N cargas.


http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/dinam1p/dinam1p_1.html#tercera

3.3 LEY DE COULOMB. SISTEMA DE CARGAS

Principio de superposición de fuerzas: La fuerza neta ejercida sobre una carga es la suma vectorial de las fuerzas individuales ejercidas sobre dicha carga por cada una de las cargas del sistema.

Cargas discretas

i

ii

i

iiTotal r

r

qqkFF

30

dqrr

qkFdFTotal

30

Distribución continua de carga


Ejemplo 1.

Tres cargas q1 = -2nC en la posición (0,0), q2 = 4nC en la posición (3.0cm,0) y q3 = 1nC en la posición (3.0cm,2.0cm). Determine la fuerza eléctrica total en la carga q3.


Ejemplo 2.Dos esferas con carga idéntica cuelgan del techo suspendidas por cuerdas aislantes de la misma longitud. =1.50 m A cada esfera se ℓle proporciona una carga q = 25.0 μC Cada cuerda forma un ángulo de 25.0° con respecto a la vertical (figura). ¿Cuál es la masa de cada esfera?



Ejemplo 3.

Se tienen tres cargas q1, q2, q3 (q1 = +5 x 10-5 C, q2 = q3= -q1/2) sobre una circunferencia de radio 1 m, como indica la figura. ( = /6)a) Calcular la fuerza total ejercida sobre la carga q1.b) Calcular la fuerza total ejercida sobre una carga de +1 C situada en el centro de la circunferencia.

Ejemplo 4:

Se tienen tres cargas eléctricas en los vértices de un triángulo equilátero de lado l (ver figura). (l = 1 m, q1=q2=5 nC, q3= -5 nC).

Calcular y dibujar el diagrama de las fuerzas creadas por q1 y q2

sobre q3 y la fuerza total que actúa sobre q3.

q1

q2

q3


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