Silabo del curso. Carga eléctrica. Propiedades de la carga eléctrica. Ley de Coulomb.

Principio de Superposición.

Semana 1

Ley de Coulomb

13/04/2023 Yuri Milachay 2

¿Cuál fue la causa del incendio?

http://www.youtube.com/watch?v=tuZxFL9cGkI

13/04/2023 Yuri Milachay 3

Lluvia de ideas

1. En general, ¿cómo se produce fuego?2. En nuestro caso,

a) ¿Qué sustancia actuó de combustible?b) ¿Cómo se desencadena el fuego? Plantee una hipótesis.

13/04/2023 Yuri Milachay 4

Logros de la sesión Al finalizar la sesión, el estudiante: Reconoce las características y propiedades que presentan los

cuerpos con carga eléctrica. Describe las características eléctricas de los materiales

aislantes y conductores. Explica los procesos de carga y descarga eléctricos. Calcula las fuerzas eléctricas de atracción o repulsión

aplicando la ley de Coulomb.

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La carga eléctrica

La carga eléctrica es la propiedad fundamental de la materia. Explica la estabilidad de los átomos y sus propiedades.La unidad SI de la carga eléctrica es el coulomb (C).La carga fundamental se representa como «e» y su valor es

e = 1,602 1 × 10– 19 C

Prefijos usados comúnmente

micro ( = 10–6) 1 C = 10–6 C nano ( = 10–9) 1 C = 10–9 C pico (p = 10– 2) 1 pC = 10–12 C

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Propiedades de la carga eléctrica

La unidad básica de carga negativa lo posee el electrón, y la unidad básica de carga positiva lo posee el protón.

La carga neta de un cuerpo es cero.

Los cuerpos se cargan o descargan por exceso o defecto de electrones.

La carga está cuantizada, es decir, todas las cargas Q son un múltiplo de la carga fundamental e:

Donde n es un número entero positivo.

enQ

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Producción de carga negativa

Cuando una barra de caucho se frota con piel, se remueven electrones de la piel y se depositan en la barra.

Se dice que la barra se cargó negativamente debido a un exceso de electrones. Se dice que la piel se cargó positivamente debido a una deficiencia de electrones.

Los electrones se mueven de la piel a la barra de caucho.

positivo

negativo

+ + + +

--

--

Piel

Caucho

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Producción de carga positiva

Cuando una barra de vidrio se frota con seda, se remueven electrones del vidrio y se depositan en la seda.

Se dice que el vidrio está cargado positivamente debido a una deficiencia de electrones. También se dice que la seda está cargada negativamente debido a un exceso de electrones.

Los electrones de mueven del vidrio a la seda.

positivo

negativo- - - -

+ +

+ +

seda

vidrio

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Dos cargas negativas se repelen

1. Cargue la barra de caucho al frotarla con piel.2. Por contacto, transfiera electrones de la barra a cada esfera.

Observará que dos cargas negativas se repelen

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Dos cargas positivas se repelen

1. Cargue la barra de vidrio al frotarla con seda.2. Toque las esferas con la barra. Los electrones libres en las esferas se mueven para llenar los vacíos en el vidrio, lo que deja a cada esfera con deficiencia; es decir, se cargan positivamente.

Las cargas positivas se repelen.Las cargas positivas se repelen.

13/04/2023 Yuri Milachay 11

Los dos tipos de carga

piel

caucho

Atracción

¿Qué cargas tienen las esferas?

¡Cargas opuestas se atraen!¡Cargas opuestas se atraen!

seda

vidrio

13/04/2023 Yuri Milachay 12

Primera ley de la electrostática

Cargas iguales se repelen;cargas opuestas se atraen.Cargas iguales se repelen;cargas opuestas se atraen.

NegNeg PosNegPosPos

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Producción de cargas por inducción

-- - - -

Esferas no cargadas Separación de carga-- - - -

Aislamiento de esferas Cargadas por inducción

--- -

++++

--- -

++++ +

++ +

-

-- -

Inducción

Electrones repelidos

13/04/2023 Yuri Milachay 14

Efecto «tierra»

-- - - -

Esfera no cargada Separación de carga

Los electrones se mueven a tierra

Cargada por inducción

+

++ +

Inducción

--- -

-- - - -

++++

--- -

- - - -

--- -

++++

--- -

13/04/2023 Yuri Milachay 15

¿Cómo se aplica el concepto de “tierra”?

13/04/2023 Yuri Milachay, Hugo Vizcarra 16

Aplicación tecnológica de las cargas electrostáticas

La pintura electrostática es utilizada para el recubrimiento eficaz de superficies, especialmente de vehículos y equipos sofisticados, los cuales se pretende proteger contra la corrosión.

A partir de la imagen mostrada, ¿cuál crees que es el principio de funcionamiento de la pintura electrostática? ++++

----

13/04/2023 Yuri Milachay 17

¿Qué rol juega la electricidad en el fotocopiado?

13/04/2023 Yuri Milachay 18

Ley de CoulombCoulomb encontró que para dos cargas puntuales q1 y q2 (cargas de dimensiones muy pequeñas en comparación con la distancia r entre ellas), la fuerza eléctrica es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.

29

2

Nmk 8,99 10

C

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

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k – constante eléctrica (o de Coulomb)

La constante eléctrica también se expresa como:

Donde e se denomina permisividad eléctrica del medio.

Material k (N m∙ 2/C2) e (C2/N m∙ 2)

Vacío 8,99×109 8,85×10-12

Parafina 4,16×109 1,90×10-11

Mica 1,38×109 5,76×10-11

Papelparafinado 4,09×109 1,95×10-11

Poliestireno 8,56×109 9,30×10-12

Baquelita 2,04×109 3,90×10-11

C-irbolito 2,25×109 3,54×10-11

Vidrioorgánico 2,64×109 3,01×10-11

1

k4

13/04/2023 Yuri Milachay 20

Ejercicios

Dos bolitas de 0,10 g médula de saúco están suspendidas del mismo punto por cuerdas de 30,0 cm de largo. Cuando las bolitas tienen cargas iguales, llegan al reposo cuando están a 18,0 cm de distancia, como se muestra en la figura. ¿Cuál es la magnitud de la carga en cada bolita?

13/04/2023 Yuri Milachay 21

Principio de superposición

Como ley básica adicional, no deducible de la ley de Coulomb, se encuentra el Principio de Superposición: "La fuerza total ejercida sobre una carga eléctrica Q por un conjunto de cargas q1, q2, q3, … , qn será igual a la suma vectorial de cada una de las fuerzas ejercidas por cada carga qi sobre la carga Q.”

N Ni

i ri2i i i

kq QF F u

r

q5

q4q3

q2q1

Q

FRF5

F4

F3

F2

F1

r1

13/04/2023 Yuri Milachay 23

Ejercicio

Determine el módulo y la dirección de la fuerza resultante sobre la carga en el centro del cuadrado.

q

+q

q

+q

+qL

L

q

+q

+q

q

+qL

L

2

e 2

q4k cos45

2L

2

13/04/2023 Yuri Milachay 24

Conclusiones La primera ley de la electrostática establece que las cargas del

mismo signo se repelen entre sí y las cargas de diferente signo se atraen unas a otras.

La ley de Coulomb determina que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las dos cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (separación) entre las dos cargas.

La fuerza resultante sobre una carga en particular se calcula sumando las fuerzas parciales con los métodos del álgebra vectorial,.

13/04/2023 Yuri Milachay 25

Referencias Bibliográficas

• S. Zemansky. Física Universitaria. 12 Ed. Pearson Education.

Cap.21.

• P. Tippens . Física, Conceptos y Aplicaciones. 7° edición. Ed.

McGraw Hill. Pág. 463-475.