FUNDAMENTOS ELECTRICIDAD

Y MAGNETISMO

Profesor

Hector Castro

Oficina: Edif. 404, sala 353 ext. 13056

email: hfcastros@unal.edu.co

Pag. web Docente: http://www.docentes.unal.edu.co/hfcastros/

2. CAMPO ELECTRICO I

Profesor

Hector Castro

Oficina: Edif. 404, sala 353 ext. 13056

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INDICE

1. Carga Elctrica

2. Conductores y Aislantes

3. Carga por Induccin

4. Ley de Coulomb

5. Campo Elctrico

6. Lneas de campo elctrico

7. Movimiento de Cargas

8. Dipolo Elctrico

1. CARGA ELECTRICA

1. CARGA ESTATICA POR FRICCION:

BARRA DE PLASTICO CON PIEL

CARGA POSITIVA

2. REPULSION DE CARGAS

DE IGUAL SIGNO

OBSERVACIONES EXPERIMENTALES

1. CARGA ESTATICA POR FRICCION:

BARRA DE VIDRIO CON SEDA

CARGA NEGATIVA

2. ATRACCION DE CARGAS

DE SIGNO CONTRARIO

OBSERVACIONES EXPERIMENTALES

ESTUDIOS DE BENJAMIN FRANKLIN

1706-1790

ELECTROMETRO

MEDICION CUALITATIVA DE LA CARGA ELECTRICA

OBSERVACIONES EXPERIMENTALES

PROPIEDADES DE LA CARGA ELCTRICA

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]

LOS ATOMOS DE UN MATERIAL:

- GANAN ELECTRONES CARGA NEGATIVA

- PIERDEN ELECTRONES CARGA POSITIVA

Dependiendo de su electronegatividad o electroafinidad.

CARGA ESTATICA POR FRICCION

TRANSFERENCIA DE CARGA DE UN

MATERIAL AL OTRO

1

2

CARACTERISTICAS DE LA CARGA

ELCTRICA

- Valor discreto (cuantizado):

- Se conserva: se transfiere pero no desaparece

- Los cuerpos normalmente son neutros:

igual cantidad de carga positiva y negativa

- Toda carga se expresa en unidades enteras de e:

Coulombs

Culombios C10602.1 19e

C NeQ

Unidad elemental de carga

= Carga del electrn

J. Thompson 1897,

R. Millikan, 1909

N es un entero

EJEMPLO

PREGUNTAS

ANALIZE Y TRATE DE EXPLICAR LAS SIGUIENTES SITUACIONES EN LAS

QUE APARECE CARGA ESTATICA :

1. GENERACION DE RAYOS ENTRE LAS NUBES Y LA TIERRA

2. DESCARGA AL BAJAR DE UN VEHICULO DESPUES DE UN VIAJE

3. DESCARGA O CHSIPA ENTRE DOS PERSONAS AL SALUDARSE

2. CONDUCTORES Y AISLANTES

ESTRUCTURA CRISTALINA

AISLANTE ELECTRONES LOCALIZADOS

METALNUBE ELECTRONICA DESLOCALIZADA

ESTRUCTURA DE BANDAS

1622 3,2,2,1)( spssNaSodio

Bandas permitidas

Bandas prohibidas

La banda 3s est semi llena (1 electrn)

La banda 3p est vaca

CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES

- Aislantes

- Semiconductores

- Metales

Depende solamente del estado de llenado

de la ltima o las dos ltimas bandas

AISLANTE

- ULTIMA BANDA LLENA

- BRECHA DE ENERGIA GRANDE

NO HAY POSICIONES DISPONIBLES

PARA MOVILIZAR LOS ELECTRONES

SEMICONDUCTOR

Huecos y/o electrones

Valencia

Conduccin

- ULTIMA BANDA CASI LLENA

- BRECHA DE ENERGIA MODERADA

HAY ALGUNAS POSICIONES DISPONIBLES

PARA MOBILIZAR LOS ELECTRONES

METAL

Conduccin

Valencia

- ULTIMA BANDA POCO POBLADA

- BRECHA DE ENERGIA NULA

HAY MUCHAS POSICIONES

DISPONIBLES

PARA MOBILIZAR LOS ELECTRONES

3. CARGA POR INDUCCION

DOS METODOS

CARGA POR INDUCCION

1. SEPARACION DE CARGAS EN LAS DOS ESFERAS METALICAS, INDUCIDA

POR LA BARRA CARGADA POSITIVAMENTE

CONJUNTO NEUTRO

CARGA POR INDUCCION

2. SEPARACION DE LAS ESFERAS, QUEDANDO CARGADAS

CON CARGA DESPLAZADA

CARGA POR INDUCCION

3. SE RETIRA LA BARRA QUEDANDO CARGAS LAS ESFERAS

CON CARGA DISTRIBUIDA HOMOGENEAMENTE

CARGA POR INDUCCION

1. SEPARACION DE CARGAS EN LA ESFERA, INDUCIDA POR LA

BARRA CARGADA

CARGA POR INDUCCION

2. CONEXIN A TIERRA DE LA ESFERA Y TRANSFERENCIA DEL

EXCESO LOCAL DE ELECTRONES LA ESFERA QUEDA CARGADA

CARGA POR INDUCCION

3. DESCONEXIN DE TIERRA DE LA ESFERA LA ESFERA

QUEDA CARGADA CON CARGA DESPLAZADA

CARGA POR INDUCCION

4. SE RETIRA LA BARRA QUEDANDO LA ESFERA CARGADA CON

CARGA DISTRIBUIDA HOMOGENEAMENTE

LA TIERRA ELECTRICA

LA TIERRA, ELECTRICAMENTE, SE ENTIENDE COMO UN CONDUCTOR QUE

PUEDE RECIBIR O SUMINISTRAR CANTIDADES ILIMITADAS DE ELECTRONES

LA TIERRA ELECTRICA

EL PARARRAYOS

4. LEY DE COULOMB

FUERZA EJERCIDA ENTRE

DOS CARGAS ELECTRICAS

CHARLES COULOMB 1736 1806

METODO DE BALANZA DE TORSION

BALANZA DE TORSION

A: CARGA MOVIL

B: CARGA FIJA

ANGULO DE GIRO

PROPORCIONAL A LA

FUERZA ELECTRICA

ENTRE CARGAS

LEY DE COULOMB

k Constante de Coulomb

eo Permitividad del vacio

LEY DE COULOMB

VECTORES POSICION Y DISTANCIA

2,1F

EJEMPLO 18.2

EJEMPLO 18.4

EJEMPLO 18.4

EJEMPLO 18.4

EJEMPLO 18.5

EJEMPLO 18.5

EJEMPLO 18.5

EJEMPLO 18.5

5. CAMPO ELECTRICO

DEFINICION

CARGA DE PRUEBA q0

Totaliza el efecto de todas las

cargas existentes sobre una

carga de prueba en algn

lugar del espacio

UNIDADES DEL CAMPO E:

ALGUNOS CAMPOS EN LA NATURALEZA

FUERZA SOBRE UNA CARGA PUNTUAL

CAMPO DE UNA CARGA PUNTUAL

LEY DE COULOMB

CAMPO DE UNA DISTRIBUCION DE CARGAS

PUNTUALES

EJEMPLO 18.7

EJEMPLO 18.7

EJEMPLO 18.7

EJEMPLO 18.7

CAMPO ELECTRICO EN FUNCION DE LA POSICION X

EJEMPLO 18.8

EJEMPLO 18.8

EJEMPLO 18.8

EJEMPLO 18.9DIPOLO ELECTRICO

EJEMPLO 18.9DIPOLO ELECTRICO

EJEMPLO 18.9DIPOLO ELECTRICO

DIPOLO ELECTRICO

6. LINEAS DE CAMPO ELECTRICO

PARA UNA CARGA PUNTUAL

INDICAN LA DIRECCION DEL CAMPO ELECTRICO Y DE LA FUERZA

SOBRE UNA CARGA DE PRUEBA LINEAS DE FUERZA

RADIALES SALIENDO (+) O ENTRANDO (-) PARA CARGA PUNTUAL

DOS CARGAS PUNTUALES IGUALES

DOS CARGAS PUNTUALES IGUALES

DIPOLO

DIPOLO

REGLAS PARA DIBUJAR LINEAS DE CAMPO

DOS CARGAS PUNTUALES DISTINTAS

DOS CARGAS PUNTUALES DISTINTAS

DOS CARGAS PUNTUALES DISTINTAS

7. MOVIMIENTO DE CARGAS

PUNTUALES EN CAMPOS

ELECTRICOS

HAZ DE ELECTRONES EN UNA PANTALLA DE TELEVISION

UN CAMPO ELECTRICO VARIABLE PERMITE DESVIAR EL HAZ DE

ELECTRONES PARA BARRER EL AREA DE LA PANTALLA

FUERZA Y ACELERACION DE LA CARGA

FUERZA: LEY DE COULOMB

ACELERACION: 2 LEY DE NEWTON

EJEMPLO 18.10

EJEMPLO 18.10

EJEMPLO

EJEMPLO 18.11

EJEMPLO 18.11

APLICACIN EN IMPRESORA

8. DIPOLOS ELECTRICOS EN

CAMPOS ELECTRICOS

DIPOLOS ELECTRICOS INDUCIDOS POR CAMPOS ELECTRICOS

- DIPOLOS PERMANENTES

- DIPOLOS INDUCIDOS

DIPOLOS SE ORIENTAN EN CAMPOS ELECTRICOS

SE GENERA TORQUE ORIENTADOR

ENERGIA POTENCIAL ELECTRICA ASOCIADA

TORQUE SOBRE UN DIPOLO Y ENERGIA POTENCIAL