ASIGNATURA: FISICA IISemana 5

TEMA: CARGA ELECTRICA Y CAMPO ELECTRICO

DOCENTE:

1. Entiende lo que es la carga eléctrica y los fenómenos relacionados con las partículas electrizadas

1. Entiende lo que es la carga eléctrica y los fenómenos relacionados con las partículas electrizadas

2. Plantea y propone en práctica las Leyes de la electrostática, continua con el estudio de algunas propiedades del campo eléctrico

2. Plantea y propone en práctica las Leyes de la electrostática, continua con el estudio de algunas propiedades del campo eléctrico

Propósito de clase

La materia que nos rodea está formada por átomos que constan, a su vez, de protones, neutrones y electrones. Los protones y electrones tienen una propiedad que se conoce con el nombre de carga eléctrica.

- Los protones: tienen carga eléctrica positiva.

- Los electrones: tienen carga eléctrica negativa.

- Los neutrones: no tienen carga eléctrica.

Carga Eléctrica

Partícula Masa (kg) Carga (Coulombs)

Carga unitaria

Electrón 9.109 x 10 -31 -1.6022 x 10-19 - 1

Protón 1.673 x 10 -27 +1.6022 x 10-19 + 1

Neutrón 1.675 x 10 -27 0 0

La cantidad de carga

La cantidad de carga (q) se puede definir en términos del número de electrones.

Culombio (C) que se define como la cantidad de carga que fluye por un punto de un conductor en un segundo cuando la corriente en el mismo es de un amperio (01 A).

Coulomb: 1 C = 6.25 x 1018 electronesCoulomb: 1 C = 6.25 x 1018 electrones

La carga en un solo electrón es:

1 electrón: e- == -1.6 x 10-19 C1 electrón: e- == -1.6 x 10-19 C

Conductores y aislantes

• Aislantes : materiales que no permiten el movimiento de cargas eléctricas con facilidad. Son materiales con escasa conductividad eléctrica

La mayoría de los no metales son aislantes: Madera, plástico, roca …

• Conductores: los electrones tienen libertad de movimiento.La mayoría de los metales son buenos conductores.

• Semiconductores: se pueden comportar como conductores o como aislantes.

PRIMERA LEY DE LA ELECTROSTÁTICA

Las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las de distinto signo se atraen.

Principio de Conservación de la cargaLa carga no 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

La cantidad de carga eléctrica se conserva.

POLARIZACIÓN DE LA CARGALa polarización de carga: consiste en un reordenamiento de las cargas eléctricas al interior de un cuerpo.

Se dice que un cuerpo tiene la carga eléctrica polarizada cuando la carga negativa está en un extremo y en el otro está la carga positiva. Se produce por el desplazamiento de los electrones, sin embargo la carga neta de la esfera permanece nula.

FORMAS DE ELECTRIZAR UN CUERPOElectrización por frotamiento: cuando un objeto se frota con otro, sus átomos interactúan, y se produce una transferencia de electrones entre un cuerpo y otro.

El bolígrafo se carga negativamente debido al exceso de electronesLa tela se carga positivamente debido a la deficiencia de electrones.

Los electrones se mueven de la tela al bolígrafo

El bolígrafo cargado negativamente induce una polarización de las cargas en los papelitos, como resultado se produce una atracción entre ambos cuerpos.

FORMAS DE ELECTRIZAR UN CUERPO

Electrización por inducción: Se produce cuando acercamos, sin tocar, un cuerpo cargado a uno neutro para inicialmente polarizarlo, es decir, separa las cargas negativas de las positivas en él, y luego se conecta a tierra o a otro material para permitir la circulación de electrones y provocar un exceso o déficit de ellos en el cuerpo.

Enunciado de la Ley de CoulombLa fuerza ejercida por una carga puntual sobre otra está dirigida a lo largo de la línea que las une. La fuerza de atracción o repulsión varía inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas y es proporcional al valor de cada una de ellas.

LEY DE COULOMB

Expresión vectorial de la Ley de Coulomb

12212

2112 rur

qqkF

F12 es la fuerza ejercida por q1 sobre q2 es igual en magnitud a la fuerza ejercida por q2 sobre q1 y en la dirección opuesta, por lo cual F12 = - F21

En el vacío S.I. k = 9·109 N m2/C2

X

Z

q1

q2

Y

1r

2r

1221 rrr

k: Constante de Coulomb.

Constantes Permitividad del Vacío (εo): Permitividad está definida como la medida de la capacidad de un material a ser polarizada por un campo eléctrico.

2

29 .

1094

1k

CmN

xko

eo= 8.85·10-12 C2/N m2

Si el medio en el que se encuentran las cargas es distinto al vacío, se comprueba que la fuerza eléctrica es veces menor, de esta forma se define la Permitividad del Medio como e = eo.. Siendo k’ la Constante Dieléctrica del Medio.

4

1'k

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

iprip

in

i

n

iipTotal u

rqq

kFF 2

0

11

q1

q2

X

Z

Y

qn

q0pr1

pr2 npr

1r

2r

nr

P

Un cuerpo cargado crea un campo eléctrico en el espacio que lo rodea.

Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas

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, q0 (carga positiva puntual) y comprobar la fuerza que experimenta.

CAMPO ELÉCTRICO

La fuerza eléctrica entre la carga q y la carga de prueba qo es repulsiva, y viene dada por

12212

12 ro urqqkF

Se define la intensidad de campo eléctrico en un punto como la fuerza por unidad de carga positiva en ese punto.

oqF

E 12

122 rurq

kE

La dirección y sentido del campo eléctrico coincide con el de la fuerza eléctrica.

qo

YX

Z

q

F

r

PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓNA la hora de aplicar el principio de superposición debemos tener en cuenta dos casos:• Campo eléctrico creado por una distribución discreta de carga en un punto.

• En este caso se calcula el campo eléctrico sumando vectorialmente los campos eléctricos creados por cada una de las cargas puntuales en el punto elegido.

n

ir

ip

iipu

r

qkE

12 q1

q2

X

Z

Y

qn

Ppr1

pr2 npr

1r

nr2r

Campo eléctrico cargas puntuales

El campo gravitacional es radial, dirigido hacia el centro, en todas direcciones e intenso cerca de la superficie, ya que la líneas de campo están mas cerca.

LÍNEAS DEL CAMPO GRAVITACIONAL

𝑔=−𝐺𝑀𝑇

𝑟 2 =9.8𝑚/ 𝑠2

𝑔

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.

E

REGLAS PARA DIBUJAR LAS LÍNEAS DE CAMPO

• 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.

LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO

EJEMPLOS DE LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO

CAMPO ELÉCTRICO PARA DISTRIBUCIONES CONTINUAS DE CARGALas cargas eléctricas en el mundo macroscópico se describen habitualmente como distribuciones continuas de carga.

LQ

dldq

SQ

dSdq

VQ

dVdq

prom

prom

prom

;

;

; Densidad volumétrica de carga

Densidad superficial de carga

Densidad lineal de carga

Carga distribuida en un volumen

Carga distribuida en una superficie

Carga distribuida en una línea

rrdqk

E ˆ2

Aplicando la ley de Coulomb y el principio de superposición

GRACIAS POR SU ATENCION