1. ELECTROSTÁTICA

1.1 Introducción 1.2 Ley de Coulomb1.3 Campo eléctrico e intensidad de campo1.4 Potencial eléctrico.

1.Diferencia de potencial2.Ejercicios matemáticos

Práctica

2.ELECTRICIDAD

2.1 Introducción 2.2 Corriente eléctrica e intensidad 2.3 Resistencia.2.4 Ley de Ohm.2.5 Circuitos en serie y paralelo de resistencias 2.6 Circuitos mixtos de resistencias. 2.7 Leyes de Kirchoff2.8 Capacitores2.9 Capacitores en serie y paralelo.2.10 Potencia eléctrica2.11 Efecto Joule.

1.Ejercicios matemáticos. Práctica

3.MAGNETISMO 3.1 Introducción 3.2 Imanes y polos magnéticos3.3 Tipos de imanes. 3.4 Campo magnético3.5 Teoría del magnetismo3.6 Densidad de flujo3.7 Ejercicios matemáticos. Práctica

4. ELECTROMAGNETISMO

4.1 Introducción 4.2 Campo magnético producido por una corriente4.3 Campo magnético producido por un conductor recto.4.4 campo magnético producido por un solenoide. 4.5 Fuerza sobre un conductor por el que circula una corriente. 4.6 Inducción electromagnética4.7 Ley de Lenz4.8 Ley de Faraday4.9 Ejercicios matemáticos. Practica

BÁSICA1.- FÍSICA CONCEPTUAL

PAUL. G. HEWITT.- Addison WesleyTercera ed. 1999.

2.- FÍSICA CONCEPTOS Y APLICACIONES TIPPENS ed. Mc Graw- Hill

3.- FÍSICA WILSON BUFFA. Pearson Prentice hall.

Quinta ed. 20034.- FÍSICA GENERAL

HÉCTOR PÉREZ MONTIEL Publicaciones Cultural. Segunda ed. 2000

COMPLEMENTARIA1.-FISICA I

SERWAY JEWEL ed. Thomson Tercera Ed. 2004 ISBN 0 -030 -27157 - 6

2.-FÍSICA PRINCIPIOS DE MECÁNICA ADOLFO VALENTÍ Editorial Octava

Reimpresión ISBN 968 - 6055 - 04 -53.- FÍSICA CON APLICACIONES. JERRY

D. WILSON

Mtro en C. Químicas Erick López Vázquez

Física II

Trabajos (tareas, participaciones)

Investigación (investigaciones)

práctica ( Libreta)

Dos exámenes parciales

Un global

ELECTRICIDAD

• Es una de las manifestaciones de la energía.

• La palabra electricidad proviene del vocablo griego “elektron” que significa “ámbar”

• El ámbar es una resina fósil transparente de color amarillo, producido en tiempos muy remotos por árboles que actualmente están en carbón fósil.

DIVISION DE LA ELECTRICIDAD

Electrostática : Se encarga del estudio de las cargas eléctricas en reposo.

Electricidad Electrodinámica: Estudia las cargas eléctricas en movimiento Electromagnetismo: Estudia la relación entre las corrientes eléctricas y el campo magnético

Introducción a la electricidad

Tales de Mileto (624-543 a.C.) Willian Gilbert (1544-1603) Otto von Guericke (1602-1686) Stephen Gray (1666-1736) F. De Cisternay Du Fay (1698-1739) Benjamín Franklin (1706-1790) Joseph Priestley (1733-1804) Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) Luigi Galvani (1737-1798) Alessandro Volta (1745-1827)

Introducción a la electricidad

André Marie Ampere (1775-1836) Hans Chistian Oesterd (1777-1851) Georg Simón Ohm (1787-1854) Samuel Finley Morse (1791-1872) Michael Faraday (1791-1867) Charles Wheatstone (1802-1875) Heinrich Friederich Lenz (1804-1865) James Prescott Joule (1818-1889) León Foucault (1819-1868)

TALES DE MILETO

• Señalaba que al frotar el ámbar con una piel de gato, podía atraer algunos cuerpos ligeros como polvo, cabellos o paja

Georg Simón Ohm (1787-1854) Implementa la ley de Ohm donde relaciona intensidad de corriente eléctrica, voltaje y resistencia de un circuito.

OTTO DE GUERICKE

• Construyó la primera máquina eléctrica, cuyo principio de funcionamiento se basaba en el frotamiento de una bola de azufre que giraba produciendo chispas eléctricas

Pieter Van Musschenbroek

•Descubrió la condensación eléctrica, al utilizar la llamada botella de Leyden que es un condensador experimental constituido por una botella de vidrio que actúa como aislante

BENJAMIN FRANKLIN• Pudo observar que cuando

un conductor cargado negativamente termina en punta, se acumulan los electrones en esa parte y por repulsión abandonan dicho extremo, fijándose sobre las partículas de aire o un conductor cercano cargado positivamente.

•Descubre el poder de puntas

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806)  Este físico e ingeniero francés, nacido en Angulema fue el primero en establecer las leyes cuantitativas de la electrostática, además de realizar muchas investigaciones sobre: magnetismo, rozamiento y electricidad.

Alessandro Volta (1745-1827)Este físico italiano, profesor de física en la Escuela Regia de su ciudad natal. Es conocido sobre todo por la pila que lleva su nombre (construida por empilado de láminas de zinc, papel y cobre), aunque dedico la mayor parte de su vida al estudio de los fenómenos eléctricos. Invento también: el electróforo, el electrómetro y el eudiómetro.

André Marie Ampere (1775-1836)

Este físico y matemático francés, nacido cerca de Lyon, es conocido por sus importantes aportaciones al estudio de la corriente eléctrica y el magnetismo, que constituyeron, junto con los trabajos del danés Hans Chistian Oesterd, al desarrollo del electromagnetismo.

CARGA ELECTRICA

•Los electrones y los protones tienen una propiedad llamada carga eléctrica, los neutrones son eléctricamente neutros ya que carecen de carga.

•Los electrones tienen carga negativa y los protones la tienen positiva

•El átomo está constituido por un núcleo en el que se encuentran los protones y los neutrones, alrededor de éste giran los electrones.

FORMAS DE ELECTRIZAR A LOS CUERPOS

A)Frotamiento: El caso del peine y el cabello

B) Contacto: Un cuerpo tiene electrones al ponerlo en

contacto cede esos electronesC) Inducción: El caso de la barra

de plástico que atrae los pedazos de papel

Electroscopio

Es un aparato que permite detectar si un cuerpo está o no cargado eléctricamente y también identifica el signo de la carga.

Consta de un recipiente de vidrio y un tapón aislador, atravesado por una varilla metálica que está rematada en su parte superior por una esferilla también metálica, en su parte inferior tiene dos laminillas que pueden ser de oro, aluminio o de láminas finas de cualquier otro metal

Si se acerca a la esferilla un cuerpo cargado de electricidad, la varilla y las laminillas se cargarán por inducción y puesto que dos cuerpos con carga de igual signo se rechazan, se separarán una de la otra.

Jaula de Faraday

El físico inglés Michael Faraday demostró que cuando un cuerpo está cargado eléctricamente, las cargas se acumulan siempre en su superficie.

Por tanto, en un conductor hueco las cargas se distribuyen únicamente en la superficie exterior. En el interior de una caja metálica, no se detecta ninguna carga eléctrica. La caja puede tener una superficie continua o estar constituida por una malla metálica

Cuando se tiene un cuerpo cargado eléctricamente y se desea descargar, lo único que se requiere es ponerlo en contacto con el suelo, o sea hacer tierra.

Una persona encerrada en una jaula metálica, no correrá peligro alguno si toca sus caras interiores, aunque está fuertemente cargada. Pero si toca la superficie exterior puede recibir una fuerte descarga

MATERIALES CONDUCTORES•Son aquellos que al

electrizarse en un punto cualquiera, lo hacen en toda su superficie, aun cuando sólo se frote un punto del mismo, ejemplo: todos los metales, soluciones de ácidos, bases y sales disueltas en agua, el cuerpo humano.

MATERIALES AISLADORES O DIELECTRICOS

•Sólo se electrizan en los puntos en que hacen contacto con un cuerpo cargado, o bien en la parte que fue frotada, ejemplo; la madera, el vidrio, el caucho, resinas y plásticos, porcelana, seda, mica y papel.

SEMICONDUCTORES

Son aquellos materiales intermedios como el carbón, germanio y silicio contaminados con otros elementos y los gases húmedos

UNIDADES DE CARGA ELECTRICA

• S:I: Coulomb C:G:S:estatcoulomb (ues)

•

CxnC

CxC

CxmC

9

6

3

1011

1011

1011

Cxp

Cxe

uesxC

exues

eXC

19

19

9

9

18

106.11

106.11

1031

1008.21

1024.61

LEY DE COULOMB• Su Ley dice:

• “ La fuerza eléctrica ya sea de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que hay entre ellas

• El científico francés Charles Coulomb, estudió las leyes que rigen la atracción y repulsión de dos cargas eléctricas puntuales en reposo. Inventó la balanza de torsión.

                                                     

FÓRMULA DE COULOMB

La ley de Coulomb para el vacío

22

229

221

/1

/109

uesdinacmk

CNmxk

r

qqKF

Donde:

F= Fuerza de atracción o repulsión en N

q1 y q2= cargas eléctricas en Coulomb (C)

r= distancia que hay entre las cargas en m

PERMITIVIDAD RELATIVA• Es la relación que existe entre la

fuerza eléctrica de dos cargas en el vacío y la fuerza eléctrica de estas mismas cargas sumergidas en algún medio o substancia aislante

'F

FEr

• El científico francés Charles Coulomb, estudió las leyes que rigen la atracción y repulsión de dos cargas eléctricas puntuales en reposo. Inventó la balanza de torsión.

Tabla de permitividad relativa

MEDIO AISLADOR PERMITIVIDAD RELATIVA

Vacío 1

Aire 1.0005

Gasolina 2.35

Aceite 2.8

Vidrio 4.7

Mica 5.6

Glicerina 45

Agua 80.5

EJERCICIOS

1) Calcular la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: 2 mC y 4 mC al estar separadas en el vacío por una distancia de 30 cm. 8x105 N

2) Determinar la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: -3µC y 4µC al estar separadas en el vacío por una distancia de 50 cm.

R. F= -4.32x10*-1 N

3) Una carga de -3x10*-2 ues se encuentra en el aire a 15 cm. de otra carga de

-4x10*-2 ues.

a)¿Cuál es la fuerza eléctrica entre ellas?

R. 5.33x10*-6 Dinas

•b) ¿Cuál sería la fuerza eléctrica entre ellas si estuvieran sumergidas en aceite.?

•R:1.9x10*-6 Dinas

4) Una carga eléctrica de 2µC se encuentra en el aire a 60 cm. de otra carga. La fuerza con la que se rechazan es de 3x10*-1N. ¿cuánto vale la carga desconocida? R. 6µC

•5) Determine la distancia a la que se encuentran dos cargas eléctricas de

7x10*-8C, al rechazarse con una fuerza de 4.41x10*-3N. R. 10 cm

6) En un átomo de hidrógeno, un electrón gira alrededor de un protón en una órbita con un radio de 5.3x10*-11m. ¿Con qué fuerza eléctrica se atraen el protón y el electrón?

R. -8.2x10*-8N

• 7) Determinar el valor de la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: -5µC y -4µC, al estar separadas en el vacío una distancia de 20 cm.

• R. 4.5 N

8) Una carga de q1=2µC se encuentra a una distancia de 20 cm. de otra cargaq3=8µC, como se ve en la figura. Determinar el valor de la fuerza resultante y su sentido, sobre una carga q2=-4 µC al ser colocada en medio de las otras dos cargas. -21.6 N a la derecha.

+ - +

q1 q2 q3

20 cm

10 cm

9) Una carga q1=-3µC recibe una fuerza de atracción debido a dos cargas q2=8µC y q3=7µC, que se encuentran distribuidos como señala la figura. Determinar la fuerza eléctrica resultante que actúa sobre q1, así como el ángulo que forma respecto al eje horizontalR. F=1.148 N , a = 41.19°

+

- +

q3=7μCq

1=

-3μ

C

q2=8μC

0.5m

0.5 m

10) Calcular la fuerza de repulsión entre dos protones que se encuentran a una distancia de 4.2x10*-15 m en un núcleo de cobalto

R. F=13.06 N

11) Dos cargas iguales se encuentran en el aire a 20 cm. de distancia y se rechazan con una fuerza de 8x10*-1.¿ Cuánto vale cada carga en C? R. q1=q2=3.56x10*-12C

12.- Calcular la distancia a la que se encuentran dos cargas eléctricas de 4x10*-7C cada una al rechazarse con una fuerza de 5x10*-2 N. R. 16.97 cm.

13.- Una carga q1=-9µC se encuentra a una distancia de 30 cm de otra carga q3=-3µC como se ve en la fig. Si una carga q2=5µC se coloca en medio de las cargas q1 y q3, calcular la fuerza resultante sobre q2, así como su sentido.

Resp. Fr=12 N hacia la izquierda

30 cm

15 cm

- + -

Q1=-9µC q2=5µC q3=3µC

Una carga q1=2µC recibe una fuerza de atracción debido a dos cargas q2=-7µC y q3=-6µC, que se encuentran distribuidas como se muestra:

-+

-

0.3 m

0.3 m

q3

q1q2

Calcular la fuerza eléctrica resultante que actúa sobre q1, así como el ángulo que forma respecto al eje horizontal.

Resp. Fr=1.84 N, ∞=40.6º respecto a la horizontal

CAMPO ELÉCTRICO

Una carga eléctrica se encuentra siempre rodeada por un campo eléctrico. Las cargas de diferente signo se atraen y las de un mismo signo se rechazan, aun cuando se encuentren separadas.

Como el campo eléctrico no se puede ver, el inglés Michael Faraday introdujo en el año de 1823 el concepto de líneas de fuerza, para poderlo representar gráficamente

Configuración del campo eléctrico

Producido por una carga puntual positiva

+

Producido por una carga puntual negativa

-

Producido por dos cargas de diferente signo

Campo eléctrico

+ -

Configuración del campo eléctrico producido por dos cargas del mismo signo

+ +

INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO

Es la relación que existe entre la fuerza y el valor de dicha carga de prueba

• Donde:• E = intensidad del campo eléctrico en N/C o

dina/ues• F = fuerza que recibe la carga de prueba en N

o dina• q= valor de la carga de prueba en C o ues

qF

E

INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO

• En cualquier punto de una carga eléctrica

• K = constante de la ley de Coulomb

2r

kqE

EJERCICIOS1.- Una carga de prueba de 3x10*-7 C recibe una

fuerza horizontal hacia la derecha de 2x10*-4 N. ¿Cuál es el valor de la intensidad del campo eléctrico en el punto donde está colocada la carga de prueba? R. 6.66x10*2 N/C

2.- Una carga de prueba de 2µC se sitúa en un punto en el que la intensidad de campo eléctrico tiene un valor de 5x10*2 N/C. ¿Cuál será el valor de la fuerza que actúa sobre ella.

R. 1x10*-3N

3.- Calcular la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 50 cm. de una carga de 4µC. R. 144 000 N/C

4.- La intensidad del campo eléctrico producido por una carga de 3µC en un punto determinado es de 6x10*6 N/C. ¿A qué distancia del punto considerado se encuentra la carga? R. 6.7 cm.

5.- Una esfera metálica cuyo diámetro es de 20 cm. Está electrizada con una carga de 8µC distribuida uniformemente en su superficie. ¿Cuál es el valor de la intensidad del campo eléctrico a 8 cm. de la superficie de la esfera? R. 31.89x10*6N/C

6.- El valor de la intensidad del campo eléctrico, producido por una carga de 4x10*5 N/c a 50 cm. De distancia de ésta. ¿Cuál es el valor de la carga eléctrica? R. 0.11µC

 

                                 

POTENCIAL ELECTRICO

• Existe analogía entre la energía potencial eléctrica y la energía potencial gravitacional de un cuerpo. Así cuando un cuerpo se eleva a una cierta altura h sobre el nivel del suelo su energía potencial es positiva.

• Toda carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, posee una energía potencial eléctrica debido a la capacidad que tiene para realizar trabajo sobre otras cargas.

DEFINICIÓN• El potencial eléctrico V en cualquier punto

de un campo eléctrico es igual al trabajo T que se necesita realizar para transportar a la unidad de carga positiva q desde el potencial cero hasta el punto considerado.

• Donde:• V= potencial eléctrico en el punto

considerado Volts• T= trabajo realizado en J• q= carga transportada en C

q

TV

El potencial eléctrico es una magnitud escalar como lo es cualquier clase de energía, a diferencia del campo eléctrico que es una magnitud vectorial, se define también como la energía potencial que posee la unidad de carga eléctrica positiva en el punto considerado:

Donde:

V= potencial eléctrico en V

Ep= energía potencial en J

q= carga eléctrica en C

q

EV p

• Ep=(kQq)/r

• Ep= energía potencial en Joules

• K= 9x10*9 Nm²/C²

• Q y q = valor de las cargas eléctricas en C

• Nm=1 joule

• J/C=volt

SUPERFICIE EQUIPOTENCIAL

• Es aquella que resulta de la unión de todos los puntos de un campo eléctrico que se encuentran al mismo potencial eléctrico

DIFERENCIA DE POTENCIAL

• La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera A y B es igual al trabajo por unidad de carga positiva que realizan fuerzas eléctricas al mover una carga de prueba desde el punto A al B.

• La diferencia de potencial también recibe los nombres de voltaje y de tensión

Un campo eléctrico uniforme se tiene cuando existe un campo constante en magnitud y dirección como el formado por dos placas metálicas planas y paralelas con cargas de igual magnitud pero de sentido contrario

A B

+ + -

+ - V=Ed

+ E -

+ d -

V= E d

• V= diferencia de potencial

1.- Una carga de 7µC se coloca en un determinado punto un campo elèctrico y adquiere una energía potencial de 63x10*-6 J. ¿Cual es el valor del potencial eléctrico en ese punto? 9V

2.- Determinar el valor del potencial eléctrico a una distancia de 10 cm de una carga puntual de 8 nC 720 N/C

3.- Al medir la diferencia de potencial o voltaje entre dos placas que se encuentran separadas 1 cm, se encontró un valor de 500 volts

a)¿Cuánto vale la intensidad del campo eléctrico entre las placas? R. 5x10*4 V/m=N/C

b)Si una carga de 2µC se encontrara entre las placas, qué fuerza eléctrica recibiría

R.10x10*-2 N

4.- Una carga de 6µC está separada 30 cm de otra carga de 3µC. ¿Cuál es la energía potencial del sistema? 0.54J, Ep=(kQq)/r

5.- a) Determinar la diferencia de potencial en un punto A que se encuentra a 20 cm de una carga de -5µC. (-2.25x10*5 V) b) ¿Cuál es la energía potencial eléctrica si en el punto A se coloca una carga de 8µC? (-1.8J)

VA=(kq)/r

Ep=qVA