Electrostática · 1. Carga eléctrica Electrostática = estudio de las cargas eléctricas en...
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Electrostática
Introducción
Cargas Eléctricas
Conductores y Aislantes
Ley de Coulomb
Superposición de Fuerzas Eléctricas
Introducción 600 a.C.- Griegos descubren que al frotar el
ámbar rápidamente este atrae partículas pequeñas.
Frotar el ámbar es un ejemplo de cómo generar una carga electrostática.
La palabra griega equivalente a ámbar es electrón, y a partir de ahí surge la palabra electricidad.
La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia. e = 1.6 x 10 -19
Es la fuente de la fuerza eléctrica.
1. Carga eléctrica
Electrostática = estudio de las cargas
eléctricas en reposo
Unidad de carga = el electrón
e= 1.602177x 10-19 C
++
--
repulsión
+-
atracción
1.1 Constituyentes de la materia
Partícula Masa (kg) Carga (C)
electrón 9.1x 10-31 -1.602x 10-19
protón 1.67x 10-27 +1.602x 10-19
neutrón 1.67x 10-27 0
Un átomo tiene el mismo número de
electrones que de protones es neutro ;
Ión positivo : le faltan electrones
Ión negativo: tiene electrones añadidos
ELECTRÓN
-
+
- -
-
+ + +
1.2 Conservación de la carga
La carga ni se crea ni se destruye se
tranfiere
Entre átomos
Entre moléculas
Entre cuerpos
La suma de todas las cargas de un
sistema cerrado es constante
Formas de Generar Carga
electrostática
Por Conducción
Cargas un objeto neutral cuando lo tocas
con un objeto que tiene una carga neta.
Por inducción
Cargas un objeto neutral separando las
cargas sin tocarlo.
1.3.1 Carga por inducción
Bola
neutra
Bola
cargada
negativa lana
Varilla de
plástico
Electroscopio.
Al acercar una bolita cargada las
láminas adquieren carga y se separan.
Bola y
varilla se
repelen
Igual carga
2. Conductores y aislantes
Aislantes : materiales en los que la carga
eléctrica no se puede mover libremente. ○ Madera, plástico, roca …
Conductores: los electrones tienen libertad
de movimiento. ○ Metales, ..
Semiconductores: se pueden comportar
como conductores o como aislantes.
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
r1
r2
r12
F12
F21
Ley de Coulomb. Fórmula
Fuerza ejercida por q1 sobre q2
k constante de Coulomb
e0 Permitividad del vacío
2291099.8 CNmk
04
1
ek 2212
0 1085.8 NmCe
𝐹 = 𝐾.𝑞𝑞1𝑟2
Dónde:
F se mide en Newton (N).
Q y q se miden en Culombios (C).
r se mide en metros (m).
K es una constante de proporcionalidad llamada
constante de la ley de Coulomb. No se trata de
una constante universal y depende del medio en
el que se encuentren las cargas. En concreto para
el vacío k es aproximadamente 9𝑥109 N·𝑚2.𝐶2
Superposición de Fuerzas Eléctricas
Principio de superposición: Es posible
determinar la fuerza neta sobre cualquiera de
las cargas sumando las contribuciones
individuales a la fuerza de cada una de las
demás.
Superposición de Fuerzas Eléctricas
q1
+
q2
+
+
q3
F3
F32
F31
Las fuerza F3 sobre la carga q3 es el vector
suma de las fuerzas debidas a q1 y q2,
consideradas independientemente.
Superposición de Fuerzas Eléctricas
Cargas
q1=+3.7μC,
q2= -3.7μC,
q3=+4.8 μC,
Distancia
3.0 x 10-2 m
F3
F32
F31
q1
+
q2
-
+
q3
60˚ 60˚
x
y
Superposición de Fuerzas Eléctricas
NF
m
CC
C
mN
r
qqkF
178
100.3
108.4107.3100.9
31
22
66
2
29
2
3,1
31
31
NF
m
CC
C
mN
r
qqkF
178
100.3
108.4107.3100.9
32
22
66
2
29
2
3,2
32
32
Magnitud de la fuerza
Superposición de Fuerzas Eléctricas
Los componentes verticales se cancelan (rojo)
Componentes Horizontales son iguales en magnitud y dirección y se suman algebraicamente (azul)
NNFF 1782
1)178(260cos2 1,3
60˚
F32
F32 cos 60˚
-F32 sen 60˚
60˚
F31
F31 cos 60˚
F31 sen 60˚
Dirección de la fuerza
Fuerza Neta hacia la derecha
EJEMPLOS
1. Cual es la separación de dos cargas de -4nC si la fuerza de
repulsión entre ellas es 200N.
2. La carga total sobre 2 esferas de metal, separadas 50 mm es de
80 μC. Si se repelen entre si con una fuerza de 800N. ¿Cuál es
la carga en cada esfera?
3. Determine la fuerza resultante con respecto a la carga 𝑞2.
4. Considere tres cargas puntuales en las esquinas de un triángulo,
como se muestra en la figura, donde 𝑞1 = 6,00x10−9C, 𝑞2 = -
2,00x10−9C y 𝑞3 = 5,00x10−9C. Encuentre la fuerza resultante
sobre q3, en términos de las componentes y también en términos de
magnitud y dirección.
5. Una pequeña esfera de masa m = 7,50 g y de carga 𝑞1 = 32.0 nC se
adjunta al final de una cuerda y cuelga verticalmente como en la figura.
Una segunda carga de la misma masa y carga 𝑞2 = -58,0 nC se encuentra
por debajo de la primera a una distancia d = 2,00 cm por debajo de la
primera carga como en la figura. a) Determine la tensión en la cuerda. b) Si
la cuerda puede soportar una tensión máxima de 0,180 N, ¿cuál es el valor
más pequeño que d puede tener antes de que la cuerda se rompa?
