Ya no nos queda mucho tiempo

Tiempo en movimiento(Intermedio)

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1UNIDAD 1: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMOPROFESORA: GABRIELA MATAMALA

Uno de los fenmenos naturales ms abundantes en la tierra son las tormentas elctricas. La descarga elctrica o chispa elctrica que llega a tierra recibe el nombre de rayo y la chispa que va de una nube a otra, se llama relmpago, aunque normalmente los dos son usados como sinnimos del mismo fenmeno.

Carga elctricaLos experimentos demuestran que existen dos tipos de cargas elctricas: positiva y negativa, denominadas as por el cientfico Benjamn Franklin (1706-1790)Hoy se sabe que el origen de la carga es el tomo. Un tomo est constituido bsicamente por protones, neutrones y electrones. Los protones poseen carga positiva y junto con los neutrones, sin carga elctrica, se encuentran en el ncleo del tomo. Los electrones poseen carga negativa y se mueven alrededor del ncleo. El tomo por naturaleza es elctricamente neutro, es decir, por cada electrn con carga negativa hay un protn con carga positiva.

PartculaCarga (c)Masa (kg)Electrn - 1,60bx 10-19 9,11 x 10-31 Protn 1,60bx 10-19 1,67 x 10-27 Neutrn 01,67 x 10-27

Propiedades de la carga elctrica

Conductores y aislantes La mayora de los materiales se clasifican de acuerdo a si son conductores o aislantes de las cargas elctricas. Si un material es conductor posee algunos electrones dbilmente ligados y estos se pueden mover con libertad dentro del material. Estos electrones reciben el nombre de electrones libres o electrones de conduccin. Ejemplo: metales. Un material es aislante o dielctrico cuando en sus tomos los electrones estn fuertemente ligados y por lo tanto, la carga se mueve con gran dificultad. Ejemplo vidrio, la goma, la porcelana, el plstico, etc. Los materiales que caen en una categora intermedia se denominan semiconductores. Los semiconductores son materiales cuya conductividad vara con la temperatura, pudiendo comportarse como conductores o aislantes. Para conseguir esto, se le introducen tomos de otros elementos en el semiconductor. A estos tomos se le llaman impurezas. Ejemplo: silicio y el germanio.

Mtodos de electrizacin. FROTACINCuando un objeto se frota con otro, se aproximan lo suficiente para que sus tomos interacten. Durante esta aproximacin uno de los objetos ceder electrones y el otro las captara. As, mediante este procedimiento quedaran con cargas elctricas opuestas.

En los slidos son los electrones los que se transfieren, debido a que los ncleos estn en posicin relativamente fijas y los electrones estn fuertemente ligados al ncleo. En el caso de los gases y lquidos, el movimiento puede ser tanto de iones positivos como negativos.

Mtodo de electrizacin. POR CONTACTOLa electrizacin por contacto o conduccin se produce cuando un cuerpo inicialmente electrizado, negativa o positivamente, toca a un cuerpo neutro, as, el contacto produce una transferencia de electrones. En esta electrizacin ambos cuerpos quedan cargados igualmente.

Mtodo de electrizacin. POR INDUCCIN En la electrizacin por induccin los cuerpos quedan con cargas opuestas.

POLARIZACINUna propiedad de los materiales aislantes es que pueden experimentar un proceso equivalente a la carga por induccin .Se dice que un cuerpo tiene la carga elctrica polarizada cuando la carga negativa est en un extremo y en el otro est la carga positiva. Se produce por el desplazamiento de los electrones.Fuente: windows.ucar.edu/earth/

13PNDULO ELCTRICOAl acercar un cuerpo cargado elctricamente a un pndulo cuyo estado de carga es neutro, el cuerpo polariza al pndulo, produciendo atraccin entre ambos cuerpos. Si la varilla toca la esfera observaras en seguida una repulsin. Instrumentos tales como el pndulo elctrico, que permiten acusar el estado elctrico de los cuerpos se llaman Electroscopios.

Fuente: kalipedia.com

14ELECTROSCOPIO DE HOJUELASConsta fundamentalmente de una esfera metlica unida a un extremo de un vstago tambin metlico, en cuyo extremo se adosan dos finsimas laminillas metlicas.Electrizando la esfera por contacto con un cuerpo en estado elctrico (cargado), ste es transmitido por el vstago metlico a las hojuelas, las que entonces se separan porque adquieren estado elctrico de la misma clase.Fuente: upload.wikimedia.org

15 Un cuerpo est cargado negativamente cuando tiene

I. cierto nmero de electrones libres.II. dficit de electrones.III. exceso de electrones.

A) Slo IB) Slo IIC) Slo IIID) Slo I y IIE) Slo I Y III

EJERCICIO N 116Se tiene un electroscopio cargado negativamente, producto de lo cual se produce una pequea separacin de las hojas. Si ahora se aproxima una esfera con carga negativa a la esfera metlica del electroscopio, como muestra la figura, se espera que las hojas del electroscopio

A) se separen an ms.B) se acerquen.C) permanezcan igual.D) se carguen positivamente.E) se neutralicen.

EJERCICIO N 217Una barra aislante P, electrizada positivamente, se coloca en las proximidades de una barra metlica B (fija), no electrizada. La esfera conductora E, tambin descargada, est suspendida por un hilo aislante, prxima al otro extremo de la barra. Se puede afirmar que I. la barra B se polariza.II. la esfera E se polariza.III. la barra B y la esfera E se atraen.

A) Slo IB) Slo IIC) Slo IIID) Slo I y IIE) I, II y III

EJERCICIO N 318Al poner en contacto dos cuerpos, uno cargado positivamente y otro neutro, se espera que

A) ambos cuerpos queden cargados positivamente.B) un cuerpo quede positivo y el otro negativo.C) ambos cuerpos queden cargados negativamente.D) ambos queden neutros.E) que los cuerpos mantengan su estado elctrico.

EJERCICIO N 419Enunciado de la Ley de CoulombLa fuerza ejercida por una carga puntual sobre otra est dirigida a lo largo de la lnea que las une. Es repulsiva si las cargas tienen el mismo signo y atractiva si tienen signos opuestos. La fuerza vara inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas y es proporcional al valor de cada una de ellas.3. LEY DE COULOMBExpresin vectorial de la Ley de Coulomb

k: Constante de Coulomb, cuyo valor depende del sistema de unidades y del medio en el que trabajemos.En el vacoS.I. k = 9109 N m2/C2C.G.S. k = 1 dyna cm2/u.e.e21 C = 3109 u.e.e.q1q2XZY

La interaccin entre cargas elctricas no se produce de manera instantnea. El intermediario de la fuerza mutua que aparece entre dos cargas elctricas es el Campo Elctrico.4. CAMPO ELCTRICO. PRINCIPIO DE SUPERPOSICINFue Michael Faraday quien introdujo la nocin de campo en la fsica para poder explicar la interaccin a distancia que ocurre entre cuerpos La forma de determinar si en una cierta regin del espacio existe un campo elctrico, consiste en colocar en dicha regin una carga de prueba, qo (carga positiva puntual) y comprobar la fuerza que experimenta.La fuerza elctrica entre la carga q y la carga de prueba qo es repulsiva, y viene dada por

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

La direccin y sentido del campo elctrico coincide con el de la fuerza elctrica.qoYXZq

Las lneas de campo se dibujan de forma que el vector sea tangente a ellas en cada punto. Adems su sentido debe coincidir con el de dicho vector.

Reglas para dibujar las lneas de campoLas lneas salen de las cargas positivas y entran en las negativas.El nmero de lneas que entran o salen es proporcional al valor de la carga.Las lneas se dibujan simtricamente.Las lneas empiezan o terminan slo en las cargas puntuales.La densidad de lneas es proporcional al valor del campo elctrico.Nunca pueden cortarse dos lneas de campo.5. LNEAS DE CAMPO ELCTRICOEJEMPLOS DE LNEAS DE CAMPO ELCTRICO

Carga puntualDos cargas iguales

Dipolo elctricoQ(-)=2Q(+)Ms ejemplosUnidades de V [V] = [U] / [q]. En el S.I. [V] = Joules/ Coulomb = Volt. Por lo tanto 1 Volt = 1 J/C.Si se conoce el Potencial en un punto P, entonces una carga q ubicada en dicho punto tendr una energa potencial que se obtiene despejando U de

U= (K Q q)/r

Luego:U=q V

Potencial en un punto P debido a carga puntual Q.Si dividimos ambos lados de U= (K Q q)/r por q resulta: U/q= KQ/r, por lo tanto el potencial V en un punto P a una distancia r de Q viene dado por:

V= K Q/r

Naturaleza del Potencial.Dado que V corresponde a energa por unidad de carga, el Potencial Elctrico es de naturaleza escalar.Principio de superposicin para el Potencial.

Este principio se traduce en que el Potencial neto en un punto P debido a un conjunto de cargas se obtiene sumando los potenciales de cada carga El Condensador plano.

Un condensador es un dispositivo que almacena carga elctrica. El de tipo plano consiste en 2 placas paralelas de la misma rea que almacena carga de distinto signo y adems estn separadas una cierta distancia. La figura bosqueja a un condensador plano.

Ambas placas tiene igual rea A. La placa superior de la figura tiene distribuida una carga total positiva +Q y la inferior una carga del mismo monto pero negativa - Q. La separacin entre ambas placas es d y la regin entre ellas la consideraremos al vaco.

Capacidad de un condensador plano (C).

La capacidad de un condensador es directamente proporcional al rea e inversamente proporcional a la distancia entre sus placas. La constante de proporcionalidad la denominaremos 0 la que corresponde a cierta caracterstica del vaco. Por lo tanto la capacidad se expresa como:C= 0 (A/d)

La constante 0 (lase Epsilon cero) tiene un valor numrico dado por: 0 = 1/4K

En esta expresin K es la constante de la Ley de Coulomb.

Unidades de Capacidad.

Cuando A, d y K se miden en las unidades del SI, la capacidad se mide en Faraday (F). Se suelen utilizar submltiplos del Faraday: 1 mili Faraday = 1mF = 10-3 F. 1 micro Faraday = 1 F = 10-6 F.

El smbolo para un condensador de placas se indica en la figura:

CCampo Elctrico y Potencial en el Condensador.Si la distancia entre las placas del condensador es pequea comparada con la raz cuadrada del rea, el campo elctrico (E) que se establece es aproximadamente uniforme y apunta en direccin perpendicular a las placas desde la positiva a la negativa.

El Potencial Elctrico entre las placas o diferencia de Potencial Elctrico (V) es directamente proporcional a la carga (Q) e inversamente proporcional a la capacidad (C). Por lo tanto: V= Q/C

El Campo Elctrico (E) es directamente proporcional a V e inversamente proporcional a d, por lo tanto:E= V/d

EJERCICIOS PSU1.- La energa potencial elctrica de una carga puntual q en un punto P del campo generado por otra carga puntual Q posicionada en el punto A es de mil Joules, cuyo significado es que A) El trabajo que realiza un agente externo en llevar la carga Q desde el punto P hasta el punto A es de 1000 J.B) El trabajo que realiza el campo elctrico sobre q cuando va desde el punto P hasta el infinito es de 1000 J.C) El trabajo que realiza el campo elctrico de Q cuando q se trae desde el infinito hasta el punto P es de 1000 J.D) El trabajo que realiza un agente externo en llevar la larga q desde P hasta el infinito es de 1000 J.E) El trabajo que realiza un agente externo en traer la carga q desde el infinito hasta el punto P es de 1000 J.

Una esfera metlica T aislada elctricamente, tiene distribuida en su superficie una carga positiva Q. Otra esfera U idntica a T (igual radio e igual material) y descargada, se coloca en contacto con T, luego de lo cual se separan. Despus, U se contacta con otra esfera idntica S, tambin descargada, y luego se separa de ella. Finalmente, S se contacta con T, luego de lo cual se separan. Con qu carga final queda la esfera T? A) Q / 3 B) 3 Q / 8 C) Q / 2 D) 3 Q / 4 E) 2 Q / 3

cConocimiento AConocimiento