PROF. ING. ROALGHI J PREZ G

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA

REA DE TECNOLOGA DEPARTAMENTO DE FSICA Y MATEMTICA

FSICA

6.1.- Enfoque conceptual de la electrosttica.

Prof. Ing. Roalghi Prez.

Electrosttica Interacciones entre cargas elctricas en reposo.

Fenmenos de atraccin y repulsin.

Electromagnetismo Fenmenos electrostticos Ley de Coulomb

Fenmenos magnticos

Ecuaciones de Maxwell

Ley de Faraday

6.2.- Carga elctrica.

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Carga Propiedad intrnseca de algunas partculas subatmicas.

Fenmenos electromagnticos Atraccin y repulsin.

Carga-Campo elctrico Interaccin electromagntica Fuerza fundamental de la

naturaleza.

En el SI Coulomb (C)

, . ; =

, . = , .

Cantidad de carga que pasa por la seccin transversal de un conductor elctrico en un segundo, cuando la corriente elctrica es de un amperio.

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6.2.- Carga elctrica. Interacciones entre cargas:

CARGA ELCTRICA

Principio de conservacin de la carga:

La carga total de un sistema cerrado siempre se conserva: =

La carga est cuantizada:

La magnitud de la carga del electrn o del protn es la unidad natural de carga:

Cualquier carga q N. e ; N = nmero entero (+o)

Benjamin Franklin

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6.2.- Ley de Coulomb.

Propiedades de la fuerza electrosttica entre dos cargas puntuales:

Fuerza proporcional a las cargas: Fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de

separacin:

: =

(Ley de Coulomb: fuerza entre dos cargas puntuales)

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6.3.- Ley de Coulomb.

(Valida solo para cargas puntuales estacionarias) K: constante de proporcionalidad.

= 8,988. 1092

2=1

40

0 = =1

20= 8,854. 1012

2

2

Mas de dos cargas puntuales:

Principio de superposicin de fuerzas

=

(Suma vectorial de fuerzas individuales)

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6.4.- Campo elctrico producido por una carga puntual Unidades fsicas del campo elctrico (E).

Campo elctrico Fuerza por unidad de carga: Modifica las propiedades del espacio que lo rodea.

=

= (Fuerza por unidad de carga)

=

(Magnitud del campo elctrico generado por una carga puntual)

(Principio de superposicin de campos elctricos)

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6.4.- Campo elctrico producido por una carga puntual Unidades fsicas del campo elctrico (E).

Unidades del campo elctrico Sistema internacional Newtons por Coulomb

(N/C) ; Fuerza por unidad de carga.

Alternativamente: =

=

[][]

[]=

.=

( )

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6.5.- Lneas de campo elctrico (E).

Lneas de campo elctrico Representacin grfica de los campos elctricos.

Misma direccin que el vector campo elctrico.

(Las lneas de campo elctrico nunca se cruzan)

(El nmero de lneas por unidad de rea es proporcional a la magnitud del campo en ese punto)

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6.6.- Campo elctrico producido por una distribucin continua de cargas.

Distribuciones de carga:

Densidad lineal: =

; ( )

Carga distribuida sobre una lnea.

=

=

=

Carga de lnea infinita:

=

(Posee simetra cilndrica)

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Distribuciones de carga:

Densidad superficial: =

2 ; ( )

Carga distribuida sobre una superficie.

=

=

6.6.- Campo elctrico producido por una distribucin continua de cargas.

Carga distribuida sobre un plano infinito:

=

=

(Posee simetra especular)

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6.6.- Campo elctrico producido por una distribucin continua de cargas.

Distribuciones de carga:

Densidad volumtrica: =

3 ; ( )

Carga distribuida sobre un volumen.

=

=

=

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6.7.- Movimiento de partculas cargadas en un campo elctrico uniforme.

= Fuerza elctrica ejercida por un campo elctrico uniforme.

Aplicando la 2da Ley de Newton: = = ; =

(Si el campo elctrico es uniforme, la aceleracin es

constante)

0 = 0 ; 0 = 0 ; Despus de un tiempo (t): = 0 () ; = =

= 0 ; =1

22 ; =

=

; =

(Ecuacin de la trayectoria del electrn)

.

:

:

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6.8.- Flujo elctrico Ley de Gauss Simetras cartesianas y polares.

Flujo ( ) Propiedad de cualquier campo vectorial.

Nmero de lneas de fuerza que atraviesan una superficie.

= . ; :

= . ;

(Flujo elctrico para un campo elctrico uniforme a travs de una superficie plana)

=.

Unidades del flujo elctrico:

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6.8.- Flujo elctrico Ley de Gauss Simetras cartesianas y polares.

Variable. ; Parte de una superficie curva.

:

= ; = =

Integral de superficie de:

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6.8.- Flujo elctrico Ley de Gauss Simetras cartesianas y polares.

Ley de Gauss Relacin entre carga elctrica y campo elctrico.

=

(Campo elctrico en la superficie esfrica)

= . =

=

(Flujo elctrico total a travs de la esfera)

= ( )

= . =

Se sita una carga q en el centro de una superficie esfrica de radio (R):

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6.8.- Flujo elctrico Ley de Gauss Simetras cartesianas y polares.

Superficie no esfrica:

= =

(Flujo elctrico total para una superficie irregular)

= . =

= .

(Expresin general de la Ley de Gauss)

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6.8.- Flujo elctrico Ley de Gauss Simetras cartesianas y polares.

Ley de Gauss Sistemas con alto grado de simetra.

Simetra esfrica

Simetra cilndrica

(Rotacin alrededor del eje)

(Rotacin alrededor del eje y traslacin a lo largo del

mismo eje)

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6.9.- Conductores en equilibrio electrosttico.

Material conductor Permite el transporte de carga elctrica.

Equilibrio electrosttico No hay movimiento de cargas.

Campo elctrico (E) es nulo en el interior:

La superficie del conductor es equipotencial.

La carga se acumula en la superficie.

El campo elctrico est dirigido hacia afuera y es perpendicular a la superficie.

=

Plano infinito (rea roja)

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6.9.- Conductores en equilibrio electrosttico.

Campo elctrico (E) y potencial (V) en puntos dentro y fuera de una esfera conductora con

carga positiva.

=

= 0

(Superficie equipotencial)

(No se requiere trabajo para mover una carga de prueba (q0) del interior del conductor cargado a su superficie)