LA CARGA ELÉCTRICA Y LA LEY COULOMB

CAPÍTULO I

Objetivos Específicos(Conceptuales,

procedimentales y actitudinales)

Contenidos-Con secuencia

lógica ypsicológica-

(Conceptuales, procedimentales y

actitudinales)

Estrategias Didácticas Estrategias de

EvaluaciónTécnicas

(aplica el docente)

Ac tividades

(del estudiante)

Recursos

(para lograr objetivos)

Actividades del es tudiante En horas(Presencial y a distancia)

1.1 Esta ble ce r la L ey deCoulomb para un

nú mero disc ret o de

cargas

1.2 Ap li car el pr in cipio desupe rpos ic ión p ara

distr ib uc ion es de

car gas d iscretas ycontinuas

1.3 Calcu lar la fu erza

eléctrica entre una

pa rtícula y un c uer pocon ca rga

distr ib uida

continuamente

1.1 Introducción

1.2 Cuantificación de

la Carga Eléctrica y Ley de

Conservación

1.3 Distribuciones de Carga

1.4 Ley de Coulomb

1.5 Principio de Superposic ión

1.6 Aplicaciones

InicioMotivac ión

Desarrollo• Exposición

dialogada

• Guía

práctica

en el aula

• Demostración

• Lluvia de

ideas

Final• Tareas

• Análisis de

casos

• Analiza el tema

• Participa en la discusión

• Participa en

trabajo grupal

• Realiza tarea en casa

• Atiende demostración

• Presenta resultados

• Investigac ión

• Hace síntesis final

• Proyector Multimedia• Computador

portátil• Tablero• Marcadores• Textos• Revistas

especializad.• Internet•Retroproyector• Filminas• Láminas

8 horas en c lases y 4 horas en casa

DiagnósticaAl inicio de la 7ª. Hora de clases

Formativa1ª. Prueba Parcial al final del capítulo III

Sumativa

PROGRAMACIÓN ANALÍTICA POR MÓDULOSMódulo Nº 1 Título LA CARGA ELÉCTRICA Y LA LEY DE COULOMB. Duración: 1.33 semanas (del 23 al 30 de marzo de 2010). Objetivos Terminales: Analizar las propiedades fundamentales de la carga eléctrica y las interacciones electrostáticas entre partículas cargadas utilizando la Ley de Coulomb

LA CARGA ELÉCTRICA Y LA LEY COULOMB

Introducción. ¿Qué es la materia?Introducción. ¿Qué es la materia? El electrónEl electrón ¿Qué es un átomo?¿Qué es un átomo? La carga eléctricaLa carga eléctrica Aislantes y conductoresAislantes y conductores Cuantificación de la carga eléctricaCuantificación de la carga eléctrica Redistribución de cargasRedistribución de cargas El Electroscopio de Hoja de OroEl Electroscopio de Hoja de Oro Carga por inducciónCarga por inducción Ley de Conservación de la Carga. Configuraciones Estándar Ley de Conservación de la Carga. Configuraciones Estándar Ley de CoulombLey de Coulomb Principio de Superposición y la Ley de CoulombPrincipio de Superposición y la Ley de Coulomb

Introducción. ¿Qué es la Materia?

¿Qué es la materia?

La palabra materia deriva del latín mater, madre. A diferencia de lo que se nos ha dicho tradicionalmente, las características esenciales de la materia son:1.No se crea ni se destruye. 2.Se encuentra en constante movimiento y transformación.3.Existe en el tiempo y en el espacio.4.Existe fuera e independientemente de nuestra conciencia.

Cualquiera que sea su forma, la materia está constituida por las mismas entidades básicas, los átomos. Las partículas portadoras de carga eléctrica son:a.- Cargas positivas: PROTONES b.- Cargas negativas: ELECTRONES

El electrónEl electrón

• Un Un objeto que tiene un objeto que tiene un exceso de electrones exceso de electrones está está cargado cargado negativamentenegativamente..

• Un objeto que tiene una Un objeto que tiene una deficiencia de electronesdeficiencia de electrones está cargado está cargado positivamentepositivamente. .

El Electrón, es un tipo de partícula elemental de carga negativa que forma parte de la familia de los leptones y que, junto con los protones y los neutrones, forma los átomos y las moléculas. Los electrones están presentes en todos los átomos y cuando son arrancados del átomo se llaman electrones libres.

¿Qué es un átomo?

Un átomo puede tener carga eléctrica positiva o negativa. Un átomo eléctricamente neutro tiene el mismo número de protones que de electrones. Todo cuerpo material contiene gran número de átomos y su carga global es nula salvo si ha perdido o captado electrones, en cuyo caso posee carga neta positiva o negativa, respectivamente. Sin embargo, un cuerpo, aunque sea eléctricamente neutro, puede tener cargas eléctricas positivas en ciertas zonas y cargas negativas en otras.

En todo proceso, físico o químico, la carga total de un sistema de partículas se conserva. Es lo que se conoce como principio de conservación de la carga.

La carga eléctricaLa carga eléctrica

Primera ley de la electrostática:Primera ley de la electrostática:Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen.contrario se atraen.

Existe una Existe una fuerza de repulsión fuerza de repulsión entre dos sustancias que están entre dos sustancias que están electrificadas de la electrificadas de la misma maneramisma manera, o sea, que poseen cargas iguales. , o sea, que poseen cargas iguales.

Las cargas eléctricas del mismo tipo interaccionan repeliéndose y las cargas de distinto tipo interaccionan atrayéndose. La magnitud de esta interacción viene dada por la ley de Coulomb.

Aislantes y conductoresAislantes y conductores

• Un Un conductorconductor en un material a través del cual se en un material a través del cual se transfiere transfiere fácilmente fácilmente la carga, debido a que presenta poca oposición la carga, debido a que presenta poca oposición al flujo de la corriente eléctrica.al flujo de la corriente eléctrica.

• Ejemplo: los metales (cobre, oro, plata, hierro, etc.)Ejemplo: los metales (cobre, oro, plata, hierro, etc.)

• Un Un aislante aislante es un material que se resiste fuertemente al es un material que se resiste fuertemente al flujo de la carga eléctrica.flujo de la carga eléctrica.

• Ejemplo: plástico, papel, madera, mica, polietileno, etc.Ejemplo: plástico, papel, madera, mica, polietileno, etc.

• Un Un semiconductorsemiconductor es un material con capacidad intermedia es un material con capacidad intermedia para transportar carga eléctrica.para transportar carga eléctrica.

• Ejemplo: silicio y germanio.Ejemplo: silicio y germanio.

Interacciones de dos cargas

Considérese una carga Q fija en una determinada posición . Si se coloca otra carga q en un punto P1, a cierta distancia de Q, aparecerá una fuerza eléctrica actuando sobre q.

Cuantificación de la carga eléctrica

La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e. A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3,

aunque no se han podido observar libres en la naturaleza.

En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina coulombio (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio, y se corresponde con la carga de 6,24 × 1018 electrones aproximadamente.

Redistribución de cargaRedistribución de carga

• Cuando una Cuando una barra cargadabarra cargada se se acerca a una acerca a una esfera de médula de esfera de médula de saucosauco existe una existe una atracciónatracción inicial. inicial.

• En este proceso no se gana ni En este proceso no se gana ni pierde carga, sólo se redistribuye pierde carga, sólo se redistribuye la carga del cuerpo neutro. la carga del cuerpo neutro.

El electroscopio de hoja de oroEl electroscopio de hoja de oro

Carga por inducciónCarga por inducción

Carga por inducción:Carga por inducción:La La redistribución de cargaredistribución de carga se debe a la presencia cercana de un se debe a la presencia cercana de un objeto cargado.objeto cargado.

La carga por inducción se puede realizar La carga por inducción se puede realizar sin la pérdida de carga sin la pérdida de carga del cuerpo cargado. del cuerpo cargado.

Ley de Conservación de la Carga

Principio de conservación de la carga

En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva.En un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera y sólo hay una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.

Configuraciones estándar de CARGA ELÉCTRICA

En la naturaleza existen dos

tipos de carga

 

 POSITIVA

+

 

 NEGATIVA

---

Las Cargas iguales se repelen

 

.

La Carga Positiva reside

en los Protones

La Carga Negativa reside en los Electrones

Es la Unidad Natural de Carga Eléctrica y la menor Cantidad que puede existir.

En la naturaleza existen dos tipos de carga

Ley de CoulombLey de Coulomb

Ley de CoulombLey de Coulomb

La fuerza de atracción o de repulsión La fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas puntuales es entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al directamente proporcional al producto producto de las dos cargas de las dos cargas e inversamente e inversamente proporcional al cuadrado de laproporcional al cuadrado de ladistancia que las separadistancia que las separa. .

2

21

r

qkqF 2

21

r

qkqF

UnUn coulomb coulomb es la carga transferida es la carga transferida en un segundoen un segundo a través de a través de cualquier sección transversal de un conductor, mediante una cualquier sección transversal de un conductor, mediante una corriente constante de corriente constante de un ampereun ampere..

1 C = 6.25 x 1018 electrones1 C = 6.25 x 1018 electrones

k = 1 = 9 x 109 N·m2/C2

4ᴨϵₒ

k = 1 = 9 x 109 N·m2/C2

4ᴨϵₒ

La expresión matemática de la ley de Coulomb

• La ley de Coulomb o Fuerza de Coulomb establece el valor de una fuerza electrostática.

• Esta fuerza depende de las cargas enfrentadas y de la  distancia que hay entre ellas.

• El valor de la fuerza electrostática viene dada por la fórmula:

donde:F = fuerza electrostática que actúa sobre cada carga Q1 y Q2k = constante que depende del sistema de unidades y del medio en el cual se encuentran las cargas

r = distancia entre cargas.

k = 1 = 9 x 109 N·m2/C2

4ᴨϵₒ

k = 1 = 9 x 109 N·m2/C2

4ᴨϵₒ

PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN Y LA LEY DE COULOMB

Como ley básica adicional, no deducible de la ley de Coulomb, se

encuentra el Principio de Superposición:"La fuerza total ejercida sobre una carga eléctrica q por un conjunto de cargas discretas será igual a la suma vectorial de cada una de las fuerzas ejercidas por cada carga sobre la carga .”

Representación gráfica del principio de superposición

Conjuntamente, la Ley de Coulomb y el Principio de Superposición constituyen los pilares de la electrostática

Conceptos claveConceptos clave

• Electrostática Electrostática • ElectrónElectrón• El átomo El átomo • Carga eléctricaCarga eléctrica• Carga negativaCarga negativa• Carga positivaCarga positiva• IonIon• Carga inducidaCarga inducida

• Conductor Conductor • Aislante Aislante • Semiconductor Semiconductor • Ley de CoulombLey de Coulomb• CoulombCoulomb• MicrocoulombMicrocoulomb• ElectroscopioElectroscopio

Resumen de ecuaciones Resumen de ecuaciones

Fkqq

r

2

Fkqq

r

2

F

N m C qq

r

9 109 2 2

2

/ F

N m C qq

r

9 109 2 2

2

/

Primera ley de la electrostática:Primera ley de la electrostática:Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen.de signo contrario se atraen.

115. Figura 21.1 Experimentos de electrostática

116. Figura 21.7 Carga de una esfera metálica por inducción

COMPETENCIAS LOGRADAS

Al estudiar este capítulo los estudiantes han aprendido lo siguiente:

1.La naturaleza de la carga eléctrica y cómo sabemos que ésta se conserva.2.Cómo se cargan eléctricamente los objetos.3.Cómo usar la Ley de Coulomb para calcular la fuerza eléctrica entre cargas.4.La diferencia entre fuerza eléctrica y campo eléctrico.5.Cómo calcular el campo eléctrico generado por un conjunto de cargas discreto y por un conjunto de cargas contínuo.

MUCHAS GRACIAS

INICIEMOS LOS EJERCICIOS