Ficha N 3

UdelaR Facultad de CienciasCurso de Fsica II p/Lic. Fsica y MatemticaCurso 2010

CARGA ELCTRICA, LEY DE COULOMB Y CAMPO ELCTRICO1- Conceptos fundamentalesCarga elctrica (q)- Existen dos clases de carga elctrica, llamadas positiva y negativa. La unidad de la magnitud carga elctrica (q) en el SI es el Coulomb (C).

Cuantizacin- La carga elctrica est cuantizada, siempre se presenta por mltiplos enteros de la unidad fundamental de carga elctrica e. La carga del electrn es e y la del protn +e.

Magnitud: e =1,60217648710-19 CPara cualquier cuerpo q = Ne, siendo N un nmero entero.Principio de conservacin de la carga elctrica: la carga se conserva, ni se crea ni se destruye, slo se transfiere.

Conductores y aislantes- En los conductores, aproximadamente un electrn por tomo posee libertad de movimiento en todo el material, en los aislantes todos los electrones estn ligados a los tomos prximos. Como modelo ideal, un conductor tiene un nmero infinito de portadores de carga, los cuales se pueden mover muy fcilmente.Ley de Coulomb: Fuerza ejercida por una carga q1 sobre otra q2 en condiciones estacionarias:

k constante de Coulomb

8,987551787109 Nm2/C20 = 8,85418781710-12 C2/(Nm2) (permitividad del vaco)r1,2 = r2 r1 Principio de superposicin- Supondremos que se cumple el principio de superposicin: la fuerza que ejerce sobre una carga debido a un conjunto de cargas, es igual a la suma de las fuerzas individuales: F1 = F2,1 + F3,1 + + FN,1 Campo elctrico (E)- El campo elctrico debido a un sistema de cargas en un punto se define como la fuerza neta de origen coulombiano ejercida por aquellas cargas sobre una carga testigo positiva q0, dividida por q0 (q0 se supone tan pequea que no provoca la redistribucin de las dems cargas)

Campo elctrico debido a una carga puntual:

Campo debido a un sistema de cargas puntuales:

Dipolo elctrico (p): sistema de dos cargas iguales pero opuestas, separadas por una pequea distancia, su momento bipolar p vale: p = qL , L apunta de la carga negativa a la positiva. El campo elctrico que crea un dipolo para grandes distancias, es proporcional al momento bipolar p y disminuyo con el cubo de la distancia.

Dipolo (p) en un campo elctrico uniforme E:

La fuerza neta que acta sobre el dipolo vale cero.Torque () sobre el dipolo

Energa potencial (U) del dipolo:

Campo elctrico de distribuciones de carga continua

donde

dq = dV para una carga distribuida en un determinado volumen, con densidad de carga volumtrica dq = dA para una carga distribuida en una determinada superficie, con densidad de carga superficial

dq = dL para una carga distribuida a lo largo de una lnea, con densidad de carga lineal

es el versor que apunta desde el elemento dq al punto P donde se va a calcular el campo y r, la distancia entre los mismos.Ejemplos resueltos

1.- Lnea de carga- Densidad de carga uniforme

a) Sobre el eje de la lnea

b) Sobre un punto cualquiera

Si la lnea de carga es infinita (campo a una distancia R): Si es finito, y P est en la bisectriz de la lnea:

2.- Anillo de carga- Densidad de carga uniforme, con carga total Q, radio a y calculado sobre el eje.

3.- E en el eje de un disco uniformemente cargado- Radio R y carga total Q.

Usando el resultado del anillo:

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