Física General II FISI 3002 Dr. Edwin Alfonso Sosa

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  • Fsica General II FISI 3002 Dr. Edwin Alfonso Sosa
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  • Cargas Elctricas y Campos Elctricos Primera Unidad
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  • Cargas Elctricas y Campos Elctricos Carga elctrica Carga elctrica Ley de Coulomb Ley de Coulomb Superposicin de Fuerzas Elctricas Superposicin de Fuerzas Elctricas El Campo elctrico El Campo elctrico Ley de Gauss Ley de Gauss El dipolo elctrico El dipolo elctrico
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  • Carga Elctrica 600 a.C.- Griegos descubren que al frotar el mbar rpidamente este atrae partculas pequeas. 600 a.C.- Griegos descubren que al frotar el mbar rpidamente este atrae partculas pequeas. Frotar el mbar es un ejemplo de cmo generar una carga electrosttica. Frotar el mbar es un ejemplo de cmo generar una carga electrosttica. La palabra griega equivalente a mbar es electron, y a partir de ah surge la palabra electricidad. La palabra griega equivalente a mbar es electron, y a partir de ah surge la palabra electricidad. La carga elctrica es una propiedad fundamental de la materia. e = 1.6 x 10 -19 La carga elctrica es una propiedad fundamental de la materia. e = 1.6 x 10 -19 Es la fuente de la fuerza elctrica. Es la fuente de la fuerza elctrica.
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  • Cargas Electrostticas La carga no se crea, solo se redistribuye. La carga no se crea, solo se redistribuye. Generador Electroesttico Van de Graaff
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  • Carga Elctrica Cont. Existen dos tipos de cargas. Existen dos tipos de cargas. Podemos nombrar a un tipo de carga positiva (+) y a la otra negativa (-). Podemos nombrar a un tipo de carga positiva (+) y a la otra negativa (-). Las cargas que son semejantes se repelen y las cargas diferentes se atraen. Las cargas que son semejantes se repelen y las cargas diferentes se atraen.
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  • Carga Elctrica Cont. En los slidos, las cargas mviles son los electrones negativos. Las cargas fijas son los ncleos de los tomos que tienen carga neta positiva. En los slidos, las cargas mviles son los electrones negativos. Las cargas fijas son los ncleos de los tomos que tienen carga neta positiva. Se necesita una fuerza, ya sea de friccin o un campo elctrico fuerte para desprender los electrones del ncleo del tomo. Se necesita una fuerza, ya sea de friccin o un campo elctrico fuerte para desprender los electrones del ncleo del tomo.
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  • Carga Elctrica Cont. Conductor-material por el cual la carga se mueve con facilidad. Conductor-material por el cual la carga se mueve con facilidad. Ex: metales Ex: metales Aislador-es aquel material por el que fluye la carga muy poco o nada. Aislador-es aquel material por el que fluye la carga muy poco o nada. Ex: madera, caucho, plsticos. Ex: madera, caucho, plsticos. Semiconductores-materiales que no son buenos conductores o aisladores. Semiconductores-materiales que no son buenos conductores o aisladores.
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  • Carga Elctrica Cont. Ley de conservacin de la carga Ley de conservacin de la carga Cantidad total de carga elctrica en el universo permanece constante. Cantidad total de carga elctrica en el universo permanece constante. No es posible crear ni destruir cargas aisladas. No es posible crear ni destruir cargas aisladas. Las cargas pueden crearse (y destruirse) slo en pares de igual magnitud y signo opuesto. Las cargas pueden crearse (y destruirse) slo en pares de igual magnitud y signo opuesto.
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  • Dos formas de generar cargas electroestticas Por Conduccin Por Conduccin Cargas un objeto neutral cuando lo tocas con un objeto que tiene una carga neta. Cargas un objeto neutral cuando lo tocas con un objeto que tiene una carga neta. Por induccin Por induccin Cargas un objeto neutral separando las cargas sin tocarlo. Cargas un objeto neutral separando las cargas sin tocarlo.
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  • coulomb C Un coulomb es la carga de 6.25 x 10 18 electrones. Un coulomb es la carga de 6.25 x 10 18 electrones. Corroboracin Corroboracin 6.25 x 10 18 electrones (1.6 x 10 -19 C/electrn) = 1 C
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  • Ley de Coulomb Describe y cuantifica la fuerza entre cargas electrostticas. Describe y cuantifica la fuerza entre cargas electrostticas. Primero: La fuerza electrosttica depende o es directamente proporcional al producto entre las cargas Primero: La fuerza electrosttica depende o es directamente proporcional al producto entre las cargas Unidad de carga es el coulomb (C) Unidad de carga es el coulomb (C)
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  • Ley de Coulomb Cont. Segundo: Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas. Segundo: Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas. Distancia en unidad de metros. Distancia en unidad de metros.
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  • Ley de Coulomb Cont. Finalizamos: Introducimos una constante de proporcionalidad. Finalizamos: Introducimos una constante de proporcionalidad. k = 8.898 x 10 9 N m 2 / C 2 k = 8.898 x 10 9 N m 2 / C 2 Fuerza en N apunta a lo largo de la lnea que une las dos cargas. Fuerza en N apunta a lo largo de la lnea que une las dos cargas.
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  • Ley de Coulomb Cont. Otra forma de expresarlo usando la permisividad del espacio libre Otra forma de expresarlo usando la permisividad del espacio libre 0 = 8.854 x 10 -12 C 2 /(N m 2 ) 0 = 8.854 x 10 -12 C 2 /(N m 2 )
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  • Comparemos la fuerza electroesttica versus la fuerza gravitacional El electrn con carga e = -1.602 x 10 -19 C se encuentra separado de otro electrn por una distancia de 0.5 x 10 9 m. Calcule la fuerza electrica. El electrn con carga e = -1.602 x 10 -19 C se encuentra separado de otro electrn por una distancia de 0.5 x 10 9 m. Calcule la fuerza electrica.
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  • Comparemos la fuerza electroesttica versus la fuerza gravitacional Utilizamos la Ley de Gravitacin Universal Utilizamos la Ley de Gravitacin Universal La masa del electrn es La masa del electrn es m e = 9.1 x 10 -31 Kg. m e = 9.1 x 10 -31 Kg.
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  • Comparemos la fuerza electroesttica versus la fuerza gravitacional La razn entre la magnitud de la fuerza electroesttica y la gravitacional es bien grande. La razn entre la magnitud de la fuerza electroesttica y la gravitacional es bien grande. F e >> F g F e >> F g
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  • La carga esta cuantificada La carga elctrica siempre ocurre en mltiplos de la carga elemental e. La carga elctrica siempre ocurre en mltiplos de la carga elemental e. e =1.602 x 10 -19 C e =1.602 x 10 -19 C Carga total = e + e + e + e = n x e Carga total = e + e + e + e = n x e La carga del protn es +e y la del electrn es e. La carga del protn es +e y la del electrn es e.
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  • Superposicin de Fuerzas Elctricas q1 + q2 + q3 F3F3 F 32 F 31 Las fuerza F 3 sobre la carga q 3 es el vector suma de las fuerzas debidas a q 1 y q 2, consideradas independientemente.
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  • Superposicin de Fuerzas Elctricas Principio de superposicin: Es posible determinar la fuerza neta sobre cualquiera de las cargas sumando las contribuciones individuales a la fuerza de cada una de las dems.
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  • Superposicin de Fuerzas Elctricas Cargas Cargas q 1 =+3.7C, q 1 =+3.7C, q 2 = -3.7C, q 2 = -3.7C, q 3 =+4.8 C, q 3 =+4.8 C, Distancia Distancia 3.0 x 10 -2 m 3.0 x 10 -2 m F3F3 F 32 F 31 q1 + q2 - + q3 60 x y
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  • Superposicin de Fuerzas Elctricas Magnitud de la fuerza
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  • Superposicin de Fuerzas Elctricas Los componentes verticales se cancelan (rojo) Los componentes verticales se cancelan (rojo) Componentes Horizontales son iguales en magnitud y direccin y se suman algebraicamente (azul) Componentes Horizontales son iguales en magnitud y direccin y se suman algebraicamente (azul) 60 F 32 F 32 cos 60 -F 32 sen 60 60 F 31 F 31 cos 60 F 31 sen 60 Direccin de la fuerza Fuerza Neta hacia la derecha
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  • Ejercicios Preguntas conceptuales: Pg. 520 Preguntas conceptuales: Pg. 520 16.2 Los camiones tanque de gasolina pueden cargarse electricamente cuando viajan. Por que ocurre esto y como puede prevenirse? 16.2 Los camiones tanque de gasolina pueden cargarse electricamente cuando viajan. Por que ocurre esto y como puede prevenirse? 16.12 Cuales son las consecuencias practicas de la observacion de que el campo electrico dentro de un conductor hueco es cero sin que importe cuanta carga electrica se ponga en su superficie exterior? Que implica lo anterior respecto a la seguridad de una persona dentro de un automovil durante una tormenta? 16.12 Cuales son las consecuencias practicas de la observacion de que el campo electrico dentro de un conductor hueco es cero sin que importe cuanta carga electrica se ponga en su superficie exterior? Que implica lo anterior respecto a la seguridad de una persona dentro de un automovil durante una tormenta? Problemas Problemas 16.1 Calcule la magnitud de la fuerza de repulsion entre un par de cargas iguales, cada una de un microcoulomb, separadas por una distancia de 1 cm. 16.1 Calcule la magnitud de la fuerza de repulsion entre un par de cargas iguales, cada una de un microcoulomb, separadas por una distancia de 1 cm. 16.3 Dos cargas iguales de 3.7 C se colocan a una distancia x de separacion. Cual debe ser el valor de x si la fuerza entre las cargas equivale a 4.0 x 10 -8 N? 16.