FMF024-Clase B7

2012-S1

*Electrostática

*Electrización

*Tipos de Electrización

*Fuerza Eléctrica (Ley de Coulomb)

*Intensidad de Campo Eléctrico

Electrización

Experiencias antiguas realizadas por los

Griegos , uno de ellos por ejemplo Tales de

Mileto (filósofo y matemático) observó que

un trozo de ámbar, después de ser frotado

con una piel de animal, adquiría la

propiedad de atraer cuerpos, como trozos

de paja y semillas.

Como la designación griega que corresponde al

ámbar es elektron, entonces se comenzó a

usar el termino eléctrico.

:

Modelo Eléctrico de la Materia

*La materia estaría constituida por dos tipos de partículas, que denominaremos Cargas. *Cuando estas partículas se encuentran en igual cantidad, el cuerpo esta Neutro. *Si ellas se encuentran en distinta cantidad, el cuerpo esta electrizado. *Las cargas del mismo tipo se repelen entre si y las de distinto tipo se atraen.

Carga Eléctrica*Es una magnitud fundamental de la física, responsable de la Interacción electromagnética, es, junto a la masa, una propiedad fundamental de la materia, que tiene su origen en la estructura atómica.*En el S.I. La unidad de carga es el Culombio o Coulomb  (C)

quese define como la cantidad de carga que fluye por un punto de un conductor en un segundo cuando la corriente en el mismo es de 1 A. o también como la cantidad de carga que a la distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerza de 9×109 N. Un culombio corresponde a 6,241 × 1018 electrones *La unidad más elemental de carga es el electrón, El valor de la carga eléctrica de un cuerpo, representada como q o Q, se mide según el número de electrones que posea en exceso o en defecto.

Tipos de Cargas

Positiva

Neutro

Cargas positivas = +5

Cargas negativas= -2

Carga total= +3

Cargas positivas = +2

Cargas negativas = -4

Carga total = -2

Cargas positivas =+3

Cargas negativas =-3

Carga total = 0

Negativo

Tipos de Electrización

1.- Frotamiento

2.- Contacto

3.- Inducción

FrotamientoProceso de desprendimiento de los electrones a consecuencia del frotamiento o rozamiento de cualquier raspador o trapo pasado por la superficie del material

Si frotamos un peine de plástico sobre un trozo de tela se intercambian la energía necesaria para que pase una pequeña fracción de electrones desde el peine a la tela, en el proceso, la tela se carga positivamente y la peineta negativamente, pues los electrones son sujetados con mas fuerza en el plástico que en la tela, por lo que este último tiene un exceso de electrones, entonces cuando acercamos el peine a unos trocitos de papel estos son atraídos lo que concluimos que ambos tiene carga diferente

Electrización por contacto.

Cuerpos Conductores:

A, electrizado y B Neutro.

+ + + + + + + + + + + + A B

Contacto y separación

+ + + + + + + + + + + +

A B

Parte de las cargas que posee inicialmente A, pasan al cuerpo B durante el contacto.

I.-¿Qué ocurre si el cuerpo B es más grande que A?

II-¿Qué ocurrirá si B es infinitamente grande en relación a A?

Electrización por contacto.

Contacto y separación

+ + + + + + + + + + + + A

B

+ + ++ + + + + +

+ + +A

B

Inducción.1º Escena. Hay un cuerpo conductor neutro.

2º Escena. Se aproxima por la izquierda un cuerpo electrizado (inductor).El cuerpo se polariza

3º Escena. Se conecta y desconecta a Tierra el cuerpo (por la derecha)

4º Escena. Se retira el cuerpo inductor. El cuerpo inicial queda electrizado.

Instrucción por pares (I)

Una esfera metálica, positivamente cargada se aproxima sin hacer contacto con la esfera de un electroscopio. ¿En cuál de las siguientes figuras se representa la configuración de las láminas del electroscopio y sus cargas, mientras la esfera no se aleja?

Instrucción por pares (I)Una esfera metálica, positivamente cargada se aproxima sin hacer contacto con la esfera de un electroscopio. ¿En cuál de las siguientes figuras se representa la configuración de las láminas del electroscopio y sus cargas, mientras la esfera no se aleja?

Instrucción por pares (II)Dos esferas metálicas muy livianas en contacto, cuelgan de hilos

aislantes en un ambiente seco, según muestra la figura . Una barra

metálica cargada positivamente (+) toca una de las esferas .Y luego se

aleja. Si las esferas estaban originalmente neutras, cual debe ser la

posición de las esferas, en el instante inmediatamente después de

alejarla

Instrucción por pares (II)Dos esferas metálicas muy livianas en contacto, cuelgan de hilos

aislantes en un ambiente seco, según muestra la figura . Una barra

metálica cargada positivamente (+) toca una de las esferas .Y luego se

aleja. Si las esferas estaban originalmente neutras, cual debe ser la

posición de las esferas, en el instante inmediatamente después de

alejarla

Fuerza Eléctrica ( Ley de Coulomb )

“La fuerza que ejercen entre si dos

cuerpos cargados eléctricamente,

es directamente proporcional al

producto de sus masas o cargas (Q1

y q2) , e inversamente proporcional

al cuadrado de la distancia que las

separa (r) Tal fuerza se aplica en los

respectivos centros de la cargas y

están dirigidas a largo de las líneas

que las une y depende de la

naturaleza del medio que les rodea

(constante electrostática)“ esto es:r

r

qkQrF

221)( =

Donde se destacan:k = Constante electrostática del vacío cuyo valor es

9x109 [Nm2/C2] o también, expresado en términos de la

permitividad del vacío ( ε0) como:

04

1

πε=k

Siendo siendo ε0 = 8,85 x 10-12 [C2 / Nm2] y r

es el vector unitario que indica la dirección y el sentido de la fuerza eléctrica.

Instrucción por pares I I I

Dos esferas conductoras están eléctricamente cargadas y a cierta distancia entre si. Al separarlas a una distancia 2,5 mayor que la anterior, una de ellas aumenta su carga en un 25 %. La fuerza de interacción entre ellas es ahora:

A) 5 veces la fuerza inicialB) 0,4 veces la fuerza inicialC) 0,1 veces la fuerza inicialD) 2,5 veces la fuerza inicialE) 0,2 veces la fuerza inicial

Instrucción por pares I I I

Dos esferas conductoras están eléctricamente cargadas y a cierta distancia entre si. Al separarlas a una distancia 2,5 mayor que la anterior, una de ellas aumenta su carga en un 25 %. La fuerza de interacción entre ellas es ahora:

A) 5 veces la fuerza inicialB) 0,4 veces la fuerza inicialC) 0,1 veces la fuerza inicialD) 2,5 veces la fuerza inicialE) 0,2 veces la fuerza inicial

Resp: E)

Principio de Superposición

Se ha comprobado –también

experimentalmente- que las fuerzas

eléctricas se comportan en forma

aditiva, es decir; la fuerza eléctrica

sobre una carga q, debida a un

conjunto de cargas es igual a la

suma de las fuerzas que , que cada

carga qi, ejerce separadamente sobre la

carga Q,es decir:

Fuerza Eléctrica y Campo EléctricoSea un punto P del espacio. Para dicho punto se Define la

Intensidad del Campo Eléctrico, (E) del

modo siguiente. Coloquemos en dicho punto una carga de prueba q0

+. Si Fe es la fuerza eléctrica que actúasobre ella (Debido a una carga eléctrica Q que existenen el espacio y que desconocemos), entonces: E =

Fq 0

+

Dirección y Sentido de la intensidad de campo Eléctrico

La dirección y el sentido esta determinado por la el de la fuerza

que actúa sobre la carga q0. En el caso de una carga puntual,

ésta es radial y depende del signo de ella a) si q1 es positiva b) si

q1 es negativa

Fuerza Eléctrica y Campo Eléctrico

Para entender lo anterior consideremos el siguiente ejemplo: Sea el punto P del espacio. ¿Cuál será la intensidad de Campo Eléctrico en dicho punto?

P

Fuerza Eléctrica y Campo Eléctrico

Coloquemos en P una carga q0+ = 0.1 C.

Supongamos que sobre ella actúa una fuerza eléctrica igual a Fe = 120 N. en la dirección...

P

q0+ = 0.1 C

Fuerza Eléctrica y Campo Eléctrico

Tenemos que E = 120 N / 0,1 C = 1200 N/C

En la misma dirección y sentido de Fe; es decir...

PF e =

120 N

q0+ = 0.1 C

Fuerza Eléctrica y Campo Eléctrico

Hemos calculado la intensidad de Campo Eléctrico (E); pero ¿qué significa?

P

q0+ = 0.1 Cb

E = 1200 N

/Cb

Significa que en el espacio existen otras cargas eléctricas que generan un campo Eléctrico en él.

Puede existir, por ejemplo una carga positiva Q, o bien....

Fuerza Eléctrica y Campo Eléctrico

PE =

1200 N/C

+Q

Una carga negativa, o una positiva y una negativa. O muchas cargas que producen el mismo efecto.

Fuerza Eléctrica y Campo Eléctrico

PE =

1200 N/C

+Q

-Q

+Q

Líneas de Campo y Algunas Configuraciones

Campo Eléctrico (debido a una carga puntual Q)

A una Distancia r de una carga eléctrica Q, la

intensidad de Campo Eléctrico (E) es, según la Ley de

Coulomb:r̂

rQ

q0+

q0

Fe

q0

= K Q

r2

E = K Q

r2

Fe = KQ q0

r2

r̂

r̂

r̂

Principio de Superposición

Al igual que la fuerza eléctrica, existe el principio de superposición, para campos eléctricos, que representa la forma de encontrar el valor de la intensidad equivalente o total del campo eléctrico en el punto P debido a varias cargas generadoras puntuales. definido como :

i

i

iN

iT r

r

QkrE

2

1

)( ∑=

=

Instrucción por pares IV

1.- En la figura de este problema Q1, y Q2 representan dos cargas puntiformes del mismo signo. Sabiendo que el vector campo eléctrico resultante producido por estas cargas en O es nulo, y r1= d y r2 =2d ,entonces la relación entre los valores de Q1 y Q2

A) Q 2 = 4Q1

B) Q2 = 9Q1

C) Q2 = 25Q1

D) Q2 = 16Q1

E) Q2 = 36Q1

Instrucción por pares IV

1.- En la figura de este problema Q1, y Q2 representan dos cargas puntiformes del mismo signo. Sabiendo que el vector campo eléctrico resultante producido por estas cargas en O es nulo, y r1= d y r2 =2d ,entonces la relación entre los valores de Q1 y Q2

A) Q 2 = 4Q1

B) Q2 = 9Q1

C) Q2 = 25Q1

D) Q2 = 16Q1

E) Q2 = 36Q1

Resp: A)