Campo eléctrico, Apuntes de Cálculo

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Tema 4

CAMPO ELÉCTRICO

Enrique Arribas Garde

1. Introducción
2. Carga eléctrica
3. Ley de Coulomb
4. Campo eléctrico y principio de superposición
5. Líneas de campo eléctrico
6. Flujo eléctrico
7. Ley de Gauss. Aplicaciones

EM1- CAMPO ELÉCTRICO

Gilbert (1540-1603) descubrió que la electrificación era un fenómeno de carácter general.

En 1729, Stephen Gray demuestra que la electricidad tiene existencia por sí misma y no es una propiedad impuesta al cuerpo por rozamiento.

Franklin (1706-1790) demuestra que existen dos tipos de electricidad a las que llamó positiva y negativa.

Coulomb (1736-1806) encontró la ley que expresa la fuerza que aparece entre cargas eléctricas.

1. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA

Es una magnitud fundamental de la Física, responsable de la interacción electromagnética.

En el S.I. La unidad de carga es el Culombio (C) que se 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.

Submúltiplos del Culombio

1 mC = 10-6^ C

1 nC = 10-9^ C

1 mC =10-3^ C

2. CARGA ELÉCTRICA

 Características de la carga

i) Dualidad de la carga: Todas las partículas cargadas pueden dividirse en positivas y negativas, de forma que las de un mismo signo se repelen mientras que las de signo contrario se atraen.

ii) Conservación de la carga: En cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado se conserva. Es decir, la suma algebraica de cargas positivas y negativas presente en cierto instante no varía.

iii) Cuantización de la carga: La carga eléctrica siempre se presenta como un múltiplo entero de una carga fundamental, que es la del electrón (e=1.6·10-19^ C).

Sombrero con toma de tierra, para

protegerse de los rayos

Triboelectricidad - Pizarra mágica

 Triboelectricidad: carga por frotamiento.

 El plástico atrae partículas de aluminio en polvo cuando se agita la pizarra.

 Con un pequeño punzón se hacen rayas en el polvo.

 Girando los mandos separamos el polvillo de aluminio de la pantalla.

 Expresión vectorial de la Ley de Coulomb

k: Constante de Coulomb, cuyo valor depende del sistema de unidades y del medio en el que trabajemos.

En el vacío S.I.^ k = 8.99 ·^10

(^9) N·m (^2) /C 2 C.G.S. k = 1 dyna cm^2 /u.e.e^2 1 C = 3 · 109 u.e.e.

q 1

q 2

X

Z

Y

r 1

 r 2



Para que haya interacción entre dos cargas eléctricas no es necesario que estén en contacto.

El intermediario de la fuerza mutua que aparece entre dos cargas eléctricas es el Campo Eléctrico.

La forma de determinar si en una cierta región del espacio existe un campo eléctrico, consiste en colocar en dicha región una carga de prueba, qo (carga positiva puntual) y comprobar la fuerza que experimenta.

4. CAMPO ELÉCTRICO. PRINCIPIO

DE SUPERPOSICIÓN

La fuerza eléctrica entre la carga q y la carga de prueba qo es repulsiva, y viene dada por

Se define la intensidad de campo eléctrico en un punto como la fuerza por unidad de carga positiva en ese punto. Se mide en N/C.

La dirección y sentido del campo eléctrico coincide con el de la fuerza eléctrica.

qo

Y

X

Z

q

F

r



II) Campo eléctrico creado por una distribución continua de carga en un punto P:

dq

P

r



Q

Dividimos la distribución total de carga en pequeños elementos diferenciales de carga, dq, de forma que el diferencial de campo eléctrico que crea cada una de ellas es

El campo eléctrico total para toda la distribución será

2 r

dq

E k u

r

 (^) 