Efecto de Joule, Guías, Proyectos, Investigaciones de Física

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ELECTROSTATICA

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MAGNETISMO

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C O N T E N I D O :

**- CARGA ELECTRICA

• FUERZA ELECTRICA
• CAMPO ELECTRICO
• POTENCIAL ELECTRICO**

- CONDENSADORES Y DIELECTRICOS

- CORRIENTE ELECTRICA

- CAMPO MAGNETICO

- INDUCCION ELECTROMAGNETICA

• EXAMENES

Lic. HUMBERTO LEYVA NAVEROS

ELECTROSTÁTICA

Y

MAGNETISMO

CONTENIDO:

♦ CARGA ELÉCTRICA

♦ FUERZA ELÉCTRICA

♦ CAMPO ELÉCTRICO

♦ POTENCIAL ELÉCTRICO

♦ CONDENSADORES Y DIELÉCTRICOS

♦ CORRIENTE ELÉCTRICA

♦ CAMPO MAGNÉTICO

♦ INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

♦ PROBLEMAS ADICIONALES

♦ EXÁMENES

Lie. HUMBERTO LEYVA NAVEROS

presentacióny disposición en conjunto de ECTRÚSTÁTICA Y MAGNETISMO i propiedad del autor

Prohibida la reproducción to ta l o p a r c ia l de esta obra por cualquier medio, sin la a u to riz a c ió n escrita del editor Dec. Leg. 822

Certificado de Depósito Legal N" : / 5013599- I S B N : 9 9 7 2 -9 1 1 9 -0 - X

- cera Edición: 2003

PEDIDOS AL POR MAYOR stnbukbra. Imprenta ■BdHorítl •Librería MOSHERA S.R.L. r. Tacna 2975 - Sao Martín de Porres Telefax: 567- mwl: editor!almoshera@ hotmaU.com

preso en los talleres Gráficos de: ribu¡dora - Imprenta - Editorial - Librería

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Impreso en ri Perú - Printed in Perú

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INTRODUCCIÓN

T P l contenido de este libro, comprende un curso básico JLj sobre la teoría Electromagnética.

En su primera parte (Electrostática), se estudia los fenóm enos relacionados con la carga en reposo, (fuerza, campo, potencial, condensadores y dieléctricos).

En la segunda parte (Magnetismo) se estudian los efectos que produce la carga en movimiento (Corriente eléctrica, campo magnético, inducción electromagnética).

En total hay 493 problemas resueltos y 207 problemas propuestos con su respectiva respuesta.

Se da un conjunto de catorce exámenes de teoría, práctica y laboratorio, cuya respuesta se presenta en cinco alternativas.

A l fin a l se tienen tablas de coordenadas cartesianas, polares, cilindricas y esféricas; funciones trigonométricas, desarrollo en serie y por último derivadas e integrales.

El autor.

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Contenido

• l Carga Eléctrica Introducción
• II. Fuerza Eléctrica
• III. Campo Eléctrico
• IV. Potencial Eléctrico
  • V. Condensadores y Dieléctricos
  • VI. Corriente Eléctrica
  • VII. Campo Magnético
  • VIII. Inducción Electromagnética
  • IX. Problemas Adicionales :Resueltos y propuestos
    • Bibliografía Exámenes

HUMBERTO LEYVA MAVEROS

Los transportadores de la carga en los metales son los electrones libres.

Debe entenderse como carga neta, al exceso de carga, es decir, un cuerpo puede tener carga positiva y negativa; la suma algebraica de la carga da el valor de la carga.

Ejemplo:

FIG.l. CARGA NETA Un cuerpo que tiene carga neta diferente de cero, se llama comúnmente ión. En el experi mento del Efecto de Hall, se comprueba que la carga negativa y positiva se desplazan.

Las unidades de la carga en el sistema CGS es: u.e.s (unidades elestrotática de carga) y en el sistema MKS es: Coulomb (c).

1 C = 3 x 109 u e s

La invariabilidad relativista, significa que la carga eléctrica es independiente del sistema de referencia desde el que se mide, lo que significa que una partícula cargada es independiente de la velocidad.

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FISICA III TEORIA Y PROBLEMAS RESUELTOS

1. 1.-PROC1SO PE CARGAR UM CUERPO.-

Existen tres procesos, para cargar un cuerpo:

a) Por Frotamiento.- Cuando la ebonita y la lana se ponen^contacto por frotamiento, hay un paso espontánea de electrones de la lana a la ebonita, ésta adquiere, por lo tanto, un exceso de electrones y resulta cargada negativamente, mientras que la lana que ha perdido electrones se carga positivamente, fig.2.

Las características de este proceso son:

-Los cuerpos inicialmente se encuentran neutros (carga neta nula).

-Hay transmisión de carga.

-No hay creación de carga eléctrica.

-La cantidad de carga es la misma en ambos cuerpos, pero de signo opuesto, al final del proceso.

h) Por Contacto. - En este caso uno de los cuerpos tiene que estar cargado, ya sea positivo o negativo.

o ©

Lana Varilla de vidrio Piel

Ebonita Seda Varilla de Teflón

3

FISICA III TEORIA Y PROBLEMAS RESUELTOS

Según las dimensiones del cuerpo que se considere, la carga eléctrica puede distribuirse, de tres maneras:

(a) DENSIDAD LINEAL DE CARGAS.- Cuando las dimensiones de longitud es muchísimo mayor que las otras dimensiones, entonces, se define la densidad lineal de carga;

FIG.

/' \ ; O-^ o' X. d Q L dx

(b) DENSIDAD SUPERFICIAL DE CARGA.- Se define cuando la superficie del cuerpo es predo minante y en ella se deposita la carga.

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HUMBERTO LETVA MA VEROS

FIG. 6

6 = Q

6 - dO ' dS

(c) DENSIDAD VOLUMETRICA DE CARGA. - Se define cuando la carga se distribuye en todo el volumen del cuerpo.

p _ Q V

P = dQ dV

6

HUMBERTO LEYVA NAVEROS

Q = 2na'

fTT/ ¡ sen29 de =

Q =ur0n2 a2 /

3.- Una esfera maciza dieléctrica de radio a, tiene una distribución de carga volumétrica __ = A/(1+ r) donde A es una constante. Halle la carga total.

SOLUCION. Por definición:

Q = !pdV = |/ 4irr2 dr

1+r

4 JTr¿rir

integrando: r° r" Q = 4TTA ( | rdr - i dr + Jo O Q = 4irA [a2/2 - a + Ln (1+a) ]

4.- Un anillo circular de radio a con una distribución lineal de carga X=( 1 + c o s q ) , como en la FIG. Hallar la carga total del anillo.

SOLUCION.-

Se tiene:

dQ = \dl

Q = i;\o(1+cose) (ade) =

FISICA III TSOKIA * PttQSS^H&S SESVfELTOS

integrando:

Q ** 2iaX,

5.- Dos partículas de cargas q x y q2 (positivas) están separadas por cierta distancia d. Supongan que se transfiere cierta cantidad de carga q para ctj y g2 de tal modo que las cargas resultantes son ( q ^ q) y (q2+ q). Para que valor de q. tendrá un valor máximo la fuerza de repulsión entre las partícu las?

HO LO C I O M. -

Sea ia figura que representa las condicio ne s del problema.

Hallamos la fuerza entre las cargas dadas.

F = K (qj-q) (q2+q)/d

Derivando F con respecto a rj, para hallar el w A x im o :

q * (qt ' i2)

6.- Qué carga Q adquiriría una esfera de cobre

• Je radío R * 10 o», si se consiguiera extraer de «.lia rodos los electrones de

B