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Definiciones
¿Qué es ELECTRICIDAD?
1. f. Fís. Propiedad fundamental de la materia que se
manifiesta por la atracción o repulsión entre sus partes,
originada por la existencia de electrones , con carga
negativa , o protones, con carga positiva.
2. f. Fís. Forma de energía basada en esta propiedad , que
puede manifestarse en reposo, como electricidad estática,
o en movimiento, como corriente eléctrica, y que da lugar a
luz, calor, campos magnéticos, etc.
3. f. Parte de la física que estudia los fenómenos eléctricos.
Electricidad estática.
1. f. Fís. La que aparece en un cuerpo cuando existen en él
cargas eléctricas en reposo.
Negativa.- La que adquiere el ámbar frotado con lana o piel.
Positiva.- La que adquiere el vidrio frotado con lana o piel.
¿Qué es una carga eléctrica?
• Cantidad de electricidad acumulada en un
cuerpo.
• Carga elemental:
La del electrón o la del protón 1,6x
C
Solamente pueden existir cargas positivas, negativas
y/o neutras (carga neta equilibrada)
Naturaleza discreta de la carga eléctrica Experimentos de electrostática: Dos barras de plástico frotadas con piel Dos barras de vidrio frotadas con seda Caso 1) Barras de plástico se repelen (ambas adquieren la misma carga) Barras de vidrio se repelen (ambas adquieren la misma carga) Caso 2) Barras de plástico y vidrio se atraen (tienen cargas opuestas) ¿Que es lo que ocurre con las barras? “Franklin designo a este tipo de cargas como negativa la que adquiere el plástico y positiva la que adquiere el vidrio” Para entender el fenómeno debemos encontrar el origen de esas “fuerzas” … analizaremos un átomo
Constituyentes de la materia Partícula Masa (k g) Carga (C) electrón 9.1x 10 -31^ -1.6x 10 - protón 1.67x 10 -27^ +1.6x 10 - neutrón 1.67x 10 -27^0 Z = número electrones = número protones A = número protones + neutrones Elemento Isótopo (^) Un átomo tiene el mismo número de Ión positivo : le faltan electrones Ión negativo: tiene electroneFsQ aFñsiacida IiIdos electrones que de protones es neutro ; Q Z qp Z qe 0 Q ne qe ELECTRÓ N
- ++^ + S Q em 20 . 12 n 1 - e qe
Carga eléctrica
Propiedades de la carga “signos”
Unidad de carga = el electrón
e= 1.602177x 10
C
repulsión
atracción Caso 2) Barras de plástico y vidrio se atraen (tienen cargas opuestas) Caso 1) Barras de plástico se repelen (ambas adquieren la misma carga) Barras de vidrio se repelen (ambas adquieren la misma carga)
Principio de Conservación de la carga
- (^) La carga ni se crea ni se destruye se transfiere
- (^) Entre átomos
- (^) Entre moléculas
- (^) Entre cuerpos La suma de todas las cargas de un sistema cerrado es constante
Resumen Propiedades de la carga:
- (^) La carga eléctrica está cuantificada y su unidad más elemental es la carga del electrón.
- (^) Existe dos tipos de carga: positiva y negativa.
- (^) La interacción electrostática entre cargas del mismo signo es repulsiva, mientras que la interacción entre cargas de signo opuesto es atractiva.
- (^) La carga eléctrica se conserva en cualquier proceso que tenga lugar en un sistema aislado.
- (^) La carga no se crea ni se destruye solo se transfiere: frotamiento, contacto e inducción.
Charles Agustin Coulomb,estudió las fuerzas de interacción epartículasntre con carga eléctrica. En el caso de cargas puntuales (cuerpos con carga eléctrica que son muy pequeños en comparación con la distancia que los separa) Coulomb encontró que: La fuerza eléctrica es proporcional a: 1 r 2 (Cuando se reduce la distancia entre las cargas puntuales, la fuerza eléctrica aumenta y cuando aumenta esta distancia la fuerza eléctrica disminuye) LEY DE COULOMB “La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales, es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”
La unidad SI para la carga eléctrica es el coulomb, denotado por C, y la constante de proporcionalidad tiene un valor de: k 8_._ 987551787 10 9 8_._ 988 10 9 9 10 9 N m 2 / C 2 Por lo general, en SI la constante suele escribirse como: 1 4 πƐ 0 k Por lo tanto, la ley de Coulomb se escribe como: 2 q 1 q 2 r F e k Ɛ 0 8.854 10 12 C 2 / N m dond^2 e: Permitividad del medio en el vacío 1
r
q 1 q 2
F
e
4 πƐ 0 Estrictamente, la Ley de Coulomb solo debe aplicarse a cargas puntuales en el vacío ya que si hay materia en el espacio que separa las cargas, la fuerza neta que actúa sobre cada carga se altera por que se inducen cargas en las moléculas del material que se interpone.
Por convención, en el curso usaremos*: 9 10 9 N m 2 / C 2 1 4 0 k La unidad de carga más fundamental es la magnitud de la carga de un electrón o de un protón, que se denota como :
e 1 , 602176462 10
19
C e 1 , 6 10
19
C
Un coulomb representa el negativo de la carga total de aproximadamente: 6 10 18 electrones LIMITACIONES DE LA LEY DE COULOMB
- (^) La expresión matemática solo es aplicable a cargas puntuales.
- (^) La fuerza no está definida para r = 0.
r j ˆ ˆ ˆ ˆ 2 2 2 1 1 x i y 1 x i y j r Y se debe cumplir que r 1 R r 2 Por lo tanto R r r 2 1
se
a
(^) La fuerza entre cargas puntuales está dirigida a lo largo de la línea que las une. (^) La fuerza varía inversamente proporcional con el cuadrado de la distanciaque los separa y es proporcional al producto de las carga s. La fuerza es repulsiva si las cargas son del mismo signo y atractiva si son de signo diferente. q 1 q 2 r 1 r 2 r 1 2 F 1 2 F 2 1 F 12
- r 2 = r 12 q 1 q 2 r 2 F e k
Ley de La ley de Coulomb describe^ Coulomb sólo la interacción de dos cargas puntuales, pero cuando dos cargas ejercen fuerzas eléctricas simultáneamente sobre una tercera carga, la fuerza total que actúa sobre esa carga es la suma vectorial de las fuerzas que cada una de las cargas ejercen individualmente sobre ella. Esta propiedad se conoce como el principio de superposición de fuerzas y es válido para cualquier número de cargas. “El principio de superposición de fuerzas permite aplicar la Ley de Coulomb a cualquier conjunto de cargas” La intensidad del campo creado por un número de cargas en un punto, es la suma de los campos originados individualmente por cada una de las cargas.
Ley de Coulomb y Campo Eléctrico Ley de Coulomb CARGAS PUNTUALES 1.Una carga de -3C se coloca a 100 mm de una carga de + 3 C. ¿Calcule la fuerza entre estas dos cargas? 2.Dos cargas q 1 = -8 C y q 2 = 12 C se colocan a 120 mm de distancia. ¿Cuál es la fuerza resultante si una tercera carga q 3 = - 4 camino entre las cargasC, se coloca a la mitad^ anteriores?del
- Tres cargas q 1 = + 4 x10-9^ C , q 2 =
- 6 x10-9^ C y q 3 = - 8 x10-9^ C, se arreglan como se muestra en la figura. ¿Cuál es la fuerza resultante sobre q 3 debido a las otras cargas? q 1 + 6 c m 10 cm 37 - ° - q 2 8 cm q 3
- Una cuenta metálica con carga q1 = +1.28 C está fija sobre un cable aislante que forma un ángulo de = 42.3° con respecto a la horizontal. Una segunda cuenta metálica con carga q2 = –5.06 C se desliza sin fricción sobre el alambre. A una distancia d = 0.380 m entre las dos cuentas metálicas, la fuerza neta sobre la segunda cuenta metálica es cero. ¿Cuál es la masa, m2, de la segunda cuenta?
