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Electrostática en vacío: Ley de Coulomb y Campo Eléctrico, Diapositivas de Electromagnetismo

Documento que presenta la ley de Coulomb y el campo eléctrico producido por cargas puntuales en el vacío. Se incluyen ecuaciones matemáticas y ejemplos de cálculo de potencial y campo eléctrico utilizando Matlab.

Tipo: Diapositivas

2021/2022

Subido el 09/10/2022

carlos-felix-garay-haro
carlos-felix-garay-haro 🇵🇪

5

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bg1
Electrostática en el vacío
Ley de Coulomb
Fuerza eléctrica entre dos cargas
puntuales q’ (fuente) sobre q
(campo) en reposo es:
𝐹 𝑞→𝑞 =𝑞𝑞′𝑅
4𝜋𝜀0𝑅2 𝑁.
𝜀0 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜
𝐸𝑛 𝑒𝑙 𝑆𝐼 𝑒𝑠 8.854×1012 𝐹/𝑚
𝑟𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑑𝑒𝑙𝑎𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒
Ԧ𝑟𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑑𝑒𝑙𝑎𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜
𝑅=Ԧ𝑟𝑟′𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎
𝑅=𝑅
𝑅𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff

Vista previa parcial del texto

¡Descarga Electrostática en vacío: Ley de Coulomb y Campo Eléctrico y más Diapositivas en PDF de Electromagnetismo solo en Docsity!

Electrostática en el vacío

Ley de Coulomb

Fuerza eléctrica entre dos cargas

puntuales q’ (fuente) sobre q

(campo) en reposo es:

𝑞′→𝑞

0

2

0

𝐸𝑛 𝑒𝑙 𝑆𝐼 𝑒𝑠 8. 854 × 10

− 12

𝑟

′ 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒

𝑟 Ԧ 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜

𝑅 = 𝑟Ԧ − 𝑟′ 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎

𝑅 =

𝑅

𝑅

𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜

Campo Eléctrico (V/m)

Definición de Campo eléctrico

Campo eléctrico producido por la

carga puntual q’

Principio de superposición

𝑗= 1

𝑛

𝑗

𝑗= 1

𝑛

𝑗

𝑗

0

3

𝐸 𝑟Ԧ = lim

𝑞→ 0

Ԧ 𝐹 𝑞′→𝑞

𝑞

𝐸 𝑟Ԧ =

𝑞′𝑅

4 𝜋𝜀 0

𝑅

2

=

𝑞′𝑅

4 𝜋𝜀 0

𝑅

3

Campo eléctrico con Matlab

Miguel Delgado León

Potencial y campo eléctrico de

una carga eléctrico de 10 mC

Potencial y campo eléctrico de

dos cargas eléctrico de 10 mC. y

  • 10 mC.

Ley de Gauss (L.G.)

La ley de Gauss establece:

𝑆

0

𝑣

𝑒𝑛𝑐 𝑆

0

Aplicando el teorema de la divergencia al lado

izquierdo de la ecuación:

𝑆

𝑣

Llegamos a la forma diferencial (puntual) de la ley de

Gauss

0

Simulación con Matlab para calcular el campo eléctrico

𝜌 𝑥′ = ቊ

𝜌 0

𝑃𝑎𝑟𝑎 − 𝑎 ≤ 𝑥′ ≤ 𝑎

0 𝑒𝑛 𝑜𝑡𝑟𝑜 𝑙𝑢𝑔𝑎𝑟

𝜌 𝑥′ = ቊ

−𝜌 0

𝑃𝑎𝑟𝑎 − 𝑎 ≤ 𝑥′ ≤ 0

𝜌 0

𝑃𝑎𝑟𝑎 0 ≤ 𝑥′ ≤ 𝑎

Determinación del campo eléctrico debido una carga eléctrica continua con densidad de carga

Volumétrica definida como sigue.

Simulación con Matlab de dos placas cargadas con carga positiva y negativa

Distribución del potencial y campo eléctrico producido por dos placas cargadas con

100 mC y - 100 mC

Potencial escalar o Electrostático V(r)

Relación entre el campo eléctrico y el potencial
Integrando desde el punto 1 hasta el punto 2
Se obtiene la diferencia de potencial. Si se
desea el potencial en el punto 2 debe escogerse
la referencia el punto 1 donde V 1 es cero.
Cuando la distribución de carga es finita
debe escogerse el punto de referencia 1 el
infinito
𝐸 𝑟Ԧ = −∇V( 𝑟Ԧ ൯

Cuando la distribución de carga es

infinita debe escogerse el punto de

referencia 1 diferente del infinito

El rotacional de un gradiente siempre es

cero. Puesto que el campo eléctrico es

un gradiente entonces

∇ × 𝐸 = 0

𝑑𝑉 = ∇𝑉 ∙ 𝑑 𝑟Ԧ

𝑑𝑉 = −𝐸 ∙ 𝑑 𝑟Ԧ

2

1

𝑟 2

𝑟 1

Campos Electrostáticos en medios conductores

El campo eléctrico dentro de un conductor es siempre

cero

La carga neta dentro de un conductor es cero

La relación entre el campo eléctrico en la superficie

del conductor y la densidad de carga superficial es:

El potencial en toda la región del conductor es

constante

𝐸

Ԧ ∙ 𝑛 ො =

𝜎

𝜀 0

Campo eléctrico uniforme que incide sobre un

conductor cilíndrico conectado a tierra simulado

con Matlab

Dipolo Eléctrico

Son dos cargas puntuales de signo opuesto cuya separación
es muy pequeña o el punto donde producen el potencial esta
muy distante.

1

2

1

2

El potencial producido por las cargas es:

0

1

0

2

2

1

0

1

2

Aproximando

2

1

1

2

2

Llegamos a:

0

2

0

3

Se define el momento dipolar eléctrico p como:
De manera que el potencial de un dipolo es:

0

3

0

2

El campo eléctrico de un dipolo:

0

3

También:

0

5

3

Potencial y campo eléctrico producido por un dipolo eléctrico

simulado con el programa Matlab