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¿Qué tanto dependemos de la electricidad?

AntecedentesAntecedentesAntecedentesAntecedentes Semana 1

¿De que tipo son las fuerzas que mantienen unidos a las partes

de un átomo?

¿De que tipo son las fuerzas que mantienen unidos entre si a

los átomos que conforman una molécula?

¿De que tipo son las fuerzas que mantienen unidos entre si a

las partes de una roca, de un ser humano, un edificio, un

pedazo de metal, etc?

¿A qué se le llama fuerza electrostática?

¿A qué se le llama fuerza magnética?

¿A qué se le llama fuerza electromagnética?

Tarea 1. ¿Cómo logra una araña mantenerse unida a una ventana de

vidrio?

Los antiguos griegos descubrieron, ya en 600 a.c. , que al frotar ámbar con lana, el ámbar atraía objetos. Hoy en día decimos que el ámbar ha adquirido una carga eléctrica. La palabra “ eléctrica ” deriva del griega elektron , que significa ámbar.

AntecedentesAntecedentesAntecedentesAntecedentes Semana 1

Plástico Piel

Las barras de plás- tico por si solas no se atraén ni se repe- len

En cambio, cuando ambas barras se frotan con piel, las barras se repelen entre si Seda Vidrio

entre si

Las barras de vidrio por si solas no se atraén ni se repelen

En cambio, luego de que ambas barras se frotan con seda, las barras se repelen entre si

¿Por que la piel atrae a la barra de plástico?

¿Por qué la seda atrae a la barra de vidrio?

Barra de plástico frotada con piel

Barra de vidrio frotada con seda

Ambas barras se atraen

Átomos e ionesÁtomos e ionesÁtomos e ionesÁtomos e iones

Cuando se carga la barra frotándola con piel o seda, no hay cambio visible alguno en la apariencia de la barra. ¿En consecuencia, qué es lo que en realidad sucede dentro del material?

Átomo Li neutro

Semana 1

La estructura de los átomos se puede describir en términos de tres partículas: electrón (-) , protón (+) y neutrón.

Ión Li+^ positivo Ión Li-^ negativo

MoléculasMoléculasMoléculasMoléculas

Los enlaces químicos que unen a las moléculas tienen su origen en las interacciones eléctricas que se dan entre los átomos. Por ejemplo los fuertes enlaces iónicos del NaCl, y los enlaces relativamente débiles entre las trenzas del ADN. Las fuerzas normales o de contacto también tienen su origen en fuerzas eléctricas entre átomos.

Molécula de Cafeína (^) Hemoglobina

Semana 1

Actividad 1Actividad 1Actividad 1Actividad 1

1.602 C

1. ¿Si la carga del electrón es 1.602 × 10-19^ C , ¿Cuantos electrones se requieren para tener una carga de un Coulomb?
   2. Por el filamento incandescente de una linterna de mano pasan aproximadamente 1019 electrones cada segundo, ¿Cuanta carga se transfiere a través del filamento cada segundo?

6.2441509 u 1018 e

3. ¿Cuantos electrones hay en una moneda de Cu de 3g de masa (A = 63.65 g/mol, Z = 29)?

Semana 1

Principio de conservación de la cargaPrincipio de conservación de la carga

Materiales conductores y aislantesMateriales conductores y aislantes

Principio de conservación de la cargaPrincipio de conservación de la carga

Materiales conductores y aislantesMateriales conductores y aislantes

La suma algebraica de todas las cargas eléctricas de cualquier sistema cerrado es constante.

Semana 1

Barra de plástico

Barra de vidrio

Alambre de cobre

Hilo de nailon

Bola de metal

Soporte de vidrio

Barra de plástico cargada

Aplicación: Impresora láserAplicación: Impresora láserAplicación: Impresora láserAplicación: Impresora láser Semana 1

1. Un alambre dispersa iones en el tambor, **dándole a éste una carga positiva

2. Un haz láser “escribe” sobre el tambor, dejando regiones con cargada negativa
3. Un rodillo deposita toner con carga positiva al tambor
4. El toner con carga positiva se adhiere al tambor, pero sólo en las regiones con carga negativa “escritas” por el láser.
5. Papel
6. Los alambres dispersan una gran cantidad de carga negativa sobre el papel para que el toner con carga positiva se le adhiera
7. Los rodillos del fusor calientan el papel y derriten el toner para que quede adherido de forma definitiva al papel
8. Una lámpara descarga el tambor, alistándolo para que inicie el proceso de nuevo**

Ley de CoulombLey de CoulombLey de CoulombLey de Coulomb Semana 1

Fibra de torsión

Esferas cargadas

Escala

Charles Augustin de Coulomb estudió en 1784 las fuerzas de interacción de las partículas con carga eléctrica, utilizando una balanza de torsión, sus resultados mostraron que la magnitud de la fuerza entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa, esto es:

Actividad 3Actividad 3Actividad 3Actividad 3

En el átomo de hidrógeno, el electrón está separado del protón por una distancia media de aproximadamente 5.3 u 10 -11^ m. ¿Cuál es el módulo de la fuerza electrostática ejercida por el protón sobre el electrón?

Comparada con las interacciones macroscópicas, esta fuerza es muy pequeña. Sin embargo, como la masa del electrón es también pequeña, esta fuerza produce una aceleración de

Semana 1

Actividad 4Actividad 4Actividad 4Actividad 4

¿Cuál sería el valor de la atracción gravitacional entre el electrón y el protón del caso anterior?

Comparada con las interacciones eléctricas, esta fuerza es muy pequeña, así en general estas fuerzas son omisibles.

Semana 1

Actividad 6Actividad 6Actividad 6Actividad 6

Dos cargas puntuales están situadas sobre el eje positivo de las x de un sistema de coordenadas. La carga q 1 = 1 nC está a 2 cm del origen, la carga q 2 = -3 nC está a 4 cm del origen. ¿Cuál es la fuerza total que ejercen estas dos cargas sobre una carga q 3 = 5 nC situada en el origen?

Semana 1

Actividad 7Actividad 7Actividad 7Actividad 7

Tres cargas puntuales están localizadas en las esquinas del triángulo mostrado, si q 1 = q 3 = +5 PC, q 2 =-2 PC y a =0.1 m. ¿Cuál es la fuerza total que ejercen estas dos cargas sobre la carga q 3?

Semana 1

Actividad 9Actividad 9Actividad 9Actividad 9

Dos esferas idénticas cargadas y con 30 gramos de masa, cuelgan en equilibrio como se muestra. Si la longitud de cada cuerda es de 0.15 m, y el ángulo es de 5.0°. Hallar la magnitud de cada carga.

Semana 1

Actividad 10Actividad 10Actividad 10Actividad 10

Dos cargas están colocadas a lo largo de una línea y separadas 3 m la una de la otra, como se muestra en la figura, a que distancia x de la primera habría que colocar una tercera carga para que ésta no sintiera ninguna fuerza eléctrica neta a consecuencia de las otras dos.

Semana 1

+^ +

3 m

x 3m - x

q 1 =8 PC q 2 =12 PC

F 13 q^3 =-6^ PC F 23

13 1 3 2 13

F k q q i^ ˆ r



))&

2 3 (^23 ) 23

F k q q i^ ˆ r

)))&

9 2 (^9 10 ) Nm C

 u

8 u 10 ^6 C  u 6 10 ^6 C x^2 i ˆ

2 2

0.432 (^) Nm i ˆ x



9 2 (^9 10 ) Nm C

u

12 u 10 ^6 C  u 6 10 ^6 C 3 m  x^2 i ˆ

2 2 2

0.648 (^) ˆ 9 6

Nm i m  mx  x

2 2 (^13 23 2 2 ) 0 0.432^ 0.648^ ˆ 9 6

F F F Nm Nm i x m mx x

 §^   · Ÿ

)& ))& )))&

Que la fuerza neta que siente q 3 se anule significa que la resultante de todas las fuerzas es cero, esto es 2 2

Nm x

2 2 2

9 6

Nm m  mx  x 0.432 9 m^2  6 mx  x^2 0.648 x^2 3.888 m^2  2.592 mx 0.432 x^2 0.648 x^2