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NOCIONES DE

ELECTROSTÁTICA Y

ELECTRODINÁMICA

UNIDAD^9

Ley de Coulomb. La cual establece que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las dos cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Matemáticamente:

Unidades en el SI:

k : constante eléctrica en el aire o vacío; k = 9. 10 9 N.m 2 / C 2

q 1 y q 2 : cargas eléctricas, en coulomb (C)

r : distancia entre las cargas, (m)

F: fuerza eléctrica, (N)

Equivalencia: 1 μC = 10 -6^ C

Ejemplo: Aplicación de la ley de Coulomb.

Dos cargas positivas, cuyos módulos son q 1 = 4 μC y q 2 = 2 μC, están situadas en el aire y separadas una distancia de 30 cm. Calcule la fuerza entre estas cargas.

Representando la repulsión entre las cargas positivas:

q 1 = 4 μC = 4. 10 -6^ C

q 2 = 2 μC = 2. 10 -6^ C

Usando la ley de Coulomb, se tiene que:

9.4. Electrodinámica. Es la parte fundamental de la electricidad que se encarga de estudiar los fenómenos y los procesos relacionados con el movimiento de las cargas eléctricas.

Corriente Eléctrica. Si con alambres de cobre se conecta un foco y los terminales a una pila, se verá que el foco enciende y se dice que se debe al flujo de cargas o corriente eléctrica que impulsa la pila.

La batería impulsa las cargas a través del alambre conductor

Intensidad de Corriente Eléctrica (I)

La intensidad de corriente eléctrica (I) mide la cantidad de carga eléctrica que pasa a través de una sección transversal del conductor por unidad de tiempo.

Matemáticamente:

Unidades en el SI:

I: intensidad de corriente se mide en ampere (A)

q: es la carga eléctrica se mide en coulomb (C).

t: es el tiempo se mide en segundo (s)

Ley de Ohm

George Simon Ohm fue el primero que estudio en 1 826 los efectos de la resistencia eléctrica sobre la corriente eléctrica, en la cual se dice que la intensidad de corriente a través de una resistencia es directamente proporcional al voltaje (o diferencia de potencial) entre sus extremos e inversamente proporcional a su resistencia.

Matemáticamente:

O también:

1. Unidades en el SI:

V

volt (V)

I

ampere (A)

R

ohm ( )

El voltaje que suministra la batería (VT) se reparte en cada resistencia:

Usando la ley de ohm (V = I R) en la ecuación anterior se obtiene:

En una conexión en serie las corrientes son iguales; luego la resistencia equivalente será:

• Resistencia en Paralelo

Las resistencias están en paralelo cuando están conectadas a la misma diferencia de potencial; como en el diagrama:

En una conexión en paralelo se observa lo siguiente:

La corriente que entrega la batería se reparte en cada resistencia:

Todas las resistencias están sometidas al mismo voltaje, el de la batería:

Usando la ley de ohm ( ) en la ecuación (1) se obtiene:

En paralelo los voltajes son iguales, luego la resistencia equivalente se calculará con:

Solución:

El amperímetro ideal leerá la corriente I, que circula por la resistencia de 4 Ω. Usando la ley de Ohm:

Aplicación 2:

En el circuito que se ilustra en la figura, determinar:

La resistencia equivalente y la corriente que entrega la batería.

Solución:

Las resistencias de 6 Ω y 12 Ω están en paralelo, su equivalente será:

Reduciendo el circuito: las resistencias 3 Ω y 4 Ω quedarían en serie, el equivalente total será: Req = 7 Ω

Con esta resistencia equivalente usamos la ley de ohm:

Práctica N° 09

1. Una carga puntual de -16 μC se sitúa a 8 cm de otra carga puntual de 12 μC. Calcular la fuerza de atracción entre estas cargas.

a. 270 N

b. 300 N

c. 350 N

d. 400 N

e. 450 N

2. Dos cargas eléctricas están separadas a una cierta distancia “d” y se atraen con una fuerza de 2,5 N; si la distancia de separación se reduce a la mitad, cuál es la nueva fuerza de atracción.

a. 8 N

b. 10 N

c. 12 N

d. 14 N

e. 16 N

3. Dos cargas puntuales de + 6 μC cada una están separadas 2 cm. ¿Cuál es la fuerza de repulsión entre ellas?

a. 600 N

b. 750 N

c. 810 N

d. 950 N

e. 1 200 N

4. Una carga de – 3 μC permanece en el aire debido a la atracción de la carga de 4 μC, la cual se halla fija en el techo. Calcular el peso de la carga de – 3 μC.

a. 0,3 N

b. 0,4 N

c. 0,5 N

d. 0,6 N

e. 0,7 N

5. Para el siguiente esquema encontrar la caída de tensión que experimenta la corriente en la resistencia de 8 Ω.

a. 30 V

b. 5,8 Ω

c. 6,8 Ω

d. 7,8 Ω

e. 8,8 Ω

11. ¿Cuál es la resistencia de una plancha que para un voltaje de 220 V circula una intensidad de corriente de 4,5 A?

a. 49 Ω

b. 52 Ω

c. 54 Ω

d. 58 Ω

e. 68 Ω

12. Calcular la resistencia de un fusible doméstico para 10 A y un voltaje de red de 220 V.

a. 22 Ω

b. 25 Ω

c. 30 Ω

d. 40 Ω

e. 50 Ω

13. Calcular la resistencia de la pila tal como se observa en la siguiente figura.

a. 30 Ω

b. 37 Ω

c. 40 Ω

d. 50 Ω

e. 60 Ω

14. Con un amperímetro se miden 4,5 A. El voltaje especificado en los bornes del amperímetro es de 75 mV. Calcular la resistencia propia del amperímetro en mΩ.

a. 12,5 mΩ

b. 14,4 mΩ

c. 16,6 mΩ

d. 17,4 mΩ

e. 20,4 mΩ

15. Un alambre conduce una corriente de 2 A. ¿Cuánta carga cruza una sección transversal de este conductor en 1 min?

a. 80 C

b. 100 C

c. 120 C

d. 140 C

e. 480 C

16. En el siguiente circuito, determinar la corriente que fluye por la resistencia:

a. 10 A

b. 14 A

c. 16 A

d. 20 A

e. 22 A

17. En el circuito mostrado la lectura del amperímetro es 2,5 A. Determinar el voltaje de la batería.

a. 20 V

b. 25 V

c. 30 V

d. 35 V

e. 40 V

18. Determinar la resistencia equivalente entre los bornes siendo R = 2 Ω.

a. 5 Ω

b. 6 Ω

c. 7 Ω

d. 8 Ω

e. 9 Ω

19. Encontrar el voltaje de la batería:

a. 2 V

b. 4 V

c. 6 V

d. 8 V

e. 10 V

20. Calcular la lectura del voltímetro:

a. 4 V

Bibliografía

• Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales

William F. Smith (3ra Edición)

Mc Graw Hill 1998 – España.

• Tecnología de los metales

Técnico Mecánico

Hans Appold, Kart feiler

Editorial Reverté S.A

• Química

Raymond Chang (4ta Edición)

Mc. Graw Hill – 1995 México.

• Tecnología de los Materiales Industriales

Ing. José Laceras Estevan.

Ediciones Cedel – 1980. España.

• Química. La Ciencia Central

Brow, Le May y Bursten

Prentice Hall, Mexico. 1998

• Manual del GTZ

Área mecánica.

• Serway Bichner, Física – Tomo I

5ta Edición 2002. Editorial Mc Graw Hill

• Sistemas de Unidades

Serie “Informándonos Avanzamos “ N°

Tercera Edición: Noviembre de 1998

Indecopi.

• Electrodinámica

Ing. Daniel Silva Céspedes

Ediciones ACIES XXI

• Física

Nuevas Fronteras de la Física Elemental

Ing. Custodio García A.

Impecus.