Electrostática: Unidad de Física. Cargas Eléctricas, Fuerzas Eléctricas y Campo Eléctrico, Ejercicios de Física

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Unidad:

Electrostática

Logro

Importancia

Al finalizar la unidad el estudiante debe conocer las ecuaciones

que gobierna el campo eléctrico y sus aplicaciones en la

ingeniería.

Comprender los efectos y aplicaciones de las cargas eléctricas

en reposo en los dispositivos eléctricos y aparatos del mundo

moderno.

Operaciones con vectores

• Suma y resta de vectores.
• Componentes de un vector.

Componentes de un vector

Representación grafica de las componentes de un vector en

tres dimensiones.

Imagen extraída de: https://goo.gl/ZhrDwr

Carga y materia

• Propiedades de la carga eléctrica

Propiedades de la carga eléctrica

• Cargas de signos opuestos se atraen, y cargas del mismo

signo se repelen.

• La carga total en un sistema aislado se conserva.
• La carga está cuantizada.

Imagen extraída de: https://goo.gl/oXGqsN

Conductores, aislantes y cargas inducidas.

• Conductores.
• Aislantes.
• Cargas inducidas.

Conductores y Aislantes

• Los conductores eléctricos son aquellos materiales en los cuales

algunos electrones son libres.

• Los aislantes eléctricos son aquellos materiales en los cuales todos

los electrones están unidos a átomos y no pueden moverse

libremente a través del material.

Imagen extraída de: https://elblogverde.com/wp-content/uploads/2016/05/materiales-conductores-600x450.jpg

Imagen extraída de: https://elblogverde.com/wp-content/uploads/2016/05/materiales-aislantes-600x338.jpg

Fuerza eléctrica

• Ley de Coulomb.
• Superposición de fuerzas.

Ley de Coulomb

𝑘 𝑒

= 8 , 987 6 × 10

9

𝑁 ∙ 𝑚

2

𝐶

2

Imagen extraída de: https://goo.gl/iKNvk6 Imagen extraída de: https://goo.gl/iKNvk

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 entre

ellas.

La unidad de carga en el SI es el Coulomb (C). La constante

de Coulomb, en unidades SI tiene el valor

Principio de superposición

Tres cargas puntuales están ubicadas en los vértices de un triángulo rectángulo, donde 𝑞 1

= 1 , 6 × 10

− 6 𝐶, 𝑞 2

− 1 , 6 × 10

− 6

𝐶, 𝑞 3

= 3 , 0 × 10

− 6

𝐶 y 𝑎 = 2 , 0 × 10

− 2

𝑚. Encontrar la fuerza sobre la carga 𝑞 3

3

13

23

0

1

3

13

2

13

2

3

23

2

23

13

23

3

1

4𝜋𝜀 0

𝑞 1

𝑞 3

𝑟 13

2

13

𝑞 2

𝑞 3

𝑟 23

2

23

1

4𝜋𝜀 0

𝑞 1

𝑞 3

2 𝑎

2

2

2

−𝑞 1

𝑞 3

𝑎

2

3

0

1

3

2

Imagen extraída de: https://goo.gl/iKNvk

Campo eléctrico

• Líneas de campo eléctrico.
• El campo eléctrico de una distribución discreta y continua de

carga.

Líneas de Campo eléctrico

La líneas de campo eléctrico son representaciones del campo

eléctrico en el espacio. Las líneas de campo eléctrico para

una carga positiva y negativa se muestran en la figura.

Imagen extraída de: https://goo.gl/zes2wb Imagen extraída de: https://goo.gl/6bFw5M

La dirección del campo eléctrico es radialmente hacia el

exterior para una carga positiva y radialmente hacia el

interior para una carga negativa.

Propiedades del campo eléctrico

• La dirección del vector de campo eléctrico 𝐸 en un punto es

tangente a las líneas de campo.

• El número de líneas por unidad de área a través de una

superficie perpendicular es proporcional a la magnitud del

campo eléctrico en una región determinada.

• La líneas de campo eléctrico deben empezar en las cargas

positivas (o en el infinito) y terminar a las cargas negativas o

en el infinito.

• El número de líneas que se originan a partir de una carga

positiva o que terminan en una carga negativa deben ser

proporcional a la magnitud de la carga.

• Las líneas de campo eléctrico no se cruzan.

Imagen extraída de: https://goo.gl/51VojS