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Carga eléctrica y ley de coulomb

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Transcript

  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
    “FRANCISCO DE MIRANDA”
    ÁREA CIENCIAS DE LA SALUD
    PROGRAMA DE INGENIERÍA BIOMÉDICA
    UNIDAD CURRICULAR: FÍSICA II
    Carga eléctrica y ley de coulomb
    Ing. Douglas García
    Santa Ana de Coro, 2011
  • 2. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA
    • Gilbert (1540-1603) descubrió que la electrificación era un fenómeno de carácter general.
    • 3. En 1729, Stephen Gray demuestra que la electricidad tiene existencia por sí misma y no es una propiedad impuesta al cuerpo por rozamiento.
    • 4. Franklin (1706-1790) demuestra que existen dos tipos de electricidad a las que llamó positiva y negativa.
    • 5. Coulomb (1736-1806) encontró la ley que expresa la fuerza que aparece entre cargas eléctricas.
  • INTRODUCCIÓN HISTÓRICA
    • En 1820 Oersted observó una relación entre electricidad y magnetismo consistente en que cuando colocaba la aguja de una brújula cerca de un alambre por el que circulaba corriente, ésta experimentaba una desviación. Así nació el Electromagnetismo.
    • 6. Faraday (1791-1867) introdujo el concepto de Campo Eléctrico.
    • 7. Maxwell (1831-1879) estableció las Leyes del Electromagnetismo, las cuales juegan el mismo papel en éste área que las Leyes de Newton en Mecánica.
  • MATERIA Y CARGA ELÉCTRICA
    Cualquiera que sea su forma, la materia está constituida por las mismas entidades básicas, los átomos. Estos a su vez están formados por partículas elementales portadoras de carga eléctrica, estas son:
    a.- Se sitúan en el núcleo del átomo, en ellos reside la carga positiva: PROTONES
    b.- Se sitúan en la corteza del átomo, en ellos reside la carga negativa: ELECTRONES
    Objeto cargado: exceso de electrones (negativa) o protones (positiva)
  • 8. CARGA ELÉCTRICA
    • La carga eléctrica (q) es una propiedad fundamental de la materia específicamente de sus partículas elementales, caracterizada a partir de la fuerza electrostática, también se dice que es una magnitud fundamental de la física, responsable de la interacción electromagnética.
    • 9. A lo largo de este tema estudiaremos procesos en los que la carga no varía con el tiempo. En estas condiciones se dice que el sistema está en Equilibrio Electrostático.
  • CARACTERÍSTICAS DE LA CARGA ELÉCTRICA
    i) Dualidad de la Carga: Todas las partículas cargadas pueden dividirse en positivas y negativas, de forma que las de un mismo signo se repelen mientras que las de signo contrario se atraen, esto ultimo se conoce como Primera ley de la electrostática.
    Las cargas eléctricas del mismo tipo interaccionan repeliéndose y las cargas de distinto tipo interaccionan atrayéndose. La magnitud de esta interacción viene dada por la ley de Coulomb.
  • 10. CARACTERÍSTICAS DE LA CARGA ELÉCTRICA
    ii) Conservación de la carga: En cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado se conserva. Es decir, la suma algebraica de cargas positivas y negativas presente en cierto instante no varía.
    • Por ello en todo proceso, físico o químico, la carga eléctrica no se crea ni se destruye, sólo se transfiere.
    • 11. Carga= carga neta= cantidad cargas positivas – cantidad de cargas negativas.
  • CARACTERÍSTICAS DE LA CARGA ELÉCTRICA
    iii) Cuantificación de la carga: La carga eléctrica siempre se presenta como un múltiplo entero de una carga fundamental e . Es decir: q = ± N ∙ e
    • La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –e. Los protones tienen carga positiva: +e. A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3e o ±2/3e, aunque no se han podido observar libres en la naturaleza.
  • CARACTERÍSTICAS DE LA CARGA ELÉCTRICA
    En el S.I la unidad de carga eléctrica se denomina Coulomb (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio (1 A), y se corresponde con la carga de 6,24 ×10 e o cargas elementales.
    18
    -19
    • Por lo tanto e es aproximadamente 1,602 x10 C.
    1 nC = 10-9 C
    Submúltiplos del Coulomb
    1 mC = 10-6 C
    1 mC =10-3 C
  • 12. TIPOS DE MATERIALES
    • Un conductor en un material a través del cual se transfiere fácilmente la carga, debido a que presenta poca oposición al flujo de la corriente eléctrica.
    Ejemplo: los metales (cobre, oro, plata, hierro, etc.)
    • Un aislante es un material que se resiste fuertemente al flujo de la carga eléctrica.
    Ejemplo: plástico, papel, madera, mica, polietileno, etc.
    • Un semiconductor es un material con capacidad intermedia para transportar carga eléctrica.
    Ejemplo: silicio y germanio.
  • 13. Interacción de Elementos con Diferentes Cargas
    • FROTAMIENTO
  • Interacción de Elementos con Diferentes Cargas
    • INDUCCIÓN Y CONTACTO
  • INTRODUCCIÓN LEY DE COULOMB
    • Para familiarizarnos un poquito con la Ley de Coulomb, revisemos un ejemplo que vemos todos los días.
    • 14. Preguntémonos lo siguiente:
    ¿Qué interacción hay entre la Luna y nuestro planeta?
  • 15. INTRODUCCIÓN LEY DE COULOMB
    • La Tierra y la Luna se atraen mutuamente por una fuerza gravitacional (Fg).
  • INTRODUCCIÓN LEY DE COULOMB
    La expresión que las relaciona involucra:
    • Las masas m1 y m2 de ambos cuerpos.
    • 16. La distancia r entre ellos.
    • 17. Y una constante G (Constante Universal Gravitacional).
    m2
    m1
    r
  • 18. INTRODUCCIÓN LEY DE COULOMB
    • La expresión es la siguiente:
    m1 m2
    Fg =
    G
    r2
    m2
    m1
    r
  • 19. INTRODUCCIÓN LEY DE COULOMB
    • Esta atracción ocurre entre cualquier cuerpo celeste y también con las estrellas
    • 20. Algo semejante ocurre a nivel mucho más pequeño con las
    cargas eléctricas.
    Considérese una carga Q fija en una determinada posición . Si se coloca otra carga q en un punto P1, a cierta distancia de Q, aparecerá una fuerza eléctrica actuando sobre q.
  • 21. LEY DE COULOMB
    • La expresión para la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales q1 y q2 (pequeñas en relación con la distancia que las separa), es muy semejante a la que vimos para la fuerza gravitacional entre la Luna y la Tierra.
    • 22. Esta expresión es la siguiente:
    q1 q2
    Fe =
    k
    r2
  • 23. LEY DE COULOMB
    q1 q2
    Fe =
    k
    r2
    Es decir:
    La fuerza eléctrica es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa a dichas cargas, dependiendo de una constante de Coulomb ksegún el medio en que estén presentes.
    En donde:
    q1 y q2 :son las cargas en Coulomb.
    r :es la distancia en metros.
    k :es una constante que depende del medio; en el vacío corresponde aproximadamente a 9 x 109 (N·m2)/C2
    Fe:es la fuerza en Newton.
  • 24. LEY DE COULOMB
    La siguiente imagen ilustra la definición de la ley de Coulomb.
    En el ejemplo tenemos dos cargas puntuales iguales a 1 Coulomb y separadas por 1 metro, en el vacío.
    1C
    1C
    q1
    q2
    1 m
  • 25. CONSIDERACIONES DE LA LEY DE COULOMB
    Respecto a la ley de Coulomb hay que considerar lo siguiente:
    Se aplica a cargas puntuales.
    La fuerza eléctrica es una magnitud vectorial, por lo tanto, hay que considerar suma de vectores.
    La ley de Coulomb o Fuerza de Coulomb establece el valor de una fuerza electrostática.
  • 26. CONSTANTES AUXILIARES
    Permitividad del vacío (eo): Se define de forma que
    eo= 8,85x10-12C2/N m2
    Si el medio en el que se encuentran las cargas es distinto al vacío, se comprueba que la fuerza eléctrica es  veces menor, de esta forma se define la Permitividad del Medio como e= k´.eo.. Siendo ´ la Constante Dieléctrica del Medio
  • 27. EXPRESIÓN VECTORIAL
    DE LA LEY DE COULOMB
  • 28. PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN
    Como ley básica adicional, no deducible de la ley de Coulomb, se encuentra el Principio de Superposición:
    "La fuerza total ejercida sobre una carga eléctrica q por un conjunto de cargas discretas será igual a la suma vectorial de cada una de las fuerzas ejercidas por cada carga sobre la carga .”
  • 29. INICIEMOS LOS EJERCICIOS
    MUCHAS GRACIAS