Ley de Coulomb

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Ley de Coulomb

  1. 1. Luis Gonzalo Revelo Pabón 1 I.E.M. María GorettiLA ELECTRICIDADTeoría Atómica.La materia está formada por moléculas y las moléculas a su vez están formadas por átomos yel átomo a su vez está formado por un núcleo lugar donde se encuentran los neutrones y pro-tones y alrededor del núcleo se encuentran girando los electrones.¿Qué es la electricidad? Los electrones que se encuentran girando en la órbita o nivel de ener- gía alrededor del núcleo del átomo, don- de esté movimiento circular facilita a los electrones a cambiarse de órbita del áto- mo en el que se encuentra a la órbita de otro átomo contiguo o vecino a él, dando origen a la electricidad. Por lo tanto se denomina electricidad al movimiento de electrones de un átomo a otro. Cuando un electrón se encuentra girando en un nivel de energía no emite ni absor- be energía, sin embargo se presentan los siguientes casos: x cuando un electrón salta de un nivel de energía a un nivel de energía inferior, entonces el electrón desprende energía radiante y x cuando un electrón salta de una capa o nivel de energía a un nivel supe- rior, es necesario para este salto comunicarle una energía exterior.Electricidad! ¿Cómo? Al frotar untubo de plástico o PVC con una lani-lla, se dice que el tubo de plásticose ha cargado de electricidad esdecir, que por el rozamiento con lalanilla ha ganado electrones y seha cargado negativamente, mientrastanto que la lanilla ha perdido elec-trones y se ha cargado positivamen-te. Por lo tanto al acercar el tubo PVCa un cuerpo que tenga un equilibriode cargas, por ejemplo un trocito depapel, este es atraído por el tubo dePVC, o también podrá hacerlo ¡lalanilla! Al frotar dos objetos los electrones de uno de ellos pasan al otro objeto. Entonces se concluye que uno de los cuerpos pierde electrones que- dando cargado positivamente, mien- tras que el otro cuerpo gana electrones quedando cargado negativamente.
  2. 2. Luis Gonzalo Revelo Pabón 2 I.E.M. María GorettiCarga eléctrica.Se denomina carga eléctrica a la cantidad de electricidad que tiene un cuerpo, es decir al exce-so o defecto de electrones que tiene un objeto (la materia).Un cuerpo está cargado negativamente cuando tiene un exceso de electrones, y un cuerpo está cargado positivamente cuando tiene un defecto de electrones, los neutrones no tienen carga eléctrica (ya que tienen el mismo número de electrones que de protones). Por consiguiente, la carga eléc-trica es una magnitud física medible y cuantificable.La cantidad de electricidad “neta” de un cuerpo es igual a un número entero de veces la cargadel electrón. Es decir: q=.q: carga eléctrica..n: representa a un número entero. -19.e=carga del electrón (-1e= -1,6x10 C).Ejemplo: En el siguiente grafico se muestra a cuerpo con la presencia de cuatro electrones y unprotón; determinemos el número “n”. El cuerpo muestra un exceso de electrones entonces: q= 3e de donde se deduce que el número entero es n=3 -19 Pero –e=1,6x10 C entonces la carga que tiene los tres electrones en el cuerpo es igual a: -19 -19 q=3(-1,6x10 C)= -4,8x10 CEn el sistema internacional (SI) la unidad de medida de la carga eléctrica es el coulombio (C),que es igual a la carga eléctrica de unos seis trillones de electrones. Es decir: -19 .qe=-e=-1,6x10 C entonces al despejar C se tiene que: 18 1C=6,25x10 e 18 1C=6,25x10 electronesLa carga de un protón tiene el mismo valor del electrón pero con signo contrario .q p=+e= -19+1,6x10 C. 20Ejemplo. Calcular la carga eléctrica de una esfera que tiene un exceso de 10 electrones.Como hay un exceso de electrones, entonces la carga eléctrica de la esfera es negativa. Luegoq= remplazamos 20q=- 10 =-16C
  3. 3. Luis Gonzalo Revelo Pabón 3 I.E.M. María GorettiLey de CoulombLa fuerza de repulsión o atracción entre dos cargas eléctricas (q 1, y q2) es directamente pro-porcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distanciaque las separa (r). Es decir: Fuerza en la carga q1 (de atracción o de repulsión), debido por la carga q2 (se mide en N) Fuerza en la carga q2 (de atracción o de repulsión), debido por la carga q1 (se mide en N)K: constante de proporcionalidad (en el vacío vale k=9x ).q1, q2: cargas eléctricas (se mide en C).r: distancia entre las dos cargas (m)Si ambas cargas tienen el mismo signo, es decir, si ambas cargas son positivas o ambas sonnegativas, entonces la fuerza es repulsiva y sii las dos cargas tienen signos opuestos enton-ces la fuerza es atractiva.La ley de Coulomb es válida únicamente para objetos cargados cuyas dimensiones sean pe-queñas comparadas con la distancia que las separa. Esto se expresa diciendo que dicha ley esválida para cargas puntuales, es decir, cargas eléctricas que se suponen concentradas en unpuntoComo las unidades de fuerza, carga y distancia en el sistema SI se han definido independien-temente de la Ley de Coulomb, el valor numérico de la constante de proporcionalidad K debemedirse experimentalmente. El valor de la constante K depende de la naturaleza del medio. Elvalor numérico de la constante K depende de la opción de unidades. Si la fuerza está en New- 9ton, la distancia en metros (m), y la carga en coulomb (C), entonces K tiene un valor de 9 x 10 2 2 9 2 2New. m /C . (K = 9 x 10 New. m /C ). -12 2 2La constante K se escribe como: donde =8,854x10 C /Nm y es conocidacomo el coeficiente de permitividad.Limitaciones de la Ley de Coulomb -La expresión es aplicable para las cargas puntuales solamente. -La fuerza es indefinida para r = 0Unidades de la Carga EléctricaCoulomb (C). Es la unidad de carga eléctrica en el sistema MKS y se define como la cargaeléctrica capaz de atraer o repeler a otra igual situada en el vacío y a la distancia de un metro y 9con la fuerza de 9x10 Newton.
  4. 4. Luis Gonzalo Revelo Pabón 4 I.E.M. María GorettiStatCoulomb. Es la unidad de carga del sistema C.G.S y se define como la carga eléctricacapaz de atraer o repeler a otra igual en el vacío y a la distancia de un centímetro con la fuerzade una DINA. 91 coulomb = 3x10 statcoulomb 181 coulomb = 6X10 electronesSubmúltiplos:La carga eléctrica elemental o unidad natural de carga es el electrón y se designa con la letraminúscula –e. Véase tabla de carga y masa del electrón, protón y neutrón. Carga y Masa del electrón, protón y neutrón Partícula Carga Masa -19 -31 Electrón (-e) -1,602x10 C 9,10x10 kg -19 -27 Protón (+e) +1,602x10 C 1,67x10 kg -27 Neutrón 0 1,67x10 kgr. La ecuación es aplicable únicamente para una pareja de cargas. Ahora si se tienemás de dos cargas entonces para encontrar el módulo de la fuerza resultante (FR) ejercidasobre una de ellas, digamos q1, se aplica el principio de superposición de fuerzas.Principio de Superposición de FuerzasEl principio de superposición de fuerzas se cumple cuando dado un conjunto de cargas(Q1,Q2,Q3,Q4) se pretende encontrar el valor de la fuerza resultante (FR) en una y solamenteen una de las carga de ellas (Q1), donde la fuerza resultante está determinada por la sumavectorial de todas las fuerzas que actúan sobre ella.
  5. 5. Luis Gonzalo Revelo Pabón 5 I.E.M. María Goretti Ahora: 1. Si el conjunto de cargas está formado por tres cargas, (Q1,Q2,Q3) entonces para encon- trar el módulo de la fuerza resultante (FR), se emplea el método del Paralelogramo. Es decir:Dónde: : Fuerza resultante Fuerza en la carga Q1 de atracción, debido por la carga Q2 Fuerza en la carga Q1 de repulsión, debido por la carga Q3 : Angulo formado entre los dos vectores F1,2 y F1,3. 2. Si el conjunto de cargas está formado por más de tres cargas, entonces se aplica el método de las coordenadas rectangulares, teniendo en cuenta que las componentes verticales y horizontales de cada uno de los vectores descompuestos llevan el respec- tivo signo del cuadrante del plano cartesiano en el cual se ubique el vector componen- te.Entonces el valor de la fuerza resultante será igual a: FR=

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