Capítulo I (24) de Física II - La Carga Eléctrica y La Ley de Coulomb - Definitivo

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Este es el Capítulo I de de Física II que trata sobre la Carga Eléctrica y la Ley de Coulomb

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Capítulo I (24) de Física II - La Carga Eléctrica y La Ley de Coulomb - Definitivo

  1. 1. CAPÍTULO I LA CARGA ELÉCTRICA Y LA LEY COULOMB
  2. 3. LA CARGA ELÉCTRICA Y LA LEY COULOMB <ul><li>Introducción. ¿Qué es la materia? </li></ul><ul><li>El electrón </li></ul><ul><li>¿Qué es un átomo? </li></ul><ul><li>La carga eléctrica </li></ul><ul><li>Aislantes y conductores </li></ul><ul><li>Cuantificación de la carga eléctrica </li></ul><ul><li>Redistribución de cargas </li></ul><ul><li>El Electroscopio de Hoja de Oro </li></ul><ul><li>Carga por inducción </li></ul><ul><li>Ley de Conservación de la Carga. Configuraciones Estándar </li></ul><ul><li>Ley de Coulomb </li></ul><ul><li>Principio de Superposición y la Ley de Coulomb </li></ul>
  3. 4. Introducción. ¿Qué es la Materia? <ul><li>¿Qué es la materia? </li></ul><ul><li>La palabra materia deriva del latín mater, madre. </li></ul><ul><li>A diferencia de lo que se nos ha dicho tradicionalmente, las características esenciales de la materia son: </li></ul><ul><li>No se crea ni se destruye. </li></ul><ul><li>Se encuentra en constante movimiento y transformación. </li></ul><ul><li>Existe en el tiempo y en el espacio. </li></ul><ul><li>Existe fuera e independientemente de nuestra conciencia. </li></ul>Cualquiera que sea su forma, la materia está constituida por las mismas entidades básicas, los átomos. Las partículas portadoras de carga eléctrica son: a.- Cargas positivas: PROTONES b.- Cargas negativas: ELECTRONES
  4. 5. El electrón <ul><li>Un objeto que tiene un exceso de electrones está cargado negativamente . </li></ul><ul><li>Un objeto que tiene una deficiencia de electrones está cargado positivamente . </li></ul>El Electrón , es un tipo de partícula elemental de carga negativa que forma parte de la familia de los leptones y que, junto con los protones y los neutrones, forma los átomos y las moléculas. Los electrones están presentes en todos los átomos y cuando son arrancados del átomo se llaman electrones libres.
  5. 6. ¿Qué es un átomo? Un átomo puede tener carga eléctrica positiva o negativa . Un átomo eléctricamente neutro tiene el mismo número de protones que de electrones. Todo cuerpo material contiene gran número de átomos y su carga global es nula salvo si ha perdido o captado electrones, en cuyo caso posee carga neta positiva o negativa, respectivamente. Sin embargo, un cuerpo, aunque sea eléctricamente neutro, puede tener cargas eléctricas positivas en ciertas zonas y cargas negativas en otras. En todo proceso, físico o químico, la carga total de un sistema de partículas se conserva. Es lo que se conoce como principio de conservación de la carga.
  6. 7. La carga eléctrica Primera ley de la electrostática: Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen. Existe una fuerza de repulsión entre dos sustancias que están electrificadas de la misma manera , o sea, que poseen cargas iguales. 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.
  7. 8. Aislantes y conductores <ul><li>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. </li></ul><ul><li>Ejemplo: los metales (cobre, oro, plata, hierro, etc.) </li></ul><ul><li>Un aislante es un material que se resiste fuertemente al flujo de la carga eléctrica. </li></ul><ul><li>Ejemplo: plástico, papel, madera, mica, polietileno, etc. </li></ul><ul><li>Un semiconductor es un material con capacidad intermedia para transportar carga eléctrica. </li></ul><ul><li>Ejemplo: silicio y germanio. </li></ul>
  8. 9. Interacciones de dos cargas 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.
  9. 10. Cuantificación de la carga eléctrica La carga eléctrica es de naturaleza discreta , fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan . Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también expresada –e . Los protones tienen carga positiva: +1 o +e . A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se han podido observar libres en la naturaleza . En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina coulombio (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, y se corresponde con la carga de 6,24 × 10 18 electrones aproximadamente.
  10. 11. Redistribución de carga <ul><li>Cuando una barra cargada se acerca a una esfera de médula de sauco existe una atracción inicial. </li></ul><ul><li>En este proceso no se gana ni pierde carga, sólo se redistribuye la carga del cuerpo neutro. </li></ul>
  11. 12. El electroscopio de hoja de oro
  12. 13. Carga por inducción Carga por inducción: La redistribución de carga se debe a la presencia cercana de un objeto cargado. La carga por inducción se puede realizar sin la pérdida de carga del cuerpo cargado.
  13. 14. Ley de Conservación de la Carga Principio de conservación de la carga En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva. En un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera y sólo hay una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.
  14. 15. Configuraciones estándar de CARGA ELÉCTRICA En la naturaleza existen dos tipos de carga En la naturaleza existen dos tipos de carga     POSITIVA +     NEGATIVA --- Las Cargas iguales se repelen   . La Carga Positiva reside en los Protones La Carga Negativa reside en los Electrones Es la Unidad Natural de Carga Eléctrica y la menor Cantidad que puede existir.
  15. 16. Ley de Coulomb Ley de Coulomb La fuerza de atracción o de 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 . Un coulomb es la carga transferida en un segundo a través de cualquier sección transversal de un conductor, mediante una corriente constante de un ampere . 1 C = 6.25 x 10 18 electrones k = 1 = 9 x 10 9 N·m 2 /C 2 4 ᴨϵₒ
  16. 17. La expresión matemática de la ley de Coulomb <ul><li>La ley de Coulomb o Fuerza de Coulomb establece el valor de una fuerza electrostática. </li></ul><ul><li>Esta fuerza depende de las cargas enfrentadas y de la  distancia que hay en tre ellas. </li></ul><ul><li>El valor de la fuerza electrostática viene dada por la fórmula: </li></ul><ul><li>donde: </li></ul><ul><li>F = fuerza electrostática que actúa sobre cada </li></ul><ul><li>carga Q1 y Q2 </li></ul><ul><li>k = constante que depende del sistema de unidades y </li></ul><ul><li>del medio en el cual se encuentran las cargas </li></ul><ul><li>r = distancia entre cargas. </li></ul>k = 1 = 9 x 10 9 N·m 2 /C 2 4 ᴨϵₒ
  17. 18. PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN Y LA LEY DE COULOMB Como ley básica adicional, no deducible de la ley de Coulomb, se encuentra el Principio de Superposición : &quot;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 .” Representación gráfica del principio de superposición Conjuntamente, la Ley de Coulomb y el Principio de Superposición constituyen los pilares de la electrostática
  18. 19. Conceptos clave <ul><li>Electrostática </li></ul><ul><li>Electrón </li></ul><ul><li>El átomo </li></ul><ul><li>Carga eléctrica </li></ul><ul><li>Carga negativa </li></ul><ul><li>Carga positiva </li></ul><ul><li>Ion </li></ul><ul><li>Carga inducida </li></ul><ul><li>Conductor </li></ul><ul><li>Aislante </li></ul><ul><li>Semiconductor </li></ul><ul><li>Ley de Coulomb </li></ul><ul><li>Coulomb </li></ul><ul><li>Microcoulomb </li></ul><ul><li>Electroscopio </li></ul>
  19. 20. Resumen de ecuaciones Primera ley de la electrostática: Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen.
  20. 21. 115. Figura 21.1 Experimentos de electrostática
  21. 22. 116. Figura 21.7 Carga de una esfera metálica por inducción
  22. 23. COMPETENCIAS LOGRADAS <ul><li>Al estudiar este capítulo los estudiantes han aprendido lo siguiente: </li></ul><ul><li>La naturaleza de la carga eléctrica y cómo sabemos que ésta </li></ul><ul><li>se conserva. </li></ul><ul><li>Cómo se cargan eléctricamente los objetos. </li></ul><ul><li>Cómo usar la Ley de Coulomb para calcular la fuerza eléctrica entre cargas. </li></ul><ul><li>La diferencia entre fuerza eléctrica y campo eléctrico. </li></ul><ul><li>Cómo calcular el campo eléctrico generado por un conjunto de cargas discreto y por un conjunto de cargas contínuo. </li></ul>
  23. 24. MUCHAS GRACIAS INICIEMOS LOS EJERCICIOS

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