Trabajo

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Trabajo

  1. 1. Integrantes:Alfredo ÁlvarezJaime CisternasArturo RocoMaximiliano Silva
  2. 2. El campo eléctrico, introducido por primera vez por Faraday en la primera mitad del siglo XIX,constituye frente a la ley de Coulomb una forma nueva de describir la interacción entre doscargas eléctricas en reposo:la ley de Coulomb es una ley de acción a distancia, como la ley de la gravitación universal deNewton para la interacción gravitatoria entre dos masas puntuales: segúnla ley de Coulomb, cuando tenemos una cierta carga puntual q, y situamos otra carga puntual q 0a una cierta distancia r de la primera, la carga q 0experimentara de formainstantánea y a distancia una fuerza que, según la ley de Coulomb, es proporcionalal producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distanciaque las separa.usando el concepto de campo, la interacción entre dos cargas eléctricas se describede una forma muy distinta: de acuerdo con esta interpretación, la carga q da lugara una alteración (o cambio) en las propiedades del espacio que la rodea, de modoque cualquier carga q 0 situada en un punto de dicha región experimenta una accióneléctrica. Dicho de otro modo, la carga q produce algo en el espacio que larodea, y este algo actúa sobre cualquier carga situada en un punto de dicho espacio, produciendola fuerza que actúa sobre dicha carga. Este espacio, dotado de una propiedad nueva debido a lacarga q, es lo que hemos denominado campo eléctrico.
  3. 3. El campo eléctrico tiene su origen en cargas eléctricas (cargaspuntuales, distribuciones continuas de carga o todas ellas al mismotiempo). Las cargas que dan lugar a un campo eléctrico dado suelenrecibir el nombre de cargas fuente.El concepto de campo fue introducido, como hemos dicho antes, porprimera vez por Faraday para describir las interacciones eléctricas.En la actualidad, desempeña un papel fundamental en la Física:todas las interacciones conocidas se describen en términos delconcepto de campo.
  4. 4. Las líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo,de manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la direccióndel campo en ese punto. Esto es una consecuencia directa de la ley deGauss, es decir encontramos que la mayor variación direccional en el campose dirige perpendicularmente a la carga. Al unir los puntos en los que elcampo eléctrico es de igual magnitud, se obtiene lo que se conocecomo superficies equipotenciales, son aquellas donde el potencial tiene elmismo valor numérico. En el caso estático al ser el campo eléctrico uncampo irrotacional las líneas de campo nunca serán cerradas (cosa que sípuede suceder en el caso dinámico, donde el rotacional del campo eléctricoes igual a la variación temporal del campo magnético cambiada de signo, portanto una línea de campo eléctrico cerrado requiere un campo magnéticovariable, cosa imposible en el caso estático).
  5. 5. Energía potencial eléctrica.El movimiento de una partícula de masa m en un campo gravitacional (g), esanálogo al movimiento de una partícula de carga q0 positiva en un campoeléctrico (E). Cuando una partícula de carga positiva se desplaza en sentidocontrario al campo eléctrico realiza un trabajo negativo.Supongamos que tenemos un campo eléctrico E y colocamos dentro del campo unapartícula de carga positiva q0. Para mover una partícula en sentido contrarioal campo (gravitacional o eléctrico) se requiere del trabajo de un agenteexterno.Si la fuerza externa es igual y opuesta a la fuerza debida al campo, la energíacinética de la partícula no cambia. En este caso todo el trabajo externo sealmacena como energía potencial del sistema.Como la fuerza eléctrica (q0E) tiene la misma forma de la fuerza gravitacionalpodemos afirmar, por analogía, que la fuerza eléctrica es también una fuerzaconservativa, es decir, el trabajo debido al campo eléctrico no depende de latrayectoria seguida, sino sólo de las posiciones inicial y final de la carga.Por tanto, los fenómenos electrostáticos pueden describirse convenientemente entérminos de una energía potencial eléctrica y de un potencial eléctrico.
  6. 6. La energía potencial gravitacional Ug cerca de la tierra viene dada porUg =mghSe puede obtener una función que no dependa de la masa m, definiendo elpotencial gravitacional Vg, como la energía potencial por unidad de masa, esdecirVg = U/m = ghLa diferencia de potencial gravitacional entre dos puntos se define como eltrabajo externo necesario para desplazar una unidad de masa m desde elnivel inicial yi hasta una altura final yf dada, sin cambiar su rapidez.De manera análoga, podemos definir el cambio de energía potencial eléctricacomo el trabajo (externo) necesario para desplazar una carga q0 a través deun campo eléctrico E, resultando
  7. 7. El cambio de energía potencial eléctrica entredos puntos se define como el trabajoexterno necesario para desplazar unacarga q0 desde el punto inicial (i) hasta elpunto final (f), sin cambiar su rapidez.Con lo anterior podemos concluir que las líneasde campo eléctrico siempre apuntan haciaregiones en las que la energía potencialeléctrica disminuye, de forma análoga alcaso gravitacional.a) Considerando un campo E dirigido haciaabajo, cuando una carga positiva q semueve de A a B el sistema carga-campopierde energía potencial eléctrica.b) Cuando un objeto de masa m se muevehacia abajo en la dirección de un campogravitacional g, el sistema cuerpo-campopierde energía potencial gravitacional.( )if i fW U U U∆= − = − −
  8. 8. La diferencia de potencial (ΔV) = VB – VA = -WA B/q0 = q0 E Δr /q0 =→E.ΔrBA++++++++––––––––
  9. 9. Cuando una fuerza es conservativa el trabajo que realiza a lo largo deuna trayectoria cerrada es cero.Podemos considerar que el trabajo realizado sobre un cuerpo es unaenergía externa que, en este caso, le es cedida al objetoconvirtiéndose en lo que se conoce como energía potencial; de talforma que si soltamos el cuerpo, este buscará ubicarse en puntos demenor energía potencial (en este caso relacionada directamente conla altura, ya que el trabajo resultó ser –mgh).La energía potencial se presenta en conexión con fuerzas conservativascomo por ejemplo la fuerza de gravedad y la fuerza elástica de unresorte. En particular, hemos mostrado que cuando un cuerpo sedesplaza en sentido contrario al campo gravitacional, la fuerzagravitacional realiza un trabajo negativo, dado por -mgh.

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