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Electroestatica

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Electroestatica

  1. 1. ELECTROESTÁTICA
  2. 2. ELECTRICIDAD• DEFINICION:• Es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.• También se denomina electricidad a la rama de la física que estudia las leyes que rigen el fenómeno y a la rama de la tecnología que la usa en aplicaciones prácticas. Desde que, en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes eléctricas por inducción —fenómeno que permite transformar energía mecánica en energía eléctrica— se ha convertido en una de las formas de energía más importantes para el desarrollo tecnológico debido a su facilidad de generación y distribución y a su gran número de aplicaciones.
  3. 3. ELECTRIZACIONCuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargaseléctricas, se dice que ha sido electrizado.
  4. 4. • CARGAS POSITIVAS,NEGATIVAS Y NEUTRAS
  5. 5. ATRACCION Y REPULSION DE CARGAS ELECTRICAS
  6. 6. CONSERVACION DE LAS CARGAS ELECTRICAS• Este principio indica que la cantidad de cargas eléctricas de un sistema aislado es constante, es decir se conserva, ya que puede presentarse un intercambio o movimiento de carga de un cuerpo a otro, pero no se crea ni se destruye.• La unidad de carga eléctrica en el S. I. se denomina coulomb o culombio (C ).• La carga mínima o carga elemental es la carga del electrón representada por la letra ( e ). Cualquiera otra carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, será igual ala carga de un numero entero de electrones.• Su equivalencia con la carga de un electrón es:
  7. 7. CONDUCTORES Y AISLANTES• CONDUCTORES: Son materiales que conducen electricidad con facilidad, ejemplo: algunos metales ( oro , cobre, aluminio, etc.)
  8. 8. • AISLANTES: Son medios materiales en que las cargas eléctricas no se transmiten, estas sustancias son denominadas aislantes o dieléctricos, ejemplo: la seda, el vidrio, la madera , la porcelana etc.
  9. 9. CARGAS POR CONTACTO Y CARGAS POR INDUCCION• CARGAS POR CONTACTO:
  10. 10. • CARGAS POR INDUCCION:
  11. 11. POLARIZACION DE LAS CARGAS ELECTRICAS
  12. 12. FUERZAS ENTRE CARGAS ELECTRICAS• LA LEY DE COULOMB. Las fuerzas eléctricas de atracción o de repulsión entre dos cargas puntuales, q1 y q2 es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.• Donde: ECUACION:• F es la fuerza de repulsión o atracción.• K es la constante dieléctrica, cuyo valor es :• K = 9 x 109 N x m2/C2• q1 y q2 son las cargas puntuales• r. es la distancia que separa las cargas
  13. 13. EJEMPLO 1Dos cargas puntuales se encuentran cargadas con 3μC y -4 μC . Si acercan a unadistancia de 1 cm, ¿Cuál es la fuerza de atracción entre ellas?SOLUCION: SITUACION:q1 = 3μC = 3 x 10-6C F Fq2 = -4μC = -4 x 10-6 C + -r = 1 cm = 0,01 m r = 0,01 mK = 9 x 10 9 N*m2/C2 -6 q1 = 3 x 10 C q2 = -4 x 10-6 C
  14. 14. • EJEMPLO 2• Dos cargas puntuales positivas de 3μC y 4μC están en el aire separadas 2 cm. Calcular la fuerza resultante que las cargas ejercen sobre otra también positiva de 2 μC situada en el punto medio de la línea que une las dos primeras.• SOLUCION: SITUACION:• q1 = 3 μC = 3 x 10 -6 C r = 0,02 m• q2= 4 μC = 4 x 10 -6 C• r = 2 cm = 0,02 cm + F2 + F1 +• F =? 0,01 m 0,01 m• q3 = 2 μC = 2 x 10 -6 C q1 = 3 x 10 -6 C q3 = 2 x 10 -6 C q2 = 4 x 10 -6 C
  15. 15. LA FUERZA ELECTRICA EN OTROS MATERIALES• VALORES DE LA CONSTANTE DIELECTRICA Kd ECUACION
  16. 16. • EJEMPLO 1• Calcular la fuerza entre dos cargas cuyos valores son: -1 C y 2 C, que se encuentra en el agua separadas una distancia de 1 cm.• SOLUCION• q1 = 1 C• q 2= 2 C• r = 1 cm• Kd = 81
  17. 17. • EJEMPLO 2• Una carga puntual positiva de 2 μC se encuentra separada 50 cm de otra carga negativa de 5 μC. Determinar la fuerza con la que interactúan cuando se encuentran en el aire y cuando se encuentran en el aceite.• SOLUCION: SITUACION• q1 = 2μC = 2 x 10 -6 C q1 = 2 x 10-6 C q2 = -5 x 10-6 C• r= 50 cm = 0.5 m• q2 = -5 μC = -5 x 10 -6 C F F• F aire = ? + -• F aceite = ? r = 0,5 m• Kd aire = 1• Kd aceite = 4,6
  18. 18. MEDIDAS DE LA FUERZA ELECTROSTATICA α T α Fe w
  19. 19. • ECUACIONES:
  20. 20. • EJEMPLO:• Calcular la fuerza que se ejerce sobre una carga puntual de 5 μC por la acción de otras dos cargas eléctricas de 2 μC cada una , también puntuales, situadas todas ellas en los puntos representados en la figura.• SOLUCION: SITUACION:• q1 = 5μC = 5 x10 -6 C• q2 = 2 μC= 2 x 10 -6 C q2 = 2 x 10-6 C q1 = 5 x 10-6 C q3 = 2 x 10-6 C• q3= 2 μC = 2 x 10 -6 C + + - F2-1 F2-3 2m
  21. 21. La fuerza neta es:
  22. 22. CAMPO ELECTRICO Y POTENCIAL ELECTRICO• CAMPO ELECTRICO: Es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.1 Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación:
  23. 23. • Líneas de fuerza.
  24. 24. • Sentido de los campos de fuerza
  25. 25. INTENSIDAD DEL CAMPO ELECTRICO• La intensidad del campo eléctrico (E) en un punto dado es el cociente entre la fuerza (F) que el campo ejerce sobre una carga de prueba situada en ese punto y el valor (q) de dicha carga.•• ECUACIONESE.se expresa en: N/C.
  26. 26. • EJEMPLO:• Calcular la norma y la dirección de la fuerza que experimenta una carga negativa de 6 x 10 -9 C, si se encuentra dentro de un campo eléctrico de intensidad 4 N/C• SOLUCION:• F=?• q = - 6 X 10 -9 C• E = 4 N/C• La magnitud de la fuerza es de -24 x 10 -9 N, el signo indica que la dirección es opuesta a la del campo eléctrico por tratarse de una carga negativa.
  27. 27. CAMPO ELECTRICO ORIGINADO POR CARGAS PUNTUALES• CAMPO ELECTRICO PRODUCIDO POR UNA CARGA PUNTUAL• ECUACIONES Como
  28. 28. • CAMPO ELECTRICO PRODUCIDO POR VARIAS CARGAS PUNTUALES• ECUACION:
  29. 29. • CAMPO ELECTRICO PRODUCIDO POR CARGAS ESFERICAS• ECUACION• EJEMPLO:• La figura muestra la disposición de tres cargas puntuales: Q1 = -3 μC , Q2 = 2 μC y Q3 = -2 μC , ubicadas cada uno de los ejes de un sistema tridimensional. Determinar la intensidad del campo eléctrico en el origen del sistema de referencia.
  30. 30. GRAFICA• SOLUCION: A -3 μC• QA = - 3 μC = - 3 x 10 -6 C• QB = 2 μC = 2 x 10 -6 C 9 cm• QC = - 2 Μc = - 2 x 10 -6 C EA• ER = ? EB B +2 μC EC 6 cm C -2 μC 7 cm
  31. 31. POTENCIAL ELECTRICO• ENERGIA POTENCIAL ELECTRICA En ambos sentidos la energía potencial disminuye
  32. 32. • POTENCIAL ELECTRICO: En el punto del campo eléctrico es la energía potencial de la unidad de carga positiva en ese punto.• La unidad del potencial eléctrico en el S.I. es el voltio (V) que equivale a J/C.• ECUACION:• V, es potencial eléctrico• Ep, es energía potencial• q, es la carga puntual. y
  33. 33. • EJEMPLO: Dos cuerpos A y B de dimensiones pequeñas tienen cargas eléctricas de 3,0 x 10 -9 C y 6,0 x 10 -9 C respectivamente. Si A y B se encuentran fijos como se muestra en la figura , determinar el potencial eléctrico creado en el punto p y en q por las cargas.• SOLUCION:• QA = 3,0 X 10 -9 C q• QB = 6,0 X 10 -9 C 1 2cm 6 cm P A - + B• Para el punto p. 1 cm 9 cm
  34. 34. • Para el punto q. es:
  35. 35. CAMPO ELECTRICO UNIFORME• DEFINICION: Un campo eléctrico es uniforme si en cualquier punto del campo su dirección e intensidad es la misma.
  36. 36. • ECUACIONES:• EJEMPLO:• El campo eléctrico generado por dos placas paralelas es E = 2,0 x 10 4 N/C, y la distancia entre ellas es d= 5,0 mm. Si un electrón se deja libre y en reposo, cerca de la placa negativa, determinar:• A- La norma, la dirección y el sentido de la fuerza eléctrica que actúa sobre el electrón, si su valor es qe = 1,6 x 10 -19 C.• B- La diferencia de potencial entre las placas.
  37. 37. • SOLUCION: SITUACION• E = 2,0 x 10 4 N/C• d = 5mm = 5 x 10 -3 m• v = 0 m/s• A- P:(x,y) = ?; θ = ? Y F = ?• qe = 1,6 x 10 -19 C• B- ∆V = ?• A- Como el electrón tiene carga negativa, la fuerza que actúa sobre él tiene la misma dirección , pero sentido contrario al del campo eléctrico, es decir, la fuerza esta dirigida de la placa negativa hacia la positiva.• El valor de la fuerza del electrón es:
  38. 38. • La diferencia de potencial entre las placas es:• EJERCICIOS PROPUESTOS DE ELECTROSTATICA.• SENTIDO COMUN RAZONA Y PIENSA• 1- Los camiones que transportan ma-teriales inflamables suelen llevar una ca-dena metálica que comunica la carroceríaCon el suelo. ¿para qué crees que sirve laCadena?. Explica.• 2- Cuando nos acercamos a la pantalla de un televisor en funcionamiento, losVellos del brazo son atraídos por la pantaLla. ¿por qué razón se presenta este hecho?
  39. 39. • 3- ¿Por qué se considera peligroso usaruna sombrilla cuando se presentan descar-gas eléctricas? 4- En el centro interactivo de Maloka dela ciudad de Bogotá existe una representa-cion de lo que se conoce como jaula de Fara-day. Explica la razón por la cual los visi-tantes pueden entrar tranquilos dentrode la jaula.5- ¿Hacia dónde habría que moveruna partícula cargada que se encuentraen un campo eléctrico uniforme paraaumentar su energía potencial eléctrica?Explica tu respuesta.
  40. 40. • 6- Los rayos se caracterizan porgrandes descargas eléctricas, quepueden ser muy peligrosas dopen-diendo del lugar donde se produz-can. ¿Cómo podrías explicar el he-cho de que si esta descarga electri-ca cae sobre un automóvil, los ocu-pantes no corran ningún peligro? EJERCICIOS PROBLEMAS7- Tres cargas están ubicadas en q3 = -3μCLos vértice de un triangulo comoSe observa en la figura. Determina 3 cm 3 cmLa fuerza eléctrica que ejercen q1 yq2 sobre q3 q1 = 2μC q2 = 2μC 3 cm
  41. 41. • 8- Una esfera Q cargada positivamente, se suspende de un hilo, como muestra la figura. Otra esfera B. de igual carga pero de signo contrario, se pone debajo, a una distancia d. si la esfera B permanece en equilibrio, Q + determina: d= 10 cm• A- La fuerza eléctrica con que A atrae a B. B -• B- El valor de la carga de cada esfera. m =10 g• 9- Dos esferas cargadas q1 y q2están ubicadas como se muestra 10 cm en la figura. Determina la masa 10° de la esfera q1 más pequeña. q2 = 10 μC + - q1 = -3 μC 5 cm
  42. 42. • 10- Dos cargas puntuales q1 y q2 están 5 cm 3 cmsobre una línea recta, como se muestraen la figura. Determina la intensidad del + - pcampo eléctrico en el punto P. q1 = 6 μC q2= -5 μC11- Una esfera cargada se ata a una cuerdaY se pone dentro de un campo eléctrico, como 480 V 0VSe muestra en la figura.Si la esfera tiene una masa de 40 mg, determina + - + 6 cm -Qué tipo de carga tiene la esfera y su valor. + 20° - + + -12- Calcula el trabajo realizado al trasladar una + - + -Una carga de 2μC desde un punto cuyo potencial + - +es de 120 V a otro cuyo potencial es de 20 V + -
  43. 43. • ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS• 1- Consultar:• 1.Algunas aplicaciones electrostática,• 1.1- Blindaje electrostático.• 1.2- El generador de Van der Graff.• 1.3- El experimento de Millikan.• 1.4- Capacitancia de un conductor: condensadores.• 2- Lectura física:• Potencial electico corporal.• 3- Laboratorios:• 3.1-Lineas equipotenciales y de campo eléctrico.• 3.2- Carga eléctrica.

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