electrostática

¿Por qué tantas cosas en este mundo comparten las mismas características?

• El hombre llegó a comprender que la materia de la que está hecho el mundo, es realmente un conglomerado de unos pocos bloques constructivos fundamentales.

Aquí la palabra "fundamental" es una palabra clave.

• Cuando decimos bloques constructivos fundamentales, significa objetos que son simples y sin estructura -- no están hechos con otros objetos más chicos.

¿Es el átomo fundamental?

• Alrededor de 1900, la gente pensaba que los átomos eran pequeñas bolitas .

¿Es el núcleo fundamental?

• Muchos años más tarde, los científicos descubrieron que el núcleo está compuesto de protones (p) y neutrones (n).

¿Son fundamentales los protones y los neutrones?

• Resulta que incluso los protones y los neutrones no son fundamentales -- están compuestos por partículas más fundamentales llamadas quarks.

Los físicos ahora creen que los quarks y los electrones SON fundamentales. (Sin embargo, ésta es una pregunta que sólo puede responderse en forma experimental.)

El modelo atómico distorsionado

Si esta figura estuviera dibujada a escala, con los protones y neutrones de 1 centímetro de diámetro, entonces los electrones y los quarks serían más pequeños que el diámetro de un cabello y el diámetro del átomo entero sería más grande que el largo de 30 campos de fútbol.

Los quarks y la escala de las cosas

Se sabe con certeza que los quarks y electrones son más pequeños que 10-18 m. También es posible que los quarks y electrones no sean fundamentales sino que estén compuestos de partículas más fundamentales.

• Para explicar como se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está hecha de átomos, y los átomos de partículas cargadas, un núcleo rodeado de una nube de electrones.

• Normalmente, la materia es neutra, tiene el mismo número de cargas positivas y negativas.

Algunos átomos tienen más facilidad para Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros.perder sus electrones que otros.

De estos experimentos se concluye que:

1. La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas denominadas positivas y negativas. Los objetos no cargados poseen cantidades iguales de cada tipo de carga. Cuando un cuerpo se frota los electrones se transfiere de un cuerpo al otro. En cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado la carga total o neta no cambia.

2. Los objetos cargados con carga del mismo signo, se repelen.

3. Los objetos cargados con cargas de distinto signo, se atraen.

Conductores, semiconductores, y

aisladores (dieléctricos)

Una comparación de las magnitudes relativas de las conductividades eléctricas de varios materiales (facilidad para conducir electrones).

FLORENCIO PINELA/ICF/ESPOL

Los materiales conductores permiten que los electrones se transporten a traves de ellos. Los

dielectricos (aislantes) no permiten el paso.

FLORENCIO PINELA/ICF/ESPOL

CARGA DE UN CONDUCTOR POR CARGA DE UN CONDUCTOR POR CONTACTOCONTACTO

Los electrones libres son atraidos y se Los electrones libres son atraidos y se transportan hacia la barra cargada transportan hacia la barra cargada

positivamente, neutraliza alguna carga positivamente, neutraliza alguna carga positiva y deja a la barra metalica cargada positiva y deja a la barra metalica cargada

positivamente (b).positivamente (b).

FLORENCIO PINELA/ICF/ESPOL

CARGA DE UN CONDUCTOR POR CARGA DE UN CONDUCTOR POR INDUCCIONINDUCCION

Al acercarse la barra cargada positivamente, atrae electrones libres de la barra conductora, estos electrones libres dejan a sus atomos con carga positiva. La carga

neta de la barra metalica sigue siendo neutra.

La Ley de Coulomb (1785)

Charles Augustin de Coulomb utilizó un péndulo de torsión para establecer la “Ley de Coulomb”

rr

qqkF ˆ

221

La Ley de Coulomb (1785)

Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas

e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

rr

qqkF ˆ

221

K: la constante de proporcionalidad en la Ley de Coulomb

k la constante electrical Nosotros utilizaremos el SI, en este caso k

es igual a:8.98 x 109 N·m2/C2

k está conformada por otras dos constantes =3.1415928…. 0 = 8.854 x 10-12 C2/(N·m2)

Llamada la permitividad del espacio libre (vacío)

2

29

0 C

mN109

4

1

k

El producto de q1 y q2

Si el producto de, q1q2 ,es negativo la fuerza es de atracción

Si el producto de, q1q2 ,es positivo la fuerza es de repulsión

Las fuerzas de atracción o repulsión que actúa Las fuerzas de atracción o repulsión que actúa sobre cada una de las partículas tienen la sobre cada una de las partículas tienen la misma magnitud,misma magnitud, sin importar que las cargas sin importar que las cargas tengan valores diferentestengan valores diferentes

q1 vale 1 mC y q2 vale 20 mC. Qué es verdad?

a) F12 > F21 b) F12 < F21 c) F12=F21

Las fuerzas de atracción o repulsión que actúa sobre Las fuerzas de atracción o repulsión que actúa sobre cada una de las partículas tienen la misma magnitud,cada una de las partículas tienen la misma magnitud, sin importar el valor de las masas de las partículas sin importar el valor de las masas de las partículas

1823proton electronM m

Si la distancia entre las particulas se reduce a la mitad,

la fuerza entre ellas se hace cuatro veces la fuerza entre ellas se hace cuatro veces mayor.mayor.

¿Qué pasa cuando se consideran

más de dos cargas?

• Cuál es la fuerza sobre q cuando tanto q1 y q2 están presentes??

– La respuesta: igual que en mecánica, tenemos el

Principio de Superposición:• La fuerza total sobre el objeto es la

suma vectorial de las fuerzas inviduales.

2

F

F1

F2

q

+q1

+q2

• Si q2 fuera la única otra carga, conoceríamos la fuerza sobre q debida a q2 .

• Si q1 fuera la única otra carga, conoceríamos la fuerza sobre q debido a q1 .

F

= F1

+ F2

La ley de coulomb y el principio de La ley de coulomb y el principio de superposiciónsuperposición

La fuerza neta sobre cualquier carga es la suma vectorialsuma vectorial de

todas las fuerzas actuando sobre ella

Cual serCual seríía la fuerza neta sobre Qa la fuerza neta sobre Q33

producida por Qproducida por Q1 1 y Qy Q22??

Ejemplo: Determine el valor de la fuerza Ejemplo: Determine el valor de la fuerza electrica sobre la carga Qelectrica sobre la carga Q33..