Download - Electrostática II
Prof. Pedro Eche Querevalú
CTA
5to de Secundaria
2011
Contenido Temático
Recursos
Evaluación
Bibliografía
Créditos
Presentación
Inicio
En todos los ámbitos de la vida moderna podemos
encontrar hoy en día muchos dispositivos y equipos
que emplean motores eléctricos de diversos modelos,
tamaños y potencias para realizar un determinado
trabajo. Todos ellos, sin excepción, funcionan con
corriente alterna (C.A.), o de lo contrario con corriente
directa (C.D.), conocida también como corriente
continua (C.C.). Sin embargo, la mayoría de los
dispositivos y equipos que requieren poca potencia
para poner en funcionamiento sus mecanismos
emplean solamente motores de corriente directa de
pequeño tamaño, que utilizan como fuente
suministradora de corriente eléctrica o fuerza
electromotriz (F.E.M.) pilas, batería, o un convertidor de
corriente alterna en directa.
Presentación
Vista interna de un pequeño motor de
corriente directa (C.D. o C.C.) de 3
volt, alimentado por dos pilas tipo AA,
de 1 ½ volt cada una, conectadas en
serie.
Inicio
EL CAMPO ELÉCTRICO
LA INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO
ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA
POTENCIAL ELÉCTRICO
CONDENSADOR ELÉCTRICO
ENERGÍA ELÉCTRICA ALMACENADA POR UN CONDENSADOR
ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES
PROBLEMAS RESUELTOS
Contenido Temático
Inicio
CAMPO ELÉCTRICO: ELa fuerza eléctrica es, al igual que la fuerza gravitacional, una fuerza a
distancia. Una carga eléctrica puede ejercer una fuerza eléctrica sobre
otra carga a través del medio que la rodea, sin la necesidad del contacto
directo. Para comprender este hecho se introduce el concepto de CAMPO
ELÉCTRICO.
“EL CAMPO ELÉCTRICO es el medio que le permite a un cuerpo cargado
eléctricamente ejercer una fuerza eléctrica sobre otro cuerpo cargado o
polarizado”.
Campo eléctrico creado en el punto P por una carga de fuente q1 positiva (a) y por
una otra negativa (b).
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Inicio
INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICOPara determinar la intensidad del campo eléctrico en una región determinada del
espacio se utiliza una carga de prueba positiva (por convención) q0. Si
observamos la acción de una fuerza eléctrica sobre esta carga de prueba
entonces existe un campo eléctrico.
La intensidad del campo eléctrico (E) es el cociente entre la fuerza eléctrica (F)
que experimenta una carga de prueba positiva (q0) y el valor de la carga de
prueba.
En el SI el campo eléctrico se mide en N/C
El campo eléctrico es una magnitud vectorial, su dirección y sentido en un
punto del espacio es igual que la dirección y sentido de la fuerza que actúa sobre
una carga de prueba positiva colocada en dicho punto.
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0q
FE
Inicio
LA INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO GENERADO POR UNA ESFERA O CARGA PUNTUAL
Acabamos de definir cómo medir la intensidad del campo eléctrico en un punto del
espacio sin importarnos qué carga eléctrica genera dicho campo. No obstante
podemos calcular la intensidad del campo en un punto del espacio en función de la
carga puntual o esférica Q que genera el campo, usando la ley de Coulomb.
Unidades SI
E= N/C
2
0
2
0
0
.
..
d
QkE
q
d
qQk
E
q
FE
Inicio
LÍNEAS DE FUERZA ELÉCTRICASPara representar el campo eléctrico que no
observamos utilizamos unas líneas imaginarias
llamadas líneas de fuerza también llamados líneas de
campo.
“Son líneas imaginarias que representa al campo
eléctrico que no observamos”. Se dibujan siguiendo la
trayectoria de una partícula cargada positivamente en el
interior del campo.
Otra definición: Son líneas imaginarias que ayudan a
visualizar cómo va variando la dirección del campo
eléctrico al pasar de un punto a otro del espacio. Indican
las trayectorias que seguiría la unidad de carga positiva
si se la abandona libremente, por lo que las líneas de
campo salen de las cargas positivas y llegan a las
cargas negativas.
La densidad de líneas de fuerza en una región del
espacio es directamente proporcional a la intensidad de
campo eléctrico.
Las líneas de campo creadas por una carga
positiva están dirigidas hacia afuera; coincide con
el sentido que tendría la fuerza electrostática sobre
otra carga positiva.
Inicio
PROBLEMACalcula la fuerza que experimenta una carga eléctrica positiva de 10 µC cuando se coloca
dentro de un campo eléctrico de valor 800 N/C dirigido hacia la derecha.
Datos:
1 µC=10-6 C
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Calculamos la fuerza eléctrica usando la intensidad del
campo eléctrico.
Rpta:- La fuerza eléctrica es igual a 8.10-3 N y está
dirigida hacia la dercha
NF
NF
CNCF
EqF
q
FE
3
26
6
0
0
10.8
)10.8)(10.(10
)/800)(10.(10
.
Inicio
ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICAPara calcular la energía potencial eléctrica es necesario fijar un punto de referencia en el
cual se considere que la carga q tiene una energía potencial eléctrica igual a cero. Tal
punto está a una distancia infinita de la carga Q.
“La energía potencial eléctrica (U) que posee una carga (q) en un punto P situado a
una distancia (d) de la carga (Q), es igual al trabajo externo necesario para traer la
carga (q) desde el infinito hasta el punto P en contra de la fuerza eléctrica”
Unidades
La energía y el trabajo se expresan en Joules (J)
La energía potencial eléctrica puede ser positiva o negativa, esto se debe a que el
trabajo externo puede ser a favor del movimiento (cargas de igual signo) o en contra del
movimiento (cargas de signos diferentes).
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d
qQkU
WU
p
Pexterno
p
..
Inicio
POTENCIAL ELÉCTRICO (V)Las cargas eléctricas generan un campo eléctrico a su alrededor, lo que les permite
ejercer fuerzas a distancia. Si utilizamos el concepto de energía en lugar de fuerza, los
campos eléctricos tienen la propiedad de proporcionar energía potencial eléctrica a
cualquier carga que se coloque en el interior del campo. Tal propiedad se mide con una
magnitud escalar llamada potencial eléctrico.
“El potencial eléctrico (V) en un punto P del campo eléctrico se calcula como el
cociente entre la energía potencial eléctrica (U) proporcionada a una carga de
prueba positiva (q0) en dicho punto y el valor de dicha carga de prueba”
El potencial eléctrico en un punto P en términos de la carga eléctrica Q que genera
el campo eléctrico se calcula:
Unidades SI
Potencial eléctrico en voltios(V)
1V=1J/C
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0q
UV
p
p
d
QkV
q
d
qQk
Vq
UV pp
p
p .
..
0
0
0
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EL CONDENSADOR ELÉCTRICOUn condensador eléctrico es aquel dispositivo
capaz de retener cargas eléctricas de manera que
la energía potencial eléctrica quede almacenada.
Allá por el año 1745, el físico holandés Pieter Van
Musschenbrock, de la Universidad de Leyden,
descubrió que las cargas eléctricas podían ser
almacenadas en una botella de vidrio forrada por
una fina capa de estaño, por dentro y por fuera, y
cuya capa metálica interior estaba en contacto
mediante un conductor a un generador
electrostático.
El condensador eléctrico más simple es el
condensador de placas paralelas, formado por dos
láminas metálicas muy finas A y B, separadas y
aisladas una de la otra por una lámina delgada de
un material dieléctrico, como por ejemplo el
plástico.
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¿Cómo se carga un condensador?En la antigüedad los condensadores se cargaban mediante un generador electrostático
(generador de Van der Graff o de Wimshurst). Hoy podemos cargar fácilmente un
condensador conectándolo a una batería. La batería polariza las placas matálicas
generando una diferencia de potencial entre ellas conocida como voltaje.
La cantidad de carga q que almacena un condensador depende directamente del voltaje V
que aplica la batería.
Donde:
Q se expresa en coulomb (C)
V en voltios (V)
C es una constante llamada capacidad eléctrica que depende de la geometría del
condensador y se expresa en faradios (F).
1F= 1 C/V
Como un faradio es una unidad muy grande generalmente se usan submúltiplos, como el
microfaradio (1µF=10-9 F)
O el nanofaradio (1 nF=10-9 F)
VCq .
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Energía eléctrica almacenada por un condensadorPara calcular la energía eléctrica
almacenada por un condensador
usamos la siguiente fórmula:
En el SI:
U es la energía se expresa en
Joules (J)
VqU .2
1
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ASOCIACIÓN DE CONDENSADORESEn SERIELas placas van conectadas una a continuación de otra; la primera placa y la última se
conectan a una diferencia de potencial V. En este tipo de asociación cada condensador
almacena la misma cantidad de carga y la diferencia de potencial total se reparte para
cada condensador.
Se cumple:
qtotal = q 1=q 2=q3
Vtotal = V 1+ V 3+ V4
321
1111
CCCCtotal
V
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ASOCIACIÓN DE CONDENSADORESEn PARALELOCada condensador es conectado a la misma diferencia de potencial entre sus placas.
En este tipo de asociación cada condensador almacena la carga proporcional a su
capacidad.
Se cumple:
qtotal = q 1+q 2+q3
Vtotal = V 1= V 2= V3
Ctotal = C1 + C2 + C3
Inicio
PROBLEMA
¿Cuál es la máxima y mínima capacidad equivalente que se puede obtener con tres
condensadores 20 µF , 30 µF y 60 µF?.
IMPORTANTE
La máxima capacidad se obtiene en una asociación en paralelo, y la mínima en una
asociación en serie.
Máxima capacidad (PARALELO):
Ctotal = C1 + C2 + C3
Ctotal=20 µF + 30 µF + 60 µF
Ctotal= 110 µF
Mínima Capacidad (SERIE):
FCFC
FFFC
CCCC
total
total
total
total
11010
11
60
1
30
1
20
11
1111
321
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Actividades interactivas
Recursos
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lúdicas
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Créditos
Electrostática II - introducción
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/af_motor_cd/af_motor_cd_1.htm
Condensador eléctrico
http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=36
Condensador teoría
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/plano/plano.htm
Condensadores
http://andreita1124.blogspot.com/2008/07/electricidad_22.html
Electrostática
http://www.ifent.org/lecciones/electrostatica/eletica21.asp
Cargas eléctricas
http://www.angelfire.com/empire/seigfrid/Portada.html
Cargas eléctricas
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_electrostatica/ke_electrostatica_1.htm
Imagen
http://www.telefuerza.com/sabias_que/archivos/c48baa_20070610192344-rayo.jpg
Experimento
http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/act_permanentes/conciencia/experimentos/electrostatica.ht
m
Simulaciones
http://www.educaplus.org/cat-66-p1-
Electrost%C3%A1tica_F%C3%ADsica.html?PHPSESSID=qrkdiltr
Experimentos sencillos de electrostática
http://fs210secc1002.wordpress.com/electrostatica/
Campo eléctrico
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/campo_electr.html
Campo y potencial eléctrico de una carga puntual
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/campo/campo.htm