fuerza electrica y campo magnetico

Luis Angelats Silva

La Fuerza elctrica y Campos elctricos

Curso: Curso:

09/11/2014

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

Departamento de Ciencias rea de Fsica

FISICA GENERAL 2014 - II

Dr. Luis M. Angelats Silva [email protected]

1. P. Tippens, Fsica Conceptos y Aplicaciones, 7ma Edicin 2011 2. Wilson Buffa Lou; Fsica, 6ta edicin; 2007 3. Sears-Zemansky-Freedman_Young, FISICA UNIVERSITARIA, Volumen I.

4. P. Tipler-G. Mosca, Fsica para la ciencia y la tecnologa, Vol I, 6ta Edic.

Textos de referencia:

09/11/2014

ELECTROSTTICA:

La electrosttica es el estudio de las cargas elctricas en reposo, de las fuerzas que se

ejercen entre ellas y su comportamiento en los materiales.

Benjamn Franklin (17061790 ): ..existen dos tipos de cargas elctricas, POSITIVAS Y NEGATIVAS

1. CARGA ELCTRICA:

Luis Angelats Silva Cargas iguales se repelen y cargas diferentes se atraen

09/11/2014 Luis Angelats Silva

Observacin:

Barra de vidrio Barra de plstico

Seda Lana o pao

Las cargas elctricas siempre se conservan: Las cargas elctricas no se crean ni se destruyen solo se

transfieren.

El tomo:

Representacin interior del tomo de carbono. Su

ncleo est compuesto por seis protones y seis

neutrones. Los seis electrones del tomo estn

distribuidos en dos capas orbitales


2. Ionizacin:

Es decir: en la naturaleza existe una mnima carga o quantum (paquetes discretos) de

electricidad que es la carga negativa que posee el electrn o la positiva del protn; y no se

encuentran fracciones de sta.

La carga est cuantizada (1909, Robert Milikan):

q = Ne, N = 1, 2, 3, . . . , e carga elemental: 1.602 x 10-19 [C]

Cuntos electrones tendran que ser quitados de una moneda para dejarla con una carga

de +1.0 x 10-7 C?

Luis Angelats Silva

10-20

10-15

10-10

10-5

10 0

10 5

(-1 .cm-1) Ag, Cu

Fe Conductores

(Metales) InSb

Ge

Se

Si

Semiconductores

Politileno

Mica

Diamante

Dielctricos

Conductividad

3. Aislantes y conductores:

Los conductores elctricos son materiales en el cual algunos de los electrones son libres,

no estn unidos a tomos y pueden moverse con libertad a travs del material, mientras que

los aislantes son materiales en los cuales todos los electrones estn unidos a tomos y no

pueden moverse libremente.

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4. Carga mediante INDUCCIN:

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Para cargar un objeto por induccin no es necesario

que tenga contacto con el objeto que induce la carga,

a diferencia de cuando un objeto se carga por

frotamiento (por conduccin).

Esfera metlica

neutra

Redistribucin de

los electrones en la

esfera

Fuga de algunos

electrones por el

alambre a tierra

Esfera con mayor

carga positiva sin

distribucin

uniforme

Redistribucin de los

electrones, pero con

carga positiva neta

Carga de un electroscopio por

induccin


Por qu un peine cargado

puede atraer trocitos de papel?

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5. LEY DE COULOMB

Balanza de torsin de

Coulomb, utilizada para

establecer la ley del cuadrado

inverso para una fuerza

elctrica entre dos cargas.

Los experimentos de Coulomb mostraron que la fuerza

elctrica entre dos partculas estacionarias cargadas:

es inversamente proporcional al cuadrado de la

separacin entre las partculas y dirigida a lo largo de la

lnea que las separa;

es proporcional al producto de las cargas q1 y q2 de las partculas;

es atractiva si las cargas son de signo opuesto y repulsiva

si las cargas son del mismo signo.

221

rqq

kF Ley de Coulomb

k (constante de Coulomb) = 9 x 109 N. m2/C2

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Ejemplo 1: Comparacin entre la fuerza elctrica con la fuerza gravitatoria

Una partcula (alfa) es el ncleo de un tomo de helio. Tiene una masa de m = 6.64 x 10-27 kg y una carga de q = +2e = 3.2 x 10-19 C. Compare la fuerza de la

repulsin elctrica entre dos partculas con la fuerza de la atraccin gravitatoria

que hay entre ellas.

Solucin:

Usar:

Con G = 6.67 x 10-11 N.m2/kg2

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Superposicin de fuerzas:

Para cuatro cargas presentes, la fuerza

resultante ejercida por la partculas 1, 2 y 3 sobre

la partcula q0 es de:

302010 FFFF

Rpta: 200 N (a la derecha)

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Solucin


Ejercicios adicionales de aplicacin de ley de Coulomb

1. Una carga puntual negativa de 1 C est situada en el origen de un sistema de

coordenadas rectangulares. Una segunda carga puntual negativa de 100 C est

situada en el eje x positivo a una distancia de 500 mm del origen. Cul es la fuerza

sobre la segunda carga?. Rpta: F = (+3.6 N) (a la derecha)

2. Considere tres cargas puntuales ubicadas en las esquinas de un tringulo rectngulo

como se muestra en la figura. Donde q1 = q3 = 5 C., q2 = -2.0 C, y a = 0.10 m.

Encontrar la magnitud de la fuerza resultante que se ejerce sobre q3. Rpta: F3 = 7.98 N


6. EL CAMPO ELCTRICO:

El campo elctrico en un punto en el espacio es definido como

la fuerza elctrica F actuando sobre una carga de prueba positiva

q0 ubicada en aquel punto dividido por la magnitud de la carga de

prueba:

Un campo elctrico se dice que existe en la regin del espacio alrededor de un objeto cargado.

0qF

E

[N/C]

Fuerza sobre una carga q0 debido al campo elctrico:

EF

oq

Rayo sobre la cpula de la Baslica de

San Pedro debido a la presencia de un

campo elctrico.

Cul es la fuerza sobre un electrn situado

en un punto donde el campo elctrico es E =

(4.0 x 104 N/C) i ?

0qF

E

F

F

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Ejemplos de presencia de campos elctricos

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Clculo de la intensidad de campo elctrico de una carga puntual q :

Como: rF

20

rqqk

0qFE

rE

2rqk

y:

2rqkEMagnitud:

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Solucin

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El campo elctrico en un punto P debido a un grupo de cargas fuente se

expresa como:

ii i

i

rqk rE

2

ri , es la distancia desde la i-sima carga fuente

qi hasta el punto P.

..EEEE 321

Clculo de Campos elctricos:

Superposicin de campos elctricos

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Ejercicios de clculo de campos elctricos:

1. Una carga q1 = 7.0 C es localizada en el origen, y una segunda carga q2 = -5C esta

ubicada sobre el eje x, 0.30 m desde el origen (Fig. 1). Encontrar el campo elctrico en el

punto P, el cual tiene coordenadas (0;0.40) m. Rpta: (1.1 x 105 i + 2.5 x 105 j) N/C.

2. Dos cargas puntuales q1 y q2 de +12 nC y -12 nC, respectivamente, estn separadas por

una distancia de 0.10 m (Fig. 2). Esta combinacin es denominada dipolo elctrico. Calcule

el campo elctrico E total: (a) en el punto a, (b) en el punto b y (c) en el punto c.

Rptas:

Fig. 1 Fig. 2


7. LINEAS DE CAMPO ELCTRICO:

La lneas de campo elctrico estn relacionadas al campo elctrico en una regin del

espacio en la siguiente manera:

El vector E del campo elctrico es tangente a la lnea del campo elctrico en cada punto.

Las lneas de campo estarn cercanas donde el campo elctrico sea intenso y separadas donde el campo sea

dbil.


Actividad 1: Represente un campo vectorial de fuerzas electrostticas para (a) un dipolo, (b)

una carga puntual positiva, (c) una carga puntual negativa, (d) un cuadripolo, (e) un

condensador y (f) una esfera con carga positiva. Use

Fuente: http://www.xtec.cat/~ocasella/applets/elect/appletsol2.htm

Lneas de campo elctrico

Vectores fuerzas:

EF q

Ejemplo de un campo vectorial de Lneas de campo elctrico para un dipolo elctrico.


Lneas de campo elctrico +2C

F?

Campo vectorial de Lneas de campo elctrico, E para una carga puntual

Cul es la fuerza F sobre

+2C?.


Campo vectorial de Lneas de campo elctrico, E para un cuadripolo

F?

Lneas de campo elctrico

+2C

Cul es la fuerza F sobre

+2C?.

fuerza electrica y campo magnetico

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