unidad electrostatica(ob)

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Unidad: Electrostática. Por: Marcos Guerrero Marcos Guerrero 1

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Page 1: Unidad electrostatica(ob)

Unidad: Electrostática.

Por: Marcos Guerrero

Marcos Guerrero 1

Page 2: Unidad electrostatica(ob)

INTRODUCCIÓN.

Marcos Guerrero 2

•Conocido desde la antigüedad por los griegos como elektron que significa ámbar (mineral amarillento que proviene de la fosilización de resinas de árboles de madera blanda), que era una piedra que al frotarla con seda atraía pedazos de papel.

•La materia, bajo ciertas condiciones, adquiere propiedades especiales: Atracciones y Repulsiones.

•Estudio Científico lo inicio Benjamín Franklin.

•Fenómeno de la Naturaleza que se conoce desde hace 2500 años.

Page 3: Unidad electrostatica(ob)

ELECTROSTÁTICA.

Es la parte de la electricidad que estudia las cargas eléctricas en reposo.

ESTRUCTURA DE LA MATERIA.

La materia está compuesta por moléculas y estás a su vez de átomos. El

átomo a su vez está compuesto por:

Un núcleo muy denso formado por protones cargados positivamente y de

neutrones sin carga.

Una nube electrónica que posee electrones muy livianos cargados

negativamente.

Marcos Guerrero 3

Definición.

Page 4: Unidad electrostatica(ob)

El átomo por su naturaleza es neutro, esto significa que el número de

protones es igual al número de electrones.

Marcos Guerrero 4

Page 5: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 5

A (número másico o masa atómica) = número de

protones + número de neutrones.

Z (número atómico)= número de protones o número de

electrones.

N (número neutrónico) = número de neutrones.

N = A-Z

Partícula Masa (kg) Carga eléctrica (C)

Neutrón 1,67492x10-27 0

Electrón 9,1095x10-31 -1,6021917x10-19

Protón 1,67261x10-27 +1,6021917x10-19

Page 6: Unidad electrostatica(ob)

Existen partículas más pequeña que el átomo llamadas Quartz,

aunque existe evidencia experimental que no existen Quartz

libres. Los Quartz poseen cargas eléctricas que son una

fracción de la carga eléctrica del electrón.

e3

2

e3

2

e3

1Protón

Marcos Guerrero 6

Page 7: Unidad electrostatica(ob)

CARGA ELÉCTRICA. En la materia, la carga eléctrica, se manifiesta cuando existe un desequilibrio entre

los protones y electrones de uno o varios de los átomos que componen la materia, es

decir, cuando los átomos ganan o pierden electrones por un exceso de energía debido

a algún fenómeno externo.

Son los electrones (especialmente los electrones libres o electrones de

conducción, que son aquellos que se encuentran en la ultima órbita de un átomo y

que no están enlazados con otros átomos) los que se movilizan de un lugar a otro

debido a que se encuentran en las nubes electrónicas, son fáciles de arrancarlos y

por lo tanto dan la característica eléctrica a un átomo.

Marcos Guerrero 7

Page 8: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 8

La carga eléctrica en el S.I.: Coulomb (C)

A veces se la mide en:

miliCoulomb ( );

microCoulomb ( );

nanoCoulomb ( ).

CmC 3101

CC 6101

CnC 9101

Cuando un átomo gana o pierde electrones se dice que se ha ionizado.

Page 9: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 9

Page 10: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 10

Page 11: Unidad electrostatica(ob)

Son los electrones los que determinan la carga eléctrica en un material.

TIPOS DE MATERIALES. Existen 4 tipos de materiales y su clasificación depende mucho de los electrones

libres por unidad de volumen que contienen. Estos materiales son:

Conductores.

Aislantes o dieléctricos.

Semiconductores.

Conductores Aislantes Semiconductores

e/cm3 1 1011 1023 0

Marcos Guerrero 11

Page 12: Unidad electrostatica(ob)

CONDUCTORES. Son materiales en los cuales las cargas eléctricas (electrones libres e iones) se pueden

mover con mucha facilidad. Ejemplo: todos los metales, el cuerpo humano, el grafito,

los ácidos, las bases, las sales, la tierra, el agua, etc.

AISLANTES O DIELÉCTRICOS. Son materiales en los cuales las cargas eléctricas se pueden mover con mucha

dificultad. Ejemplo: el vidrio, los plásticos en general, el caucho, la madera seca, el

nylon etc.

Marcos Guerrero 12

Page 13: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 13

Page 14: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 14

SEMICONDUCTORES. Son materiales que se pueden comportar como aislantes o conductores y en los cuáles

se puede cambiar el número de electrones libres por centímetro cúbico mediante

cambios pequeños en las condiciones del material, introduciendo por ejemplo

pequeñas cantidades de impurezas o variando el voltaje aplicado, la temperatura, o la

intensidad de luz que incide en el material. Ejemplo: el silicio, el germanio, etc.

Page 15: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 15

Page 16: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 16

PROPIEDADES DE LA CARGA

ELÉCTRICA. 1. Existen 2 tipos de cargas eléctricas en la naturaleza, positivas y negativas, con la

propiedad de que cargas eléctricas de diferentes signos se atraen y que cargas

eléctricas del mismo signo se repelen.

¿Las fuerzas eléctricas cumplen la Tercera ley de Newton?

Page 17: Unidad electrostatica(ob)

2. La fuerza eléctrica entre las cargas eléctricas varía inversamente

proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

F

r

r

F

F

Marcos Guerrero 17

Page 18: Unidad electrostatica(ob)

¿Qué diagrama muestra correctamente la magnitud de las fuerzas

relativas y las direcciones de las fuerzas electrostáticas en las dos

esferas?

A) B)

C) D)

E) Ninguna de estas pueden ser correctas

Page 19: Unidad electrostatica(ob)

3. La carga eléctrica se conserva en cualquier proceso de carga que tenga lugar en un

sistema aislado; es decir, que si se produce una cierta cantidad de carga eléctrica

de cierto signo en un cuerpo, también debe producirse una igual cantidad de carga

eléctrica de signo contrario en el otro cuerpo.

Marcos Guerrero 19

Barra de vidrio Pedazo de seda

Sistema cerrado

Inicialmente la barra de vidrio y el pedazo de seda están descargados eléctricamente.

Page 20: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 20

Barra de caucho Pedazo de lana

Sistema cerrado

Inicialmente la barra de caucho y el pedazo de lana están descargados eléctricamente.

Ley de conservación de la carga eléctrica: ″ La carga eléctrica en un sistema

debido a un proceso se mantiene constante , es decir, no se crea ni se destruye,

sino que se transfiere de un cuerpo a otro.″

Page 21: Unidad electrostatica(ob)

4. Ley de cuantización de la carga eléctrica: ″ La carga eléctrica está

cuantizada, es decir, la carga eléctrica que adquiere un cuerpo es un

múltiplo entero de la carga del electrón″

q = N e

q: es la carga eléctrica del cuerpo.

N: es un número entero.

e: es la carga eléctrica del electrón.

Marcos Guerrero 21

Page 22: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 22

Page 23: Unidad electrostatica(ob)

PROCESOS PARA CARGAR UN

CUERPO ELÉCTRICAMENTE.

Hay varios tipos:

•Por efecto piezoeléctrico.

•Por efecto fotoeléctrico.

•Por efecto termoiónico.

•Por rozamiento o frotamiento o fricción.

•Por contacto.

•Por inducción.

Marcos Guerrero 23

Page 24: Unidad electrostatica(ob)

FROTAMIENTO O FRICCIÓN

O ROZAMIENTO. Es la ionización de la materia producida por los choques de los átomos de un

cuerpo sobre los átomos de otro cuerpo.

Marcos Guerrero 24

Page 25: Unidad electrostatica(ob)

POR CONTACTO.

Es la transferencia de carga eléctrica de un cuerpo cargado a otro cuerpo

cargado o neutro y que necesita de un contacto físico.

Conclusión: Cuando 2 cuerpos conductores idénticos se ponen contacto

y luego se separan, la carga total del sistema se divide en partes iguales a

cada uno de los cuerpos.

EJERCICIO. Si dos esferas metálicas idénticas de cargas – 14 μC y +6 μC respectivamente, Se

ponen en contacto entre sí, y luego se las separa. Determine la cantidad de

electrones que se transfirieron de una

esfera a otra.

Marcos Guerrero 25

Page 26: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 26

Page 27: Unidad electrostatica(ob)

2 Bolas idénticas de metal tienen cargas eléctricas de +5C y -1C

respectivamente. Cada una siente una fuerza de magnitud F.

A: La misma que antes. B: Se intercambian las cargas eléctricas: la primera se vuelve -1 C , y la segunda se vuelve +5 C C: +3 C en cada una. D: +2 C en cada una. E: No hay suficiente información

Ahora se ponen en contacto entre si y luego regresan a sus posiciones originales. ¿Cuál es la carga de cada uno ahora?

r

+5C -1C

Page 28: Unidad electrostatica(ob)

INDUCCIÓN Y CONEXIÓN A

TIERRA.

Marcos Guerrero 28

Page 29: Unidad electrostatica(ob)

INDUCCIÓN.

La inducción es un proceso en el cuál la carga eléctrica se distribuye de

otra forma en el material conductor. Con ayuda de la conexión a Tierra se

puede cargar el material conductor.

Si acercamos un objeto con carga negativa a una superficie conductora, aún

sin contacto físico, los electrones se movilizan hacia la derecha en la

superficie conductora.

Marcos Guerrero 29

Page 30: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 30

En el proceso de inducción de carga no se altera la carga neta del conductor sino

que se distribuye de otra manera.

Durante las tormentas eléctricas se llevan a cabo procesos de carga por

inducción. La parte inferior de las nubes, de carga negativa, induce una carga

positiva en la superficie terrestre.

Page 31: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 31

Page 32: Unidad electrostatica(ob)

CONEXIÓN A TIERRA.

Marcos Guerrero 32

Page 33: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 33

Cuando un conductor A se conecta a otro conductor neutro B mediante un

alambre conductor infinito, se dice que el conductor A se ha conectado a tierra.

Ver animación.

Una conexión a tierra neutraliza una región parcial del conductor si se

acerca algún material cargado, y se neutraliza totalmente si no existe

algún material cargado cerca del conductor.

Page 34: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 34

Page 35: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 35

OTRO EJEMPLO:

Page 36: Unidad electrostatica(ob)

A continuación se muestra un serie de pasos para poder cargar la

esfera condcutora. ¿Cual es la carga eléctrica que queda en la esfera

conductora al final?

A: + (positivo) B: - (negativo) C: 0 (Neutra) D: no se puede decidir el signo de la carga eléctrica de la esfera conductora

Page 37: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 37

Page 38: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 38

Page 39: Unidad electrostatica(ob)

ELECTROSCOPIO DE

LAMINILLAS.

Partes de un electroscopio.

Laminillas de oro, plata o

aluminio

Barra conductora

Base aislante

Carcaza de metal

Tapón aislante

Tapas de vidrio

Esfera metálica

Marcos Guerrero 39

Page 40: Unidad electrostatica(ob)

Es un instrumento eléctrico que sirve para:

Marcos Guerrero 40

Detectar la presencia de carga en un cuerpo.

Page 41: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 41

Explique, ¿cómo puedo cargar un electroscopio?

Determinar el signo de la carga eléctrica de un cuerpo, siempre y cuando esté

cargado inicialmente el electroscopio.

Page 42: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 42

Explique, ¿cómo puedo determinar el signo de la carga eléctrica del

material que se acerca al electroscopio

Page 43: Unidad electrostatica(ob)

OTROS TIPOS DE ELECTROSCOPIO.

Marcos Guerrero 43

Page 44: Unidad electrostatica(ob)

POLARIZACIÓN. Es un proceso de inducción, pero que se da en aislantes.

Cuando una barra cargada se acerca al átomo de un material aislante,

el núcleo positivo sufre un ligero desplazamiento, mientras que la

nube electrónica sufre una distorsión debido al desplazamiento de los

electrones. El resultado es una pérdida de simetría en el átomo,

formando lo que se llama un dipolo eléctrico. Este proceso ocurre en

todos los átomos del material aislante, haciendo que un lado del

material aislante aparezca una carga de un signo y del otro lado una

carga del signo opuesto.

Marcos Guerrero 44

Page 45: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 45

Page 46: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 46

Page 47: Unidad electrostatica(ob)

LEY DE COULOMB.

2. Las 2 partículas que interactúan entre sí, están en reposo.

Es una ley que se aplica bajo las siguientes condiciones:

1. Se produce debido a la interacción entre 2 partículas con carga eléctrica.

Desde el punto de vista eléctrico se define como partícula a esferas

cuyos radios son extremadamente pequeños comparados con la distancia

que los separa.

R R

r

Rr

Marcos Guerrero 47

Page 48: Unidad electrostatica(ob)

Si las esferas A y B se cargan, la fuerza eléctrica

sobre la esfera A tiende a retorcer la fibra de

suspensión. Coulomb canceló este efecto de

torsión al girar la cabeza de la suspensión en un

ángulo θ necesario para mantener a las dos cargas

con determinada separación. El ángulo θ es

entonces una medida relativa de la fuerza

eléctrica que actúa sobre la carga que tiene la

esfera A.

El aparato de la figura se lo conoce como balanza

de torsión.

EXPERIMENTO DE LA LEY DE

COULOMB.

Marcos Guerrero 48

Page 49: Unidad electrostatica(ob)

ASPECTOS CUALITATIVOS

DE LA LEY DE COULOMB.

1. La fuerza electrostática que se produce entre dos partículas

con carga eléctrica se encuentra a lo largo de la línea que

une a dichas partículas.

2. La fuerza electrostática es de atracción para partículas con cargas

eléctricas de signos diferentes, y es de repulsión para partículas

con cargas eléctricas de signos iguales.

3. La fuerza electrostática que se produce debido a la interacción

entre las dos partículas con cargas eléctricas obedece a la Tercera

Ley de Newton.

Marcos Guerrero 49

Page 50: Unidad electrostatica(ob)

4. La fuerza electrostática es proporcional al producto de las

magnitudes de las 2 cargas eléctricas que interactúan entre sí.

5. La fuerza electrostática es inversamente proporcional

al cuadrado de la distancia que separa a las dos

partículas con cargas eléctricas que interactúan entre sí.

:12F

Fuerza eléctrica en la carga eléctrica 1 debido a la carga eléctrica 2.

:21F

Fuerza eléctrica en la carga eléctrica 2 debido a la carga eléctrica 1.

2112 FF

2112 FF

Marcos Guerrero 50

Page 51: Unidad electrostatica(ob)

ASPECTOS CUANTITATIVOS

DE LA LEY DE COULOMB. En base al experimento de Coulomb se llego a la siguiente ley:

“La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos

cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e

inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”

2

21

r

qqF

Marcos Guerrero 51

Page 52: Unidad electrostatica(ob)

21r

21r̂

21F

12F

21221

2121 r̂

r

qqkF

12212

2112 r̂

r

qqkF

De la misma manera:

En general:

rr

qqkF ˆ

221

Forma vectorial de la ley

de Coulomb

Marcos Guerrero 52

Page 53: Unidad electrostatica(ob)

2

21

r

qqkF

Forma escalar de la ley de

Coulomb

k es la constante de Coulomb .

4

1k

ε es la permitividad absoluta del medio.

or

εr es la permitividad relativa del medio y εo es la permitividad absoluta del vacío (es

aproximadamente igual a la del aire).

1r

Si en el vacío εr=1, entonces ε= εo. Por lo tanto:

21212 ..1085,8 mNCxoy

229 ..109 CmNxk

Marcos Guerrero 53

Page 54: Unidad electrostatica(ob)
Page 55: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 55

Page 56: Unidad electrostatica(ob)

¿Qué se puede concluir del signo de Q1 y Q2?

CT 25.1

A: una es "+", y la otra es "-" B: ambas son "+" C: ambas son "-" D: Las dos deben de tener la misma carga

Dos bolas de masas iguales están cargadas y se encuentran en la posición mostrada en la figura

Page 57: Unidad electrostatica(ob)

CT 25.1

Dos bolas de masas iguales están cargadas y se encuentran en la posición mostrada en la figura

¿Qué se puede decir acerca de Q1 y Q2?

A: Q1 debe ser igual a Q2 B: Q1 debe ser mayor a Q2 C: Q1 no puede ser igual a Q2 D: No hay suficiente información

Page 58: Unidad electrostatica(ob)

2 calcetines se ve que se atraen . ¿Cual de los siguientes

enunciados debe ser verdad?

CT 25.2

A) Ambos calcetines tienen necesariamente cargas eléctricas distinta

de cero del mismo signo.

B) Ambos calcetines tienen necesariamente cargas eléctricas

distinta de cero de signos diferentes

C) Un calcetín posee carga eléctrica y el otro calcetín tiene carga

eléctrica neutra

D) Ninguna de las afirmaciones anteriores debe ser verdad.

Page 59: Unidad electrostatica(ob)

Dos protones se encuentran cerca unos de otros. Cada uno siente una

repulsión electrostática de magnitud Felec y una atracción

gravitacional de magnitud Fgrav, debido al otro protón. Al alejarse las

cargas, la razón

+ +

Felec

Fgrav

A) Incrementa

B) Disminuye

C) Se mantiene constante

Page 60: Unidad electrostatica(ob)

3 cargas Q1, Q2, y Q3 están en línea como se muestran en la siguiente figura Q1 (+) Q2 (+)

r

Q3 (-)

r

Se dan los signos de las cargas eléctricas, pero no se sabe sus magnitudes. La fuerza neta sobre Q2 es hacia la

A: derecha B: izquierda C: no hay suficiente información

Page 61: Unidad electrostatica(ob)

Considerar las siguientes situaciones, 1, 2 & 3

+Q

+Q

+Q

+q

+2q

+4q

r

2r

2r

1

2

3

¿Cual carga (+Q) siente la

mayor fuerza?

A) +q (situación 1)

B) +2q (situación 2)

C) +4q (situación 3)

D) Dos situaciones.

E) En las 3 situaciones.

Page 62: Unidad electrostatica(ob)

Considerar el siguiente sistema de cargas eléctricas.

+q

+Q -Q

h

s/2 s/2

¿Cual vector representa la fuerza neta sobre la carga +q?

A

B

C

D E

Page 63: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 63

Page 64: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 64

Page 65: Unidad electrostatica(ob)

CAMPO ELÉCTRICO.

Marcos Guerrero 65

Page 66: Unidad electrostatica(ob)

Definición:

La unidad del campo eléctrico en el Sistema Internacional es el N.C-1.

Marcos Guerrero 66

El vector campo eléctrico en un punto p en el espacio se define como el cociente entre la fuerza eléctrica que experimenta una carga de prueba positiva y la carga de prueba.

FE

oq

oq

FE

Page 67: Unidad electrostatica(ob)

¿Qué dirección tiene el vector campo eléctrico?

La dirección del campo eléctrico será la misma de la fuerza eléctrica que experimenta la carga de prueba.

Marcos Guerrero 67

Page 68: Unidad electrostatica(ob)

¿Qué limitaciones hay con respecto a la carga de prueba?

La carga de prueba debe ser tan pequeña pero tan pequeña que no altere la distribución de carga de un cuerpo y por lo tanto no se altera al campo eléctrico en el espacio.

¿Qué signo tiene carga de prueba?

La carga de prueba es positiva.

Marcos Guerrero 68

Page 69: Unidad electrostatica(ob)

Recordemos :

rr

qqkF o ˆ

2

Ahora :

oq

FE

Ecuación 1

Ecuación 2

Reemplazando la ecuación 1 en la ecuación 2 tenemos:

rr

qkE ˆ

2

Forma vectorial del campo

eléctrico

2r

qkE

Forma escalar del campo

eléctrico

Marcos Guerrero 69

Page 70: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 70

Page 71: Unidad electrostatica(ob)

El campo eléctrico en un punto p en el espacio no depende de la carga de prueba. Depende de la carga que crea el campo y de la distancia de separación entre la carga que crea el campo y el punto p.

PRINCIPIO DE

SUPERPOSICIÓN. “El campo eléctrico resultante en un punto en el espacio debido a varias

cargas eléctricas puntuales es igual a la suma vectorial de los campos

eléctricos producidos por cada carga eléctrica puntual”.

Marcos Guerrero 71

Page 72: Unidad electrostatica(ob)

1q

2q

Nq

1E

2E

NE

N: número de partículas

p

NR EEEE

.....21

i

Ni

iR EE

1

Marcos Guerrero 72

Page 73: Unidad electrostatica(ob)

Un dipolo electrico (+Q y –Q separados a una distancia s) se

colocan en el eje x, tal como se muestra en la figura.

CT 25.9

+Q -Q +x

-q

Una carga de prueba negativa –q se coloca a la derecha del dipolo

eléctricos. La carga de prueba sienta una fuerza hacia

A) cero. B) a la derecha. C) a la izquierda.

s

Page 74: Unidad electrostatica(ob)

Un dipolo electrico (+Q y –Q separados a una distancia s) se

colocan en el eje x, tal como se muestra en la figura.

CT 25.10 - Efield

+Q -Q +x

La carga de prueba de la derecha es ahora retirada. El campo eléctrico en la

posición donde la carga de prueba estaba es:

A) cero B) hacia la derecha

C) hacia la izquierda D) hacia arriba

E) hacia abajo

s

Page 75: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 75

Page 76: Unidad electrostatica(ob)

LÍNEAS DE FUERZA

ELÉCTRICA O LÍNEAS DE

CAMPO ELÉCTRICO.

Son líneas imaginarias que se las utiliza para visualizar como se distribuye el campo

eléctrico en cierta región del espacio.

¿Qué son las líneas de campo eléctrico?

Marcos Guerrero 76

Page 77: Unidad electrostatica(ob)

Equipo para

visualizar las líneas

de campo eléctrico

Materiales básicos:

Electrodos

Fuente de voltaje

Aceite

Semillas de grama

Marcos Guerrero 77

Page 78: Unidad electrostatica(ob)

PROPIEDADES DE LAS LÍNEAS

DE FUERZA ELÉCTRICA Las líneas de campo eléctrico siempre salen de una carga eléctrica positiva

(fuentes de líneas de campo eléctrico) y llegan a una carga eléctrica negativa

(sumidero de líneas de campo eléctrico).

Marcos Guerrero 78

Page 79: Unidad electrostatica(ob)

El número de líneas de campo eléctrico que salen o entran a una carga eléctrica es

proporcional al valor de dicha carga eléctrica.

1q 2q

161 q

82 q

22

1 q

q

21 2qq

Marcos Guerrero 79

Page 80: Unidad electrostatica(ob)

1q 2q

12

1 q

q

21 qq

Marcos Guerrero 80

Page 81: Unidad electrostatica(ob)

1q 2q

12

1 q

q

21 qq Marcos Guerrero 81

Page 82: Unidad electrostatica(ob)

El número de líneas de campo eléctrico que atraviesan una superficie unitaria

(A=1m2) perpendicular a las líneas de campo eléctrico es proporcional a la

intensidad del campo eléctrico, es decir, si las líneas de campo eléctrico se

encuentran muy cercanas, la intensidad del campo eléctrico es mayor y si las

líneas de campo eléctrico se encuentran muy alejadas, la intensidad del campo

eléctrico es menor.

1q 2q

Marcos Guerrero 82

Page 83: Unidad electrostatica(ob)

El vector campo eléctrico en un punto en el espacio, es tangente a la línea de

campo eléctrico en dicho punto.

Marcos Guerrero 83

Page 84: Unidad electrostatica(ob)

Las líneas de campo eléctrico nunca se cruza.

Las líneas de campo eléctrico son líneas continuas cuando la carga neta del

sistema es cero, y las líneas de campo eléctrico pueden empezar o terminar en el

infinito si la carga neta del sistema no es cero.

1q 2q

1q 2q

Marcos Guerrero 84

Page 85: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 85

Page 86: Unidad electrostatica(ob)

LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO

EN DISTRIBUCIONES DE

CARGAS CONTINUAS.

Líneas de campo eléctrico producido por un

conductor cilíndrico cargado

Líneas de campo eléctrico producido por un

conductor irregular cargado

Marcos Guerrero 86

Page 87: Unidad electrostatica(ob)

Líneas de campo eléctrico producido por

una placa finita conductora cargada

Líneas de campo eléctrico producido por 2

placas finitas conductoras, ambas con

cargas de distinto signo

Líneas de campo eléctrico producido por 2

placas finitas conductoras, ambas con

cargas del mismo signo

Marcos Guerrero 87

Page 88: Unidad electrostatica(ob)

Líneas de campo eléctrico producido por 2 placas

infinitas conductoras, ambas con cargas de distinto

signo

Líneas de campo eléctrico producido por 2 placas

infinitas conductoras, ambas con cargas del mismo

signo

Líneas de campo eléctrico producido entre un

cilindro conductor y una placa conductora, ambas

con cargas de distinto signo.

Marcos Guerrero 88

Page 89: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 89

Page 90: Unidad electrostatica(ob)

PROPIEDADES DE LOS

CONDUCTORES EN EQULIBRIO

ELECTROSTÁTICO.

1. Cualquier exceso de carga eléctrica (positiva o negativa) en un conductor aislado (sólido o hueco), siempre reside en la superficie exterior.

¿Por qué se estudia conductores en equilibrio electrostático?

-

-

- - - -

- -

+

+

+ + + +

+ +

Tiempo aproximado de estabilización hasta que queda cargado la

superficie de un conductor: 10-8 s

Marcos Guerrero 90

Page 91: Unidad electrostatica(ob)

2. El campo eléctrico en el interior de un conductor con carga eléctrica

es cero.

+

+ + +

+

+

+

+ +

+ + +

E = 0

-

- - -

-

-

-

- - -

-

-

E = 0

¿Qué ocurre si un conductor neutro sólido o hueco se coloca en el

interior de un campo eléctrico uniforme?

0EEi

El campo eléctrico en el interior

del conductor es nulo

Marcos Guerrero 91

Page 92: Unidad electrostatica(ob)

Imaginemos que tenemos una esfera conductora hueca de radio interior a y

radio exterior b con un carga de +2q, tal como se muestra en la figura. Si

por algún método colocamos una carga de –q en el centro de la esfera.

Indique si el campo eléctrico es cero entre el radio interior a y el radio

exterior b de la esfera.

E = 0

Marcos Guerrero 92

Page 93: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 93

Page 94: Unidad electrostatica(ob)

Marcos Guerrero 94

Page 95: Unidad electrostatica(ob)

3. El campo eléctrico en la superficie de un conductor con carga eléctrica es

perpendicular a la superficie del conductor y tiene magnitud de , donde

σ es la densidad de carga superficial, y se define como el cociente entre la

carga eléctrica q y el área A que ocupa la carga eléctrica.

o

A

q

2.

..

mC

IS

Marcos Guerrero 95

Page 96: Unidad electrostatica(ob)

4. En un conductor asimétrico (forma irregular) con carga eléctrica, la

carga eléctrica tiende a acumularse más en las puntas.

Marcos Guerrero 96

Page 97: Unidad electrostatica(ob)

Es un dispositivo formado por una o más barras metálicas terminadas en punta y

unidas entre sí y conectados a tierra, o al agua, mediante conductores metálicos, y

que se coloca sobre los edificios o los buques para preservarlos de los efectos del

rayo.

APLICACIÓN: EL PARARRAYO.

Marcos Guerrero 97

Page 98: Unidad electrostatica(ob)

CAMPO ELÉCTRICO

PRODUCIDO POR UNA ESFERA

CONDUCTORA CON CARGA

ELÉCTRICA. Imaginemos que tenemos una esfera conductora sólida de radio a con

una carga eléctrica de +Q. Determine el campo eléctrico para regiones en

el interior y exterior de las esfera conductora.

Marcos Guerrero 98

Page 99: Unidad electrostatica(ob)

Comenzaremos estudiando el primer caso, es decir, para r < a

El campo eléctrico es cero en el interior de un conductor con carga

eléctrica.

0pE

0

pE

Ecuación escalar

Ecuación vectorial

Marcos Guerrero 99

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Para una esfera conductora con carga uniformemente distribuida, el campo

eléctrico fuera de la esfera se comporta de manera similar que para una

carga puntual.

Ahora para el caso r ≥ a

2r

QkEp

rr

QkEp

ˆ2

Ecuación escalar

Ecuación vectorial

Marcos Guerrero 100

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Marcos Guerrero 101

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ELECTRODINÁMICA

Marcos Guerrero 102

Page 103: Unidad electrostatica(ob)

PARTÍCULAS CON CARGA

ELÉCTRICA EN EL INTERIOR

DE UN CAMPO ELÉCTRICO

UNIFORME. El campo eléctrico uniforme es generado por dos placas conductoras infinitas

con cargas eléctricas de igual magnitud y de distinto signo.

Imaginemos que tenemos dos placas conductoras infinitas cargadas

eléctricamente y que se colocan en posición horizontal. En el

interior del campo eléctrico uniforme se coloca una carga eléctrica

+q. Explique como será el tipo de trayectoria de la carga eléctrica.

E

Marcos Guerrero 103

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EqFE

Ecuación vectorial EqFE

Ecuación escalar

Marcos Guerrero 104

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: es la fuerza eléctrica que experimenta la carga eléctrica que se encuentra en

el interior del campo eléctrico uniforme.

: es la carga eléctrica que se encuentra en el interior del campo eléctrico

uniforme.

: campo eléctrico uniforme.

EF

q

E

¿Qué dirección tiene el vector campo eléctrico?

Depende del signo de la carga eléctrica, es decir, si la carga eléctrica es

positiva la fuerza eléctrica y el campo eléctrico tienen la misma dirección, en

cambio, si la carga eléctrica es negativa la fuerza eléctrica y el campo eléctrico

tienen direcciones opuestas.

¿Qué factores influyen en la trayectoria de una carga que se encuentra

en un campo eléctrico uniforme?

Para conocer el tipo de trayectoria de una partícula cargada que se encuentra en

el interior de un campo eléctrico uniforme es necesario saber la velocidad inicial

y la fuerza resultante que actúa sobre la carga eléctrica. Marcos Guerrero 105

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