01_Carga y Campo E.ppt
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Curso de Física II
• Electricidad y Magnetismo• CD Curso de Electromagnetismo de los Prof.
Fabio González y Efraín Barbosa. • Kit de laboratorio.• Física - Tomo II de Serway y Jewet.• Física - Tomo II de Halliday, Resnick y Krane.• Otros Cursos de Física (Tomo II).• https://sites.google.com/site/fisicaiiunal/
Calificación
• Parciales 1 y 2 35%• Parcial 3 25%• Laboratorios 20%• Talleres 20%
Evaluaciones
• Primer Parcial: Temas del 1 al 6 Septiembre 12• Segundo Parcial Temas del 7 al 11 Octubre 24• Parcial Final: Todos los Temas Noviembre 7• Entrega de Notas al SIA: Noviembre 30
Tema 1. Cargas y Campo Eléctrico
• La carga eléctrica y sus propiedades• Conductores y aislantes• Ley de Coulomb• Campo eléctrico de una carga puntual• Principio de superposición• Líneas de campo eléctrico de una carga
puntual y de una distribución de cargas
Electromagnetismo
• Electricidad (pedazo de ámbar frotado atrae pedazos de paja).
• Magnetismo (piedras (magnetitas) atraen al hierro).
• En 1820 Hans Cristian Oersted observó una relación entre ambos.
• La corriente eléctrica en un alambre puede afectar la aguja magnética de una brújula.
Cargas Eléctricas
• Peine que atrae pedazos de papel.• Vidrio frotado con seda.• Caucho frotado con piel.• Globo inflado frotado con lana.• Tipos de Cargas: Positivas y Negativas.• Cargas iguales se repelen.• Cargas diferentes se atraen.• En el SI se expresan en Coulomb [C].
1, 2 y 3 son semillas previamente cargadas. Es correcto afirmar:
a. 1 y 3 tienen carga del mismo signo
b. 1 y 3 tienen carga de signo opuesto
c. 1, 2 y 3 tienen carga del mismo signo
d. Se necesitan más experimentos para deducir el signo de las cargas.
Aisl
ante
21
Aislante
3
Aisl
ante
2
Aislante
1, 2 y 3 son pequeñas semillas. Es correcto afirmar:
a. 1 y 3 tienen carga del mismo signo
b. 1 y 3 tienen carga de signo opuesto
c. 1, 2 y 3 tienen carga del mismo signo
d. Se necesitan más experimentos para deducir el signo de las cargas.
Aisl
ante
Aislante
1 2
Aisl
ante
Aislante
2 3
Clasificación de los Materiales
• Conductores - materiales en los cuales las cargas eléctricas se mueven con libertad (metales, cuerpo humano, la tierra).
• Aislantes o dieléctricos - las cargas se mueven con dificultad (vidrio, caucho, plásticos, maderas).
• Semiconductores - materiales que pueden aumentar la movilidad de las cargas bajo determinadas condiciones (silicio, germanio).
Conductores y Aislantes
Conductores
El Electroscopio
Carga por Inducción
Contacto a Tierra
La Carga Eléctrica
me ~ mp/1800, me= 9.1 * 10-31 kg,
Radio átomo hidrógeno ~ 10-10 m
Radio núcleo ~10-15 m
e= 1.6 *10-19 C
Modelo de Rutherford del Átomo
Portadores de cargas eléctricas
Balanza de Torsión de Coulomb
Fuerza Eléctrica (F)
• Es inversamente proporcional al cuadrado de la separación, r, entre las dos partículas y está dirigida a lo largo de la línea que las une.
• Es proporcional al producto de las cargas.• La fuerza es atractiva si las cargas son de
signos opuestos y repulsiva si tienen el mismo signo.
• En el SI se expresa en Newton [N].
rF ˆ2
2112 r
qkq
Ley de Coulomb
k = 8,99x109 N.m2/C2
Distribución de cargas
Fuerza Eléctrica• Dos partículas con cargas de
igual magnitud pero signo opuesto se colocan sobre el eje X a la misma distancia del origen. Se coloca una tercera partícula con carga positiva, sobre el eje Y. La fuerza neta sobre la tercera partícula está orientada hacia:
• +X• – X• A lo largo de Y• Hacia la partícula 1• En otra dirección
Ley de Coulomb En el arreglo de cargas que muestra la figura, la dirección de la fuerza resultante sobre la carga q’ es:
a. De O hacia Ab. De O hacia Cc. De O hacia Bd. De O hacia D
Principio de Superposición
rr
qkqF o ˆ22
202
q1
q2
r1
r2qO
01F
02F
F
rr
qkqF o ˆ21
101
0qFE
Campo Eléctrico
Campo Eléctrico
• El vector campo eléctrico E en un punto del espacio se define como la F que actúa sobre una carga de prueba positiva situada en ese punto dividida por la magnitud de la carga q0.
• Se expresa en [N/C].• El sentido del E va a depender del signo de la
carga.
1. Las líneas se originan en las cargas positivas y terminan en las cargas negativas.
2. El número de líneas es proporcional al valor de la carga.
3. La densidad de líneas es proporcional al valor del campo.
4. El campo eléctrico es tangente a la línea de campo.
Representación por Medio deLíneas de Campo
Líneas de Campo Eléctrico
Campo Eléctrico de un Dipolo
22221 ayqk
rqkEE
2/122
1
)(cos
cos2
aya
ra
EEE x
2/322 )(2
ayqakE
3
2yqakE
ay
Líneas de Campo Eléctrico de un Dipolo
Líneas de Campo Eléctrico de Dos Cargas Positivas
Líneas de Campo Eléctrico de Dos Cargas
Anillo Cargado Uniformemente
Preguntas
• ¿De qué forma se mueve una partícula cargada dentro de un campo eléctrico uniforme?
• ¿Cómo se calcula el campo eléctrico de una distribución continua de carga?
• ¿Cómo se interpreta el concepto de flujo de campo eléctrico? Dé un ejemplo.
• Enuncie y explique la Ley de Gauss.• ¿Qué aplicaciones tiene la Ley de Gauss?