01_carga y campo e.ppt

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?