CLASE 7 Mención. Electricidad y magnetismo i Fuerza Eléctrica Campo Eléctrico

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE Aplicar la fuerza eléctrica. Aplicar el campo y el trabajo eléctrico. Aplicar el potencial eléctrico. Comprender el principio que rige el condensador de placas paralelas.

Fuerza electroestática Ley de Coulomb La ley de Coulomb establece la relación que existe entre la magnitud de las cargas, la distancia que las separa y la fuerza con que se atraen o repelen. Unidades para la constante de Coulomb

Es importante hacer notar en relación a la ley de Coulomb lo siguiente: Cuando hablamos de la fuerza entre cargas eléctricas estamos siempre suponiendo que éstas se encuentran en reposo (de ahí la denominación de Electrostática), las fuerzas electrostáticas cumplen con las leyes de Newton.

Campo eléctrico Carga de prueba En todo punto de una región del espacio en que se halle una carga eléctrica, se ejercerá una fuerza sobre cualquier carga extra colocada en esta región. Para poder identificar esta influencia que ejerce la carga, se usa una carga de prueba q0. Carga de prueba, es una carga ficticia, que no posee masa, no ejerce un campo eléctrico y su carga es positiva.

Carga de prueba Según si nuestra carga de prueba (q0) experimenta una fuerza de atracción/repulsión, nos dirá la presencia e intensidad de la influencia de la carga original. Llamaremos campo eléctrico E a la fuerza que se ejerce sobre una unidad de carga eléctrica, y será un vector cuya dirección y sentido serán las que describe la carga de prueba. E depende de la magnitud de la carga que la genera y de la distancia a la cual estemos analizando, por ende no depende de la magnitud de la carga de prueba ni de ninguna otra carga en el espacio.

Características del campo eléctrico El campo eléctrico indica cuánta fuerza se ejerce por unidad de carga eléctrica, tendremos que la fuerza que se ejercerá sobre cualquier otra carga, será proporcional a la carga en cuestión, con lo que obtendremos la siguiente expresión de fuerza eléctrica. Unidades para campo eléctrico

Intensidad del campo eléctrico Con nuestra nueva expresión de campo eléctrico, y considerando la carga constante, podemos apreciar en el gráfico la relación inversa entre campo eléctrico y el cuadrado de la distancia. Unidades para campo eléctrico

Intensidad del campo eléctrico Si en un campo eléctrico conocido colocamos una carga cualquiera q1, se tendrán dos posibilidades. Si la carga es positiva la fuerza que experimentara tendrá la misma dirección y sentido del campo eléctrico presente. 2) Si la carga es negativa la fuerza tendrá sentido opuesto al campo presente.

Líneas de campo eléctrico Son líneas que nos permiten visualizar el campo eléctrico.

Líneas de campo eléctrico La región considerada del espacio también podría estar sometida a la influencia de más de una carga, y la definición del campo eléctrico seria la misma, ya que en cada punto la distribución de cargas ejercería una fuerza determinada sobre la unidad positiva de carga. De esta manera, a cada punto del espacio corresponderá un vector campo eléctrico y es posible trazar líneas de fuerza del campo eléctrico. Como toda carga positiva repele la unidad positiva de carga y toda carga negativa la atrae, las líneas de fuerza nacen en las cargas positivas y mueren en las cargas negativas.

Líneas de campo eléctrico La figura muestra líneas de campo eléctrico entre dos cargas iguales. Zona donde las líneas de campo se repelen absolutamente, con lo cual, allí el campo eléctrico es nulo.

Líneas de campo eléctrico La figura muestra líneas de campo eléctrico entre dos cargas de distinto signo..

Generador de Van de Graaff Aplicaciones del campo eléctrico Generador de Van de Graaff Cuando se coloca un exceso de carga en un conductor, se redistribuye la carga sobre la superficie y los campos eléctricos en el interior del conductor son nulos. Estos hechos fueron probados por Benjamín Franklin luego por Priestley y posteriormente por M. Faraday y Cavendish.

Campo eléctrico uniforme Aplicaciones del campo eléctrico Si disponemos de una configuración que consiste en dos grandes placas paralelas situadas a una distancia d electrizadas con igual carga, pero de signos opuestos, en el espacio entre las placas se origina un campo eléctrico uniforme, pues presenta el mismo valor, dirección y sentido en todos los puntos de tal región. Campo eléctrico uniforme

Energía potencial y diferencia de potencial Energía potencial eléctrica, está relacionada con la energía potencial dada para una fuerza conservativa como la energía potencial gravitatoria (peso). El trabajo realizado por una fuerza conservativa al mover un objeto entre dos posiciones cualesquiera depende únicamente del desplazamiento y no de la trayectoria seguida. Este trabajo será igual a la variación de energía cinética, que será producto de la transformación de esta energía potencial eléctrica, por lo que será igual al negativo de la variación de está.

Energía potencial y diferencia de potencial Supongamos que situamos una carga positiva cerca de la placa positiva. Ésta comenzará a acelerar producto de la fuerza eléctrica, generado por el campo eléctrico constante en su interior. Como la fuerza irá en el mismo sentido que el desplazamiento, podemos obtener el trabajo eléctrico ejercido sobre esta carga. Este trabajo será igual al negativo de la variación de Energía potencial eléctrica:

El potencial eléctrico esta dado por el símbolo V El potencial eléctrico esta dado por el símbolo V. Si una carga de prueba positiva q tiene energía potencial eléctrica EPA en algún punto A, el potencial eléctrico en ese punto es La energía potencial y la carga son escalares, por lo tanto, el potencial es una magnitud escalar.

Dividiendo nuestra expresión anterior por la carga que está siendo afectada y usando la definición de potencial, encontraremos una expresión de diferencia de potencial en un sistema de placas paralelas: Por esto también, una unidad de medida frecuente para campo eléctrico es el V/m.

Condensador de placas planas Es un sistema formado por dos placas metálicas paralelas y separadas por una distancia d, y por un medio aislante, que tienen la capacidad de almacenar carda debido a una fuente de voltaje al cual están sometido. Cargar un condensador consiste en tener en uno de los conductores una carga +Q y en el otro una carga -Q. A pesar de que la carga neta de este sistema es cero, se dice que el condensador tiene una carga Q. +Q -Q -Q +Q

Dos conductores cargados con cargas iguales y opuestas, constituyen un sistema llamado condensador o capacitor. Almacenan carga que posteriormente se puede liberar.

Capacidad de condensador de placas planas Indica cuánta carga puede almacenar el condensador o capacitor, sin variar el voltaje. Es posible determinar la capacidad de cualquier condensador a través de la relación: Unidades: S.I.: Farad[F] C.G.S.:[statfarad]

Para un condensador de placas paralelas, su capacidad depende del área de las placas (A), de la separación entre éstas (d) y del dieléctrico que las separa ( ). Unidades: S.I.: Farad[F] C.G.S.:[statfarad]

Este trabajo se convierte en energía electrostática que queda almacenada en el espacio existente entre las armaduras, que es donde se crea el campo eléctrico. Al descargar el condensador, se recupera dicha energía, que según se demuestra, es igual a :

Aplicación de condensador de placas planas Un ataque cardiaco puede estar caracterizado por rápidos latidos irregulares del corazón, conocidos como fibrilación ventricular (o cardiaca). El corazón no bombea adecuadamente sangre al resto del cuerpo, puede provocar la muerte. La energía almacenada en una gran capacitancia puede provocar daños, al producir quemaduras o un choque eléctrico. La base de un desfibrilador cardiaco es un capacitor cargado a un alto voltaje.