ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO CENTRO DE CIENCIA BÁSICA UPB Docente: M. Sc. Luz Aída Sabogal Tamayo MÓDULO_2: ELECTROSTÁTICA semana 2 clase 3

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO MÓDULO_2: ELECTROSTÁTICA Estructura de la materia y cargas eléctricas Fuerza Electrostática y la Ley de Coulomb Campo Eléctrico Potencial Eléctrico Cálculos de campos y potenciales eléctricos Comportamiento de la materia en presencia de campos eléctricos Movimiento de cargas en campos eléctricos Flujo eléctrico y Ley de Gauus Capacitancia y Capacitores

Estructura de la materia y cargas eléctricas Los antiguos griegos descubrieron , ya en 600 A.C. que frotando , ámbar con lana, el ámbar atraía otros objetos. Hoy gracias al conocimiento que poseemos sobre la estructura de la materia y los modelos atómicos, se tiene mejor comprensión sobre la materia cuando está cargada o electrizada y los procesos para hacerlo. El electrón es la carga elemental, pero en el sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de carga es el Coulomb (C), el cual un orden de magnitud de 1018 cargas elementales

Carga Electrica y la estructura de la materia El electrón es la carga elemental, pero en el sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de carga es el Coulomb (C), el cual un orden de magnitud de 1018 cargas elementales

Atoms and ions A neutral atom has the same number of protons as electrons. A positive ion is an atom with one or more electrons removed. A negative ion has gained one or more electrons.

MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN Los métodos Electrostáticos para electrizar la materia son: Frotamiento Contacto Inducción Electrostática Polarización

SÍNTESIS : MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN METODO REQUISITOS CARACTERISTICAS MATERIAL FROTAMIENTO Movimiento relativo entre los cuerpos Los cuerpos neutros Hay transferencia de carga Un cuerpo queda con carga negativa y el otro con carga positiva Cada cuerpo queda con carga neta diferente de cero Aislantes Conductores siempre y cuando se aísle previamente INDUCCIÓN Un cuerpo previamente cargado Separados pero cerca No hay transferencia de carga No siempre la carga neta del conductor es cero Metales POLARIZACIÓN Siempre la carga neta del material aislante es cero CONTACTO Se requiere contacto físico entre los dos cuerpos El proceso de transferencia se da hasta que se logra el equilibrio electrostático (OJO NO ES IGUAL CARGA)= los dos cuerpos quedan con el mismo potencial eléctrico Aislantes y conductores

Ley de cargas Ley de cargas: cargas del mismo signo se repelen; cargas de signos contrarios se atraen. Figure 21.1 below shows some experiments in electrostatics.

Charging by induction In Figure 21.7 below, the negative rod is able to charge the metal ball without losing any of its own charge. This process is called charging by induction.

Campo Eléctrico y Fuerza Elécrica Un cuerpo cargado por frotamiento o por contacto, produce a su alredor campo eléctrico . Si otro objeto neutro se coloca en el campo eléctrico del primero, se eléctriza, debido a que el campo ejerce una fuerza a los centros de carga elecrico del cuerpo neutro, independiente de si el objeto neutron es de material asilante o conductor. Por esto es que se puede hablar de electrización por inducción para materiales conductores, y de electrización por polarización para materiales aislantes

Preguntas de comprensión y aplicación 1. ¿Cuál es la definición de cuerpo cargado? 2. ¿Como se puede electrizar una cuerpo, o porción de materia? 3. Una barra plástica se carga por frotamiento y se acerca a una bola de icopor (neutra). Explique que ocurre. 4. (del video tutor). ¿Por qué una barra de plástico y una de vidrio cargadas por frotamiento producen el mismo efecto que sobre una lata metálica que está en libertad de moverse?. 5 ¿Qué es campo eléctrico y cómo se diferencia de la fuerza eléctrica? 6. ¿Qué dice la Ley de Coulomb y para que se usa?

Máquinas Electrostáticas 1.663 Maquinas Electrostáticas de Von Guericke

Máquinas Electrostáticas 1.785 LA MÁQUINA DE VAN MARUM

Máquinas Electrostáticas 1883 MÁQUINA ELECTROSTÁTICA DE WIMSHURST 1929 GENERADOR VAN DER GRAFFf

Electrostatic painting Induced positive charge on the metal object attracts the negatively charged paint droplets.

CAMPO ELÉCTRICO El campo eléctrico, es la alteración que produce un cuerpo cargado a su alrededor. Toda carga eléctrica produce campo electrico (E) Para una carga puntual (electron o proton ) y/o cuerpo cargado modelado como carga puntual, el campo electrico se representa por lineas radiales, denomindas líneas de campo, que salen de la carga, si ésta es positiva o entran, si la carga es negativa

CAMPO ELÉCTRICO DE UNA CARGA PUNTUAL Toda carga puntual o cuerpo cargado modelado como carga puntual produce a su alrededor una alteración en el espacio que se denomina campo eléctrico (E) y sus características se representan en la siguiente ecuación: El tamaño y signo de la carga (q) El cuadrado del inverso de la distancia (1 / ) El medio con su permitividad eléctrica Las unidades del campo eléctrico en el SI son N/C

CAMPO ELÉCTRICO DE UNA CARGA PUNTUAL El vector campo eléctrico, siempre es tangente a la linea de campo Ejemplo

Principio de superposición para campos eléctricos El campo eléctrico neto en un punto del espacio, es el vector resultante de la suma de todos los campos debidos a cada una de las cargas .

Principio de superposición para campos eléctricos En las esquinas de un triángulo equilátero de 0,5 m de lado, existen tres cargas puntuales, como se ve en la figura 1. Calcule el campo eléctrico en el centro del triángulo En las esquinas de un cuadrado de lado a, como se muestra en la figura 5, existen cuatro partículas con carga. a) Determine la magnitud y dirección del campo eléctrico en la ubicación de la carga q. b) ¿Cuál es la fuerza eléctrica sobre la carga q?.

Campo Eléctrico y Fuerza Eléctrica .    

Ley Coulomb y Fuerza Eléctrica .   Experimento de Cavendish con la balanza de torsión

Líneas de Campo Eléctrico de cargas puntuales Figure 21.28 muestra las líneas de campo eléctrico para una carga puntual, y dos cargas puntuales de signos contrarios y del mismo signo.

Force and torque on a dipole  

Potencial eléctrico  

Potencial eléctrico  

Campo Eléctrico Uniforme Se puede generar con dos placas planas paralelas cargadas, con el mismo valor de carga, pero de signos diferentes. Por convención el potencial eléctrico se assume cero en la placa negative.

Field of two oppositely charged infinite sheets Follow Example 21.12 using Figure 21.26 below.