CARGA ELECTRICA LEY DE COULOMB Electricidad y Magnetismo G11N30julian

1. Número de partículas en un centímetro cúbico de aire Densidad del aire = 1,18kg/m3 En cm3 la densidad es = 1,18x 10 −6 kg/cm3 La atmosfera está compuesta por: nitrógeno (78%), oxígeno (21%), CO2 y otros gases (cerca del 1%), vapor de agua y partículas sólidas en suspensión. La masa molar promedio del aire es 2,9x10-2 kg/mol Aire Entonces, el numero de partículas en un cm3 es: 𝑛= 1,18x 10 −6 kg/cm3 29x 10 −3 kg/mol = 4.06x10-5 mol/cm3 * 6,022x1023mol =2,44x1019 𝐩𝐚𝐫𝐭𝐢𝐜𝐮𝐥𝐚𝐬 /cm3

2. Coulomb El Coulomb se refiere a la unidad de carga, es decir cuantos electrones pasan por determinada área en determinado tiempo, comúnmente un segundo. Es una unidad derivada del Sistema Internacional con ella se cuantifica la carga, se define como la carga transportada por una corriente de 1 amperio durante 1 segundo 1C=1A*1s 1 C = 6.25 * 1018 e-

3. Cuántos electrones tiene una partícula con carga eléctrica de un Coulomb y cuál es su masa en kg? Datos: Masa del e- = 9,1×10−31𝑘𝑔 Q del e-= −1,602×10−19 C 1 C = 6.25 * 1018 e- Entonces la masa total de la partícula es: 9,1×10−31Kg * 6.25 * 1018 e- = 𝟓,𝟔𝟖× 𝟏𝟎 −𝟏𝟐 𝐤𝐠

4. Cuántos protones tiene una partícula cuya carga eléctrica es un Coulomb y cuál es su masa en kg? Q del protón= 1,602× 10 −19 C 1 C = 6.25 * 1018 e- Masa del Protón= 1.66 10-27 Kg La partícula contiene en mismo numero de protones como electrones por lo tanto = 6,25× 10 18 protones. Masa total: 6,25×1018protones * 1.66 10-27 Kg = 𝟏,𝟎𝟒× 𝟏𝟎 −𝟖 kg

5. Cuál es el campo eléctrico que siente un electrón en un átomo de Hidrógeno? La distancia que separa al electrón del protón en un átomo de Hidrógeno es aprox. 5,3× 10 −11 m El electron es una carga puntual, y por medio de la Ley de Coulomb, con todos los datos encontramos el campo eléctrico: E=𝑘 𝑞 𝑟 2 = 8,9× 10 9 Nm2/C ∗ 1,602× 10 −19 C 5,3× 10 −11 m 2 E= 𝟓,𝟎𝟕× 𝟏𝟎 𝟏𝟏 N/C

6. Calcular la Fuerza Eléctrica, en N, que el campo eléctrico de un protón ejerce a un electrón en un átomo de Hidrógeno? F e =k q 1 q 2 r 2 =𝐪𝐄 Ya calculamos el E en un átomo de Hidrogeno= 5,07× 10 11 N/C Remplazamos en ley de Coulomb, y tenemos que : F e =qE Fe= (1,602× 10 −19 )(5,07× 10 11 ) Fe= 𝟖,𝟏𝟐𝟐𝟏× 𝟏𝟎 −𝟖 𝐍

7. Cual es la Fuerza Gravitacional con la que es atraído un electrón por un protón, en un átomo de Hidrógeno. Ley de gravitación universal F g =k m 1 m 2 r 2 Entonces: F g = 6,693× 10 −11 ∗ 9,1× 10 −31 1,67× 10 −27 5,3× 10 −11 2 𝐅 𝐠 =𝟑,𝟔𝟐𝟎× 𝟏𝟎 −𝟒𝟕 La fuerza Gravitacional es menor en comparación con la fuerza eléctrica.

8. Unidades del Campo Eléctrico Las unidades del campo eléctrico en el SI son Newton por Coulomb (N/C), los Voltio por metro (V/m):   𝐄=𝐤𝐠∙ 𝐦 𝐬 𝟑 ∙ 𝐀 −𝟏 La ecuación dimensional es: M*L/ T-3 I -1

9. Capacitor y sus Características Un capacitor o condensador es un dispositivo que se utiliza para almacenar energía. Se compone de dos placas conductoras con una área A separadas por una distancia d. Las placas tienen cargas iguales u opuestas, depende cuando se establece la conexión. Así pues un capacitor actúa como almacén de carga y energía que pueden recuperarse cuando se les necesita para alguna acción especifica.

La capacitancia de C de un capacitor se define como el cociente de la magnitud de la carga de cualquiera de los conductores entre la magnitud de la diferencia de potencial entre los conductores: Capacitancia de un par de conductores: C Q / V En el SI la capacitancia es el coulomb por voltio llamada Farad(F) en honor a Michael Faraday: 1F = 1C/V

10. Campo eléctrico en el interior de un capacitor Calcularemos en el siguiente ejemplo E: Un capacitor de 3µF conectado a una batería de 12V . Calcular la magnitud del E en cada placa del capacitor? Q= C* V Q es la magnitud de carga por lo tanto= E E= 3F*12V E= 36µC

11. El Electrómetro Un electrómetro consiste en una caja metálica en la cual se introduce, debidamente aislada por un tapón aislante, una varilla que soporta una lámina muy fina o aguja de aluminio, que pueda girar libremente sobre una escala graduada. Al establecer una diferencia de potencial entre la caja y la varilla con la lámina, esta es atraída por la pared del recipiente y nos permite determinar la presencia de cargas electrostáticas y su polaridad. Se puede fabricar un electrómetro casero sin mayor costo económico, aunque únicamente detectaría la presencia y polaridad de cargas. Han caído en desuso debido al desarrollo de instrumentos electrónicos de precisión.

Bibliografía http://es.wikipedia.org Física Serway, Electricidad y Magnetismo, 6º Edición, Cap-16.