CARGA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO G1N11JUAN

Partículas en 1 𝑐𝑚 3 de aire Densidad del aire: 1.18 Kg/cm³ Masa molar del aire: (4.6 * 10ˉ²⁶ kg/partículas)*(6.022*10²³ partículas/mol) =2.7*10ˉ² kg/mol En un centímetro cúbico encontramos: n= (1.18*10ˉ⁶ Kg/cm³)/(2.7*10ˉ² kg/mol)= 3.2*10ˉ⁸ mol/cm³= 1.92*10¹⁶ partículas /cm³

El Coulomb Un Coulomb es la unidad del sistema internacional para representar la cantidad de carga que atraviesa un punto dado cuando se le impone una corriente de 1 A durante un tiempo de un segundo.

Cantidad de electrones en una partícula cuya carga eléctrica es 1 Coulomb y su masa en kg La carga del electrón= 1,602× 10 −19 C Masa del electrón =9,1× 10 −31 𝑘𝑔 1 1,602× 10 −19 =6,242× 10 18 e 6,242× 10 18 e ∗9,1× 10 −31 𝑘𝑔=5,68× 10 −12 𝑘𝑔

Cantidad de protones en una partícula cuya carga eléctrica es un Coulomb y su masa en kg La carga del Protón= 1,6× 10 −19 C Masa del Protón =1,67× 10 −27 𝑘𝑔 1 1,602× 10 −19 =6,242× 10 18 p 6,242× 10 18 p ∗1,67× 10 −27 𝑘𝑔=1,04× 10 −8 𝑘𝑔

Radio de un electrón: 2,8179 × 10−15 m Haga un estimado de las dimensiones de las partículas arriba mencionadas. Suponga que cada partícula esta confinada en un volúmen de un Amstrong cúbico Radio de un electrón: 2,8179 × 10−15 m Volumen de un electrón: = 9,37× 10 −44 𝑚 3 Volumen de 6,242× 10 18 electrones = 5,85× 10 −25 𝑚 3 Un Amstrong cúbico es 1× 10 −30 𝑚 3 así que la partícula cabe dentro de ese Amstrong.

Radio de un protón: 0,875 × 10−15 m Volumen de un protón: = 2,8× 10 −45 𝑚 3 Volumen de 6,242× 10 18 protones: 1,75× 10 −26 𝑚 3 Un Amstrong cúbico es 1× 10 −30 𝑚 3 así que la partícula cabe dentro de ese Amstrong.

Campo eléctrico que "siente" un electrón en un átomo de Hidrógeno E=k 𝑄 𝑟 2 𝑘=9× 10 9 𝑁 𝑚 2 𝐶 2 𝑟 𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛𝑜=5,3× 10 −11 𝑚 𝑄𝑒=1,6× 10 −19 𝐶 𝐸= 9× 10 9 𝑁 𝑚 2 𝐶 2 ∗1,6× 10 −19 𝐶 (5,3× 10 −11 𝑚) 2 =5,126× 10 11 𝑁 𝐶

Fuerza Eléctrica, en Newtons, que el campo eléctrico de un protón le hace a un electrón en un átomo de Hidrógeno 𝐸= 𝐹 𝑒 𝑄 𝐹 𝑒 =𝐸𝑄 𝐹 𝑒 = 5,126× 10 11 𝑁 𝐶 * 1,6× 10 −19 𝐶 𝐹 𝑒 =8,2× 10 −8 𝑁

Esta fuerza, comparada con la fuerza electromagnética, es despreciable Fuerza Gravitacional con la que es atraido un electrón por un protón en un átomo de Hidrógeno. Compárela con la Fuerza Eléctrica 𝐹 𝑔𝑟𝑎𝑣 =𝑘 𝑚 1 𝑚 2 𝑟 2 𝑘=6,693× 10 −11 𝑚𝑒=9,1× 10 −31 𝑘𝑔 𝑚𝑝=1,57× 10 −27 𝑘𝑔 𝐹 𝑔𝑟𝑎𝑣 =6,693× 10 −11 ∗ 9,1× 10 −31 𝑘𝑔∗1,67× 10 −27 𝑘𝑔 5,3× 10 −11 𝑚 2 = 3,6× 10 −47 𝑁 Esta fuerza, comparada con la fuerza electromagnética, es despreciable

Unidades de campo eléctrico Newton por Coulomb (N/C) Voltio por metro (V/m)

Dispositivo denominado capacitor (también conocido como condensador o filtro) Un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía eléctrica entre sus placas cargadas. La cantidad de carga, y por tanto de energía, que puede almacenar, depende de su geometría y de la diferencia de potencial eléctrico suministrado a las placas. Un condensador es un sistema de dos placas conductoras no conectadas entre sí y separadas mediante un dieléctrico (aislante). Estas placas tienen la misma cantidad de carga, pero con sentido contrario. La constante de proporcionalidad C, denominada capacidad del condensador, indica cuánta carga Q (que corresponde a la carga de una placa) puede almacenar el condensador, sin variar el voltaje, y es:

Calcule el campo eléctrico en el interior de un capacitor 𝐸= 1  0  𝑟 * 𝑄 𝐴 A= area entre las placas Q=carga de una de las placas  𝑟 =constante dieléctrica del material  0 =8,85𝑋 10 −12 𝑓𝑎𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜𝑠 𝑚 ( 𝐶 2 𝑁𝑚 2 )

¿Qué es un electrómetro ¿Qué es un electrómetro?. ¿Puede hacer uno de bolsillo con materiales caseros, con un costo de menos de $50.oo? Es un electroscopio pero con escala, es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas electrostáticas y su polaridad. Si es posible construirlo con materiales reciclados

Electroscopio casero * Frasco de vidrio * Trozo de alambre de cobre * Cinta adhesiva * Papel aluminio Primero haces un pequeño orificio en la tapa, para que pueda pasar el alambre. Luego de introducirlo por allí, haces un gancho en la parte inferior, y en la superior, una espiral. Ahora debes cortar dos trozos de papel aluminio, con forma de gota de agua. Los mismos no deben ser muy grandes, para que su peso sea despreciable. Realiza un pequeño orificio en la parte mas angosta de cada trozo. Eso te permitirá colgarlos en el gancho. Coloca la tapa en el frasco, y listo! Al acercar cuerpos cargados, las hojuelas se separarán.