FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO

Presentación del tema: "FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO"— Transcripción de la presentación:

1 FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO
MÓDULO DE ELECTROSTÁTICA Ver mapa conceptual

2 FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO
MÓDULO DE ELECTROSTÁTICA Estructura de la materia y cargas eléctricas Campo Eléctrico Fuerza Electrostática y la Ley de Coulomb Potencial Eléctrico Movimiento de cargas en campos eléctricos Cálculos de campos y potenciales eléctricos Comportamiento de la materia en presencia de campos eléctricos

3 Estructura de la materia y cargas eléctricas
LA MATERIA SEGÚN SU COMPORTAMIENTO ELÉCTRICO SE CLASIFICA EN: Conductores Aislantes o dieléctricos Semiconductores Superconductores

4 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, decimos que el ámbar ha adquirido una carga eléctrica neta, esto es ha sido cargado.

5 Estructura de la materia y cargas eléctricas
MODELOS ATÓMICOS: Modelo atómico de John Dalton, publicada entre los años  y en la cual los átomos eran esferas macizas. Modelo atómico de Joseph Thomson ( ), publicada entre los años  y Modelo atómico de Rutherford, publicada en el Modelo atómico de Bohr para el átomo de hidrógeno, propuesto en 1.913

6 Estructura de la materia y cargas eléctricas: modelos atómicos
Bohr aplicó estas ideas al átomo de hidrógeno y enuncio los tres postulados siguientes: En el átomo de hidrógeno el movimiento del electrón alrededor del núcleo está restringido a un número discreto de orbitas circulares (primer postulado) . El momento angular del electrón en una órbita está cuantizado; es un número entero de h/2pi, siendo h la constante de Planck (segundo postulado). El electrón no radia energía mientras permanece en una de las órbitas permitidas, teniendo en cada órbita una energía característica constante. Cuando el electrón cae de un estado de energía superior a otro de energía inferior, se emite una cantidad de energía definida en forma de un fotón de radiación (tercer postulado)

7 Estructura de la materia y cargas eléctricas
Desde el punto de vista clásico, la estructura de los átomos se puede describir en términos de 3 partículas electrón con carga negativa, protón con carga positiva, y neutrón sin carga Los protones y neutrones se encuentran en un centro pequeño llamado núcleo con dimensiones del orden de m. En la corteza, es decir alrededor del núcleo están orbitando los electrones. Quienes se despliegan hasta distancias de m. Las masas respectivas de las partículas atómicas son: Masa del electrón = me = 9,109x Kg. Masa del protón = mp = 1,67x10-27 Kg. Masa del neutrón = mn= 1,67x10-27 Kg. La carga eléctrica del protón y del electrón = 1,602x10-19 C. Como el número total de electrones y protones es igual, la carga total es cero y el cuerpo es eléctricamente neutro Un electrón es la unidad elemental de carga pero en el sistema MKS se asume como unidad fundamental de carga al Coulomb (C ), que tiene un orden de magnitud de 1018 cargas elementales

8 Estructura de la materia y cargas eléctricas

9 MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN
MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN NO ELECTROTÁTICOS Efecto Fotoeléctrico Efecto termoeléctrico (efecto Seebeck) Por Electrólisis MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN ELECTROTÁTICOS Frotamiento Inducción Polarización Contacto

10 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

11 ELECTRIZACIÓN Electroscopio Rayo Los pelos de punta
EVIDENCIAS DE CUERPOS CARGADOS Electroscopio Rayo Los pelos de punta

12 MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN
Contacto a tierra Como cargar un conductor Con carga positiva

13 Máquinas Electrostáticas
Maquinas Electrostáticas de Von Guericke

14 Máquinas Electrostáticas
1.785 LA MÁQUINA DE VAN MARUM

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

16 ELECTROSTÁTICA EN SISTEMAS DISCRETOS DE CARGA: Cargas puntuales

17 FUERZAS ELECTROSTÁTICAS INTERACCIONES ENTRE CUERPOS CARGADOS
Charles Coulomb (81736 – 1806), midió con una balanza de torsión las fuerzas eléctricas entre dos objetos con carga

18 LEY DE COULOMB Válida para objetos modelados como partículas con cargas (cargas puntuales)

19 FUERZAS ELECTROSTÁTICAS
Dos cargas eléctricas están situadas sobre el eje positivo de las X. La carga q1= 10nC está a 2cm del origen y la carga q2= - 3nC, está a 4 cm. del origen. ¿Cuál es la fuerza total que ejercen estas dos cargas sobre una tercera q3 = 5 nC situada en el origen?

20 FUERZAS ELECTROSTÁTICAS
Dos cargas puntuales iguales de 2 µC interactúan con una tercera carga de 4 µC. Encuentre la fuerza neta sobre la carga 3 (Q)

21 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 MKS son N/C

22 CAMPO ELÉCTRICO Y VECTOR UNITARIO

23 CAMPO ELÉCTRICO Y PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN

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27 FUERZAS ELECTROSTÁTICAS INTERACCIONES ENTRE CUERPOS CARGADOS
Cuando dos cuerpos cargados están cerca, se determina su interacción electrostática como la fuerza de atracción o repulsión que se ejercen entre sí cumpliendo la ley de acción reacción de Newton. Se cumple la ley de cargas. “Cargas del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario de atraen. Para calcular la fuerza que el cuerpo 1 le hace al cuerpo 2. se usa:

28 FUERZAS ELECTROSTÁTICAS: INTERACCIONES ENTRE CUERPOS CARGADOS
Cuando los cuerpos cargados se pueden modelar como cargas puntuales, para calcular la fuerza que la carga 1 le hace a la carga 2 es: Como Quedando :

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32 CAMPO ELÉCTRICO

33 POTENCIAL ELÉCTRICO se denomina potencia eléctrico (V), al cual se encuentra un punto p, a La energía potencial por unidad de carga de prueba que adquiere la carga de prueba al colocarla en el punto p. Las unidades del potencial eléctrico es entonces joule/coulomb denominado voltio. J/C=V Físicamente se miden diferencias de potencial entre dos puntos

34 DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL ELÉCTRICO GENERADO POR UNA CARGA PUNTUAL
La fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es una fuerza electrostática es conservativa, y se le puede asociar una función (Ue), denominada energía potencial eléctrica, asociada a dicha fuerza.

35 Además, recordemos que:
Trabajo hecho por una fuerza variable es: Y la relación entre trabajo hecho por una fuerza conservativa y la energía potencial es:

36 Por tanto: Entonces el Potencial Eléctrico generado por una carga puntual con referencia a un punto en el infinito es

37 POTENCIAL ELÉCTRICO DE UN SISTEMA DISCRETO DE CARGAS

38 Ejercicios Potencial debido a dos cargas puntuales
Dos cargas puntuales de +5nc se encuentran sobre el eje x Una está en el origen y la otra en x= 8 cm. Determinar el potencial eléctrico en : a) el punto (4,0) cm. y b) en el punto (0,6)cm. Potencial a lo largo del eje x Una carga puntual q1 está situada en el origen y una segunda carga puntual q2 está situada sobre el eje x en x = a, Determinar el potencial en cualquier punto del eje +x Potencial debido a un dipolo eléctrico Un dipolo eléctrico consta de un carga positiva q+ y una carga igual q-. Si la positiva está ubicada en X=+a y la negativa en X =-a. Determinar el valor del potencial eléctrico en el eje x, para x>>a

39 Recordando de mecánica:
El movimiento de una partícula se puede analizar de dos formas: Por el método vectorial de fuerzas, usando Por el método escalar de energía, con:

40 MOVIMIENTO DE UNA CARGA EN UN CAMPO ELÉCTRICO UNIFORME

41 TUBO DE RAYOS CATÓDICOS

42 Energía potencial eléctrica en Sistemas discretos de carga

43 Energía potencial eléctrica en Sistemas discretos de carga

44 INTERACCIÓN ENTRE UNA CARGA PUNTUAL Y UN CAMPO ELÉCTRICO GENERADO POR PLACAS
Si el voltaje entre las placas (figura ), es de 12 voltios, X = 14 mm, Y=55mm. ¿Cual es la diferencia de potencial V = Vb - Va. ¿Cual es la velocidad que una carga puntual de 2,86 μC y masa de 6,26 Kg., cuando llegue al punto b, si fue colocada inicialmente en el punto a?.

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