PROPIEDADES DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS
Cuando frotamos un peine contra
nuestro pelo, se observara que este atraerá pedacitos de papel. Cuando los
materiales se comportan de esta manera decimos que están eléctricamente
cargados.
Hay dos clases de carga eléctrica
a los cuales benjamín franklin asigno como carga positiva y carga negativa.
·
La primera ley de la
Electrostática se enuncia como: las cargas del mismo signo se repelen y las
cargas de signo contrario se atraen.
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A base de esto décimos
que cualquier objeto sin carga contiene un numero enorme de protones y
electrones alrededor de 1023 c/u.
·
Un Átomo Neutro:
contiene la misma cantidad de protones y electrones, que en 1909 Robert
Millikan dio un valor cuantificable de protones electrones:
e=carga fundamental
e=1.60219*1019 Coulomb
CONDUCTORES Y AISLANTES
Aislador: Es el material donde la
carga se mueve con mucha dificultad.
Conductor: Es el material en el que
las cargas se mueven con gran libertad.
Semiconductor: por sus propiedades de
transmisión de carga se encuentran dentro de los aisladores y los conductores.
Ejemplo: Silicio.
Cargas
por conducción:
Es el aumento de cargas
negativas de un elemento al otro elemento aislado.
Carga por inducción:
Es cuando se conecta un
conductor al suelo por medio de un alambre conductor o un tubo de cobre, y se
dice que esta conectado a tierra.
Para cargar un objeto por
inducción no es necesario contacto alguno con el objeto que induce la carga.
LEY DE COULOMB
Coulomb estableció en 1785 estableció la ley fundamental de
las fuerzas electroestática entre 2 partículas estacionarias con carga:
1.
La fuerza es
inversamente proporcional al inverso del cuadrado de la distancia de separación
r entre las dos partículas,
medida a lo largo de la línea recta que
las une.
2.
La fuerza es
proporcional al producto de las cargas q1 y q2 de las dos
partículas.
3.
La fuerza es atractiva
si las cargas son de signos
opuestos, y repulsiva si las cargas son
del mismo signo.
Con base a estas observaciones podemos expresar la
magnitud de la fuerza electrostática entre 2 cargas separadas por una distancia
r como:
DONDE:
F=Newton
q= Coulomb
=
permisividad del espacio libre
k= constante de coulomb,
que es Cuando la corriente en un alambre
es de 1 A, la cantidad de carga que fluye en un determinado punto del alambre
en 1sg es 1 C. en el sistema
internacional se define como:
1 C= 6025*1018 electrones
e= 1.60*1-19
C
1 μc = 10*-6 C
·
Cuando se aplica la ley
de la fuerza de Coulomb, debe recordarse que la fuerza es una cantidad
vectorial y debe tratarse como tal. Además nótese que la ley de Coulomb sólo se aplica a
cargas puntuales o partículas.
El principio de superposición:
Suele ocurrir que hay mas
de 2 cargas presentes y es necesario determinar la fuerza eléctrica neta sobre
una de ellas. La fuerza resultante sobre una de las cargas es igual a la suma
verctorial de las fuerzas ejercidas por las demás cargas individuales
presentes.
CAMPO ELECTRICO:
El vector campo eléctrico
E en un punto en el espacio esta definido como la fuerza eléctrica F que actúa
sobre una carga de prueba positiva colocada en ese punto y dividida por la
magnitud de la carga de prueba q0.
Sustituyendo F:
·
Se dice que existe un
campo eléctrico en la región del espacio que rodea a un objeto con carga.
·
Cuando otro objeto
cargado entra en el campo cargado surgen otras fuerzas de naturaleza eléctrica.
DIRECCION DEL CAMPO ELECTRICO:
La dirección de la
intensidad del campo eléctrico E en un punto en el espacio es la misma que la
dirección en la que una carga positiva se movería si se colocara en ese punto.
El campo eléctrico en
la vecindad de una carga positiva seria hacia afuera o alejándose de la carga,
en la proximidad de una carga negativa la dirección del campo seria hacia
adentro, o acercándose a la carga.
LINEAS DE CAMPO ELECTRICO:
Un campo eléctrico estático puede ser representado geométricamente con líneas tales que en cada punto el campo vectorial sea tangente a dichas líneas, a estas líneas se las conoce como "líneas de campo". Matemáticamente las líneas de campo son las curvas integrales del campo vectorial. Las líneas de campo se utilizan para crear una representación gráfica del campo, y pueden ser tantas como sea necesario visualizar.
Las líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo, de manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la dirección del campo en ese punto. Esto es una consecuencia directa de la ley de Gauss, es decir encontramos que la mayor variación direccional en el campo se dirige perpendicularmente a la carga. Al unir los puntos en los que el campo eléctrico es de igual magnitud, se obtiene lo que se conoce como superficies equipotenciales, son aquellas donde el potencial tiene el mismo valor numérico. En el caso estático al ser el campo eléctrico un campo irrotacional las líneas de campo nunca serán cerradas (cosa que sí puede suceder en el caso dinámico, donde el rotacional del campo eléctrico es igual a la variación temporal del campo magnético cambiada de signo, por tanto una línea de campo eléctrico cerrado requiere un campo magnético variable, cosa imposible en el caso estático).
En el caso dinámico pueden definirse igualmente las líneas sólo que el patrón de líneas variará de un instante a otro del tiempo, es decir, las líneas de campo al igual que las cargas serán móviles.
Reglas
para trazar líneas de campo eléctrico:
1.
Las líneas deben
comenzar en cargas positivas (o en el infinito) y deben terminar en cargas
negativas o en el exceso de carga, en el infinito.
2.
El número de las líneas
trazadas que parten de una carga positiva o se aproximan a una carga negativa
es proporcional a la magnitud de la carga.
3.
Ningún par de líneas de
campo puede cruzarse mutuamente.
Dipolo eléctrico: campo eléctrico entre 2
cargas puntuales de igual magnitud pero de signo opuesto.
