electrostatica
- 1. Cargas eléctricas de distinto signo se atraen y cargas eléctricas de igual signo se repelen. Principio de conservación de la carga Cuandoun cuerpo eselectrizadopor otro, la cantidad de carga que recibe uno de los cuerpos esigual a la que cede el otro, pero en conjunto no hay producción neta de carga. La electrización porfrotamiento se explicadel siguiente modo. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la barra de ámbar, con lo cual ésta queda cargada negativamente y aquél positivamente. El númerode electronescedidosporunode loscuerposen contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Cuandoun cuerpocargado eléctricamente se pone encontactoconotro inicialmente neutro,puedetransmitirle sus propiedadeseléctricas.Este tipode electrización denominada por contacto se caracteriza porque es permanente y se produce tras un reparto de carga eléctrica Existe,laposibilidadde electrizarun cuerpo neutro mediante otro cargado sin ponerlo en contacto con él. Se trata, en este caso, de una electrización a distancia o por inducción. La naturaleza eléctrica de la materia La teoríaatómica moderna explica el por qué de los fenómenos de electrización. Un átomo de cualquier sustancia está constituido, en esencia, por una región central o núcleo y una envoltura externa formada por electrones. El núcleoestáformadopordos tiposde partículas,losprotones, dotadosde carga eléctricapositiva, y los neutrones, sin carga eléctrica aunque con una masa semejante a la del protón. Los electrones son partículas mucho más ligeras que los protones y tienen carga eléctrica negativa. La carga de un electrón es igual en magnitud, aunque de signo contrario, a la de un protón. Las fuerzaseléctricasatractivasque experimentanloselectrones respecto del núcleo hace que éstos se muevan en torno a él El número de electrones en un átomo es igual al de protones. En conjunto el átomo completo es eléctricamente neutro. El átomopierde suneutralidadeléctricacuandounelectrónlograescaparyse convierte enun ion positivo, al poseer un número de protones mayor al de electrones. Lo contrario sucede cuando un electrón adicional es incorporado a un átomo neutro. Entonces el ion formado es negativo. MASA ELECTRON 9.109X10^-31 Kg MASA PROTON Y NEWTRON 1.67X10^-27 Kg La carga del electrón constituye el valor mínimo e indivisible de cantidad de electricidad. Es, por tanto, la carga elemental Cualquierotracarga equivaldráaun númeroenterode veceslacarga del electrón. El coulomb es la unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional 1 C = 6.27 X10^18 e-
- 2. Conductores son los que permiten el movimiento de las cargas eléctricas en su interior (electrones débilmente ligados a las órbitas exteriores de los metales o iones) Aislantesodieléctricos:materiales que por el tipo de uniones químicas no presentan portadores libres (cargas con capacidad de desplazarse) Semiconductores: materiales que en condiciones normales se comportan como aislantes pero ante determinadas solicitudes (potencial eléctrico, radiación,…) se comportan como conductores. Superconductores:materialesque endeterminadascondiciones permitenque los electrones se muevan sin ningún tipo de dificultad (no presentan resistencia eléctrica) LA LEY DE COULOMB Los fenómenoselectrostáticosfundamentales eran ya conocidos en la época de Charles Coulomb (1736-1806). Fué este físicofrancésquien,loaplicóal estudiode lasinteraccionesentre pequeñas esferas dotadas de carga eléctrica. Cuandose considerandoscuerposcargados.la intensidadde lasfuerzasatractivasorepulsivasque se ejercen entre sí esta dada por la ley de Coulomb. 𝐹 = 𝑘 𝑄𝑞 𝑟2 𝑟 → Las fuerzaseléctricasse aplicanenlosrespectivoscentrosde lascargasy estándirigidasa lo largo de la línea que los une. Así, cargas con signos iguales darán lugar a fuerzas repulsivas, en tanto que cargas con signos diferentes experimentarán fuerzas atractivas. La constante de proporcionalidad k toma en el vacío un valor igual a: k = 9 x 10^9 N·m2/C2 Esa elevada cifra indica la considerable intensidad de las fuerzas electrostáticas. 𝜀0 = 1 4𝜋𝑘 = 8.85𝑥10−12 𝐶2/𝑁. 𝑚2 E= permisibilidad del vacio El coulomb como unidad de carga La ley de Coulomb proporciona una idea de la magnitud del coulomb como cantidad de electricidad. Así, haciendo en la ley de Coulomb: q = Q = 1 C y r = 1 m resulta F = 9 x 10^9 N lo que nos indica que el Coulomb es una unidad muy grande, utilizandose sus submúltiplos
- 3. Los submúltiplos del coulomb más empleados son: El milicoulomb: (1 mC = 10^-3 C). El microcoulomb: (1 mC = 10^-6 C). Y el nanocoulomb: (1 nC = 10^-9 C). De dos hilos de 1 m de longitud, sujetos al mismo punto del techo, cuelgan dos esferillas iguales, de 1 gramo de masa cada una. Se cargan idénticamenteambasesferillas,conlocual se repelen hasta que sus hilos forman entre sí un ángulo de 90º. El valor de la carga eléctrica comunicada a cada esfera es: a) ± 2.7 mC b) ± 1.94 mC c) ± 1.475 mC d) ± 1.047 mC e) ± 3.705 mC Tres cargas en una línea. Tres partículas cargadas se arreglan en una línea, según lo mostrado. Calcular la fuerza electrostática neta en la partícula tres debido a las otras dos cargas. Calcularla fuerzaelectrostáticanetaenlacarga Q 3 debidoalascargas Q 1 y Q 2. √2𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠