FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO MDULO DE ELECTROSTTICA Ver mapa

FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO • MÓDULO DE ELECTROSTÁTICA • Ver mapa conceptual

FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO • MÓDULO DE ELECTROSTÁTICA ØEstructura de la materia y cargas eléctricas ØCampo Eléctrico ØFuerza Electrostática y la Ley de Coulomb ØPotencial Eléctrico ØMovimiento de cargas en campos eléctricos ØCálculos de campos y potenciales eléctricos ØComportamiento de la materia en presencia de campos eléctricos

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

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.

Estructura de la materia y cargas eléctricas MODELOS ATÓMICOS: 1. Modelo atómico de John Dalton, publicada entre los años 1. 808 y 1. 810 en la cual los átomos eran esferas macizas. 2. Modelo atómico de Joseph Thomson (1. 856 -1. 940), publicada entre los años 1. 898 y 1. 904. 3. Modelo atómico de Rutherford, publicada en el 1. 911. 4. Modelo atómico de Bohr para el átomo de hidrógeno, propuesto en 1. 913

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/2 pi, 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)

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 10 -15 m. En la corteza, es decir alrededor del núcleo están orbitando los electrones. Quienes se despliegan hasta distancias de 10 -10 m. Las masas respectivas de las partículas atómicas son: Masa del electrón = me = 9, 109 x 10 -31 Kg. Masa del protón = mp = 1, 67 x 10 -27 Kg. Masa del neutrón = mn= 1, 67 x 10 -27 Kg. La carga eléctrica del protón y del electrón = 1, 602 x 10 -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

Estructura de la materia y cargas eléctricas

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

MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN METODO REQUISITOS CARACTERISTICAS 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 MATERIAL FROTAMIENTO Movimiento relativo entre los cuerpos Los cuerpos neutros Aislantes Conductores siempre y cuando se aísle previamente INDUCCIÓN Un cuerpo previamente No hay transferencia de cargado No siempre la carga neta del Separados pero cerca conductor es cero POLARIZACIÓN Un cuerpo previamente No hay transferencia de carga Aislantes cargado Siempre la carga neta del material Separados pero cerca aislante es cero CONTACTO Un cuerpo previamente cargado Se requiere contacto físico entre los dos cuerpos Metales Hay transferencia de carga Aislantes y El proceso de transferencia se da conductores hasta que se logra el equilibrio electrostático (OJO NO ES IGUAL CARGA)= los dos cuerpos quedan con el mismo potencial eléctrico

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

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

Máquinas Electrostáticas 1. 663 Maquinas Electrostáticas de Von Guericke

Máquinas Electrostáticas 1. 785 LA MÁQUINA DE VAN MARUM

Máquinas Electrostáticas • 1883 MÁQUINA ELECTROSTÁTICA DE WIMSHURST • 1929 GENERADOR VAN DER GRAFFf

ELECTROSTÁTICA EN SISTEMAS DISCRETOS DE CARGA: Cargas puntuales

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

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

FUERZAS ELECTROSTÁTICAS Dos cargas eléctricas están situadas sobre el eje positivo de las X. La carga q 1= 10 n. C está a 2 cm del origen y la carga q 2= - 3 n. C, está a 4 cm. del origen. ¿Cuál es la fuerza total que ejercen estas dos cargas sobre una tercera q 3 = 5 n. C situada en el origen?

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)

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

CAMPO ELÉCTRICO Y VECTOR UNITARIO

CAMPO ELÉCTRICO Y PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN

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:

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 :

CAMPO ELÉCTRICO

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

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.

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:

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

POTENCIAL ELÉCTRICO DE UN SISTEMA DISCRETO DE CARGAS

Ejercicios Potencial debido a dos cargas puntuales • Dos cargas puntuales de +5 nc 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 q 1 está situada en el origen y una segunda carga puntual q 2 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

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:

MOVIMIENTO DE UNA CARGA EN UN CAMPO ELÉCTRICO UNIFORME

TUBO DE RAYOS CATÓDICOS

Energía potencial eléctrica en Sistemas discretos de carga

Energía potencial eléctrica en Sistemas discretos de carga

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=55 mm. ¿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? .

POTENCIAL ELÉCTRICO