carga eléctrica

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Objetivo: Comprender el concepto de electrización de un cuerpo y aplicarlo en diversos casos.

Unidad 1: Electricidad y magnetismo.

Clase 1: Electrización.

Subunidad: Electrostática.

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Fuerzas de contacto

Fuerzas de campo

Tipos de fuerza

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Las fuerzas eléctricas:

Provienen de las partículas que componen los átomos

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Protones: con carga eléctrica positiva.

Neutrones: con carga eléctrica nula.

Electrones: con carga eléctrica negativa.

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En su estado natural, los átomos son eléctricamente neutros, es decir, tienen la misma cantidad de protones y de electrones.

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iones

Ión positivo (catión): el átomo perdió electrones, quedando con carga eléctrica positiva

Ión negativo (anión): el átomo ganó electrones, quedando con carga eléctrica negativa

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Un cuerpo cualquiera adquiere carga eléctrica cuando gana o pierde electrones, a este proceso se le denomina con el nombre de electrización

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Electrización por frotamiento

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Los objetos se cargan por fricción cuando se transfieren electrones por frotamiento

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Electrización por inducción

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SAN BERNARDOEl proceso de carga por inducción se lleva a cabo en presencia de una carga pero sin contacto físico

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Carga por contacto

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Los objetos se cargan por contacto cuando se transfieren electrones por contacto directo

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Polarización de la carga

La carga se polariza en los aislantes que están en presencia de un objeto con carga

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Los electrones se mueven con facilidad en los buenos conductores y con dificultad en los buenos aislantes

Redistribución de cargas: Buenos y malos conductores de la electricidad

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Las cargas de igual signo se repelen, mientras que de distinto signo se atraen, producto de una fuerza de carácter eléctrico.

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Ley de Coulomb

2

QqF k

r

Campo eléctrico

Del mismo modo que el espacio que rodea a la materia está lleno de un campo gravitacional, el espacio que rodea toda carga eléctrica está lleno de un campo eléctrico

En otras palabras, la fuerza que una carga eléctrica ejerce sobre otra se puede describir como la interacción entre una carga y el campo eléctrico que crea la otra

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El campo eléctrico tiene magnitud dirección y sentido, por tanto es una cantidad vectorial

Su magnitud (intensidad) se puede medir en base a la acción o efecto que produce sobre cargas que se encuentran en él.

Por convección, la dirección del campo eléctrico en un punto cualquiera es la dirección de la fuerza eléctrica que se ejerce sobre una pequeña carga de prueba positiva colocada en ese punto. ´De esa forma, si la carga que crea el campo eléctrico es positiva, éste apunta hacia fuera de la carga. Si la carga que crea el campo es negativa, el campo apunta hacia la carga.

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La intensidad o magnitud de campo eléctrico es una medida de la fuerza que se ejerce sobre una muy pequeña carga de prueba (positiva) colocada en el campo para no empujar la carga original y alterar de esta manera el campo que se desea medir.

Si una carga de prueba queº experimenta una fuerza F en algún punto del espacio, entonces la magnitud de campo eléctrico E en ese punto es:

FE

q

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En un punto del espacio existe un campo E eléctrico cuando sobre una carga q colocada en dicho punto, se ejerce una fuerza F de origen eléctrico.

El campo eléctrico se establece por la acción de la carga Q, la cual naturalmente podrá ser positiva (como la de la figura) o negativa. La carga q que se desplaza de un punto a otro para verificar si en tales puntos existe un campo eléctrico, se denomina carga de prueba, y siempre se considera positiva.

La fuerza eléctrica F es ejercida por Q sobre q debido a la acción de un campo eléctrico E

El campo eléctrico es un vector

El campo eléctrico es , en cada punto del espacio que rodea una carga eléctrica, un vector que se simboliza con la letra:

E

y se denomina vector campo eléctrico.

Como vector, el campo eléctrico debe tener una magnitud, una dirección y un sentido.

Magnitud del vector : El valor del vector en un punto dado suele llamarse intensidad de campo eléctrico en ese punto, de manera que:

E

E

FE

q

Por la Ley de Coulomb, podemos reemplazar la fuerza como:

2

2

Qqk QrE E k

q r

Dirección y sentido de : La dirección y el sentido del vector campo eléctrico en un punto están, por definición, dados por la dirección y el sentido de la fuerza que actúa sobre la carga de prueba (positiva) colocada en el punto

E

Si la carga Q es positiva, crea en los puntos , los vectores campo eléctrico con las direcciones y sentidos que se indican en la figura.

1 2 3 4, , ,E E E E 1 2 3 4, , ,P P P P

Si la carga Q es negativa, crea en los puntos , los vectores campo eléctrico con las direcciones y sentidos que se indican en la figura.

1 2 3 4, , ,E E E E 1 2 3 4, , ,P P P P

Movimiento de las cargas en un campo eléctrico

Suponga que una carga positiva q se coloca en un punto P1 tal como se ve en la figura, donde hay un campo eléctrico creado por la carga Q. Como ya sabemos, la carga eléctrica q será repelida por Q con una fuerza dirigida hacia la derecha, y por consiguiente, tenderá a desplazarse en el sentido de esta fuerza. Como el vector tiene el mismo sentido de dicha fuerza, concluimos que la carga positiva q tiende a desplazarse en el sentido del campo eléctrico .

1E

1E

Si la misma carga eléctrica positiva q se colocara en el punto P1 del la figura izquierda (campo creado por una carga negativa), sería atraída por la carga Q, y también en este caso tenderá a desplazarse en el sentido del campo eléctrico 1E

Ejercicio: cambia el signo de la carga de prueba.

Coloca una carga de prueba negativa.

Coloca una carga de prueba positiva.

Conclusión: Una carga positiva colocada en un punto donde existe un campo eléctrico E, tiende a desplazarse en el sentido del campo, y una carga negativa en el mismo sitio, tiende a desplazarse en sentido contrario.

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Líneas de fuerza

El concepto de líneas de fuerza fue introducido por el físico inglés Michael Faraday, con la finalidad de representar el campo eléctrico mediante diagramas.

En la figura a), consideremos los vectores que tienen la misma dirección y sentido, luego tracemos una línea recta quepase por estos vectores y orientada en el mismo sentido de ellos, como se observa en la figura b). Esta recta colineal (o tangente en el caso general) sendenomina línea de fuerza

1 2 3,E E y E

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Líneas de fuerza

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De manera similar, podemos trazar algunas otras líneas de fuerza del campo eléctrico originado por la carga Q, tal como se ve en la siguiente figura.

1) Las líneas de fuerza de campos que se acaban de mencionar presentan una configuración relativamente simple. Otras distribuciones de carga forman campos cuyas líneas de fuerza pueden presentar formas más complicadas

En esta figura se muestran las líneas de fuerza de campo eléctrico creado por dos cargas puntuales de la misma magnitud pero de signos iguales y contrarios. En la primera de ellas vemos la configuración de líneas de fuerza en el caso que ambas cargas tengan el mismo signo, y en la segunda, la configuración de las líneas de fuerzas cuando las cargas son opuestas. En todos los casos , cada línea de fuerza debe trazarse de manera que, en cada punto el vector E sea tangente a ella.

1. Al trazar una línea de fuerza de modo que en cada punto el vector E sea tangente a ella, podemos determinar la dirección y el sentido del campo en un punto, conociendo la línea de fuerza que pasa por él.

2. Como las líneas de fuerza se trazan más cerca entre sí, en las regiones donde el campo eléctrico es más intenso, al observar la separación de dichas fuerzas podemos obtener información acerca de la magnitud del vector campo eléctrico.

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2

2

Qqk

F QrE kq q r

Intensidad de campo eléctrico

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Polarización de un material aislante

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Muchas Gracias