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Lectura 1: Carga elemental y ley de Coulomb

La carga elctrica es una propiedad que tienen los cuerpos electrizados, que puede serpositiva o negativa segn el exceso o escasez de electrones y que puede dar origen afuerzas de atraccin o repulsin segn el signo delas cargas que interactan.

En 1785, el fsico francs !"arles !oulo#$ "izo cuidadosos experi#entos para calcularla fuerza de atraccin y repulsin entre dos cuerpos cargados y encontr que dic"afuerza es proporcional a la carga de los cuerpos e inversa#ente proporcional alcuadrado de la distancia que los separa% Esta fuerza &f' se puede expresar #ediante la

fr#ula (onde Qy qson las cargas de los cuerpos,Kes la constantede proporcionalidad equivalente a 9109unidades internacionales y res la distanciaentre las cargas% )l enunciado anterior se le conoce co#o ley de !oulo#$% * la unidadde carga elctrica tiene este no#$re y se representa con ! ayscula'

Recuerdeque:

En el siste#a internacional, la fuerza se #ide en +eton, la cargaelctrica en coulo#$s, y la distancia en #etros

Entre 1-./ y 1-11, se "icieron esfuerzos por deter#inar las caractersticas de loselectrones, en especial su carga elctrica% 0illian, deter#in que la carga de unelectrn es 21%/731.41-!% ) esta cifra se le conoce co#o carga ele#ental% (e aqu sepuede deter#inar que 1 !oulo#$ equivale a /%531.18cargas ele#entales%

Clculos sencillos:(e la fr#ula de fuerza se pueden deducir fr#ulas paracalcular las cargas y la distancia entre ellas6

)plicando esta fr#ula, puede calcular la fuerza entre las cargas

tilice esta fr#ula cuando le pidan calcular una de las cargas

Es ta fr#ula le per#ite calcular la distancia entre las cargas

1% 9u es la carga elctrica:a' Es un $ulto de #asa elctrica que tiene signo positivo y negativo

$' Es la #asa de un electrnc' Es una propiedad de los cuerpos electrizados, que puede ser positiva o negativad' es una caracterstica de los cuerpos electrizados pero no tiene signo

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contrario, la #ateria est= co#o esparcidaF en el espacio% El "ec"o de que nosotros novea#os el ca#po con nuestros oIos, no de#uestra nada6 el ca#po lo pode#os verFperfecta#ente con ayuda de instru#entos relativa#ente sencillos% El ca#podese#peJa el papel de trans#isor de las interacciones entre cuerpos% ?or eIe#plo, elca#po electrost=tico es el trans#isor de las interacciones entre cargas elctricasin#viles% ?ode#os considerar que cada carga creaF un ca#po a su alrededor% El

ca#po creado por una carga, influye so$re la otra, y viceversa, el ca#po creado por lasegunda carga, influye so$re la pri#era% )s se lleva a ca$o la interaccin de !oulo#$entre cargas elctricas%

EBC(D)+CE )6 ?ero, no es posi$le evitar los inter#ediariosF: 9u nos i#pidesuponer que una carga influye so$re otra en for#a directa:

EBC(D)+CE H6 ?or el contrario esto puede dar lugar a serias o$Ieciones% D#agneseusted que una de las cargas de pronto, por alguna causa y en cierto instante, e#piece a#overse, a te#$larF% Bi parti#os de la suposicin de que existe una interaccindirectaF, de$e#os concluir que la segunda carga en el #is#o instante que la pri#era,

e#pezar= ta#$in a te#$larF% Esto significara que la seJal de la pri#era carga lleginstant=nea#ente "asta la segunda, lo cual, co#o es $ien sa$ido, contradice a losconceptos funda#entales de la teora de la relatividad% Bi "ay un trans#isor de lainteraccin, es decir, un ca#po, en tal caso la seJal se propaga de una carga a otra atravs de dic"o ca#po% ?or alta que sea la velocidad de propagacin, de todas #anerases finita y por lo tanto puede existir un intervalo de tie#po, cuando la pri#era carga ya"a ter#inado de te#$larF, #ientras que la segunda no "a e#pezado% En eltranscurso de este intervalo de tie#po sola#ente el ca#po contiene la seJal%

EBC(D)+CE )6 (e todas #aneras, quisiera or una definicin $ien exacta de qu esel ca#po%

?@A;EBA@6 *o "e odo con inters su discusin y #e doy cuenta de que el estudianteH se "a interesado $astante por los pro$le#as de la ;sica #oderna y "a ledodiferentes li$ros de ;sica de divulgacin cientfica, razn por la cual se le "a for#adolo que podra#os lla#ar una #entalidad e#prendedora% El ca#po es para l, unanocin co#pleta#ente real y tilF% Bus o$servaciones acerca del ca#po co#otrans#isor de interacciones son total#ente correctas% El estudiante ), segn parece, seli#it a la lectura for#al del texto de fsicaG por esta razn, su razona#iento parece

$astante po$re% *o digo esto, por supuesto, no con el fin de ofender a #i interlocutor,sino para recalcar con este eIe#plo que #uc"os de los exa#inandos deIan entrever suincapacidad en situaciones an=logas a la anterior% )unque parezca extraJo,relativa#ente un $uen n#ero de estudiantes no #anifiesta un vivo inters por laslecturas de divulgacin cientfica% Bin e#$argo, regrese#os a la esencia del pro$le#a

planteado% &(irigindose al estudiante )%' sted exige que se le d una definicinexacta del ca#po% Bin dic"a definicin usted no puede i#aginarse el ca#po% +oo$stante, usted "a dic"o, que puede i#aginarse la sustancia% ?ero, acaso usted conoceuna definicin precisa de la nocin de sustancia:

EBC(D)+CE )6 La nocin de sustancia no necesita ser definida% Coda sustancia sepuede tocar con la #anoF%

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?@A;EBA@6 En ese caso la nocin de ca#po no necesita de definicinF puesto que elca#po ta#$in se puede tocarF, aunque no con la #ano% Bin e#$argo, en cuanto a ladefinicin, la cuestin es #uc"o #=s seria% (ar una definicin precisa, lgica eirreproc"a$le, significa expresar la nocin analizada a travs de conceptospri#ariosF% 9u "acer si la #is#a nocin es un concepto pri#arioF: Crate ustedde dar en geo#etra la definicin de lnea recta% )qu, #=s o #enos, tene#os el #is#o

caso que el de las nociones de la sustanciaF y del ca#poF% Estas son nociones tanpri#arias, tan funda#entales, que es poco pro$a$le "allar una definicin exacta querefleIe toda su esencia%

EBC(D)+CE )6 Bin e#$argo, se podra tratar de encontrar una cierta definicin,aunque no fuese de#asiado clara:

?@A;EBA@6 Bi, por supuesto% Blo que entonces "ay que tener en cuenta que unadefinicin de esta ndole de ninguna #anera es co#pleta% La #ateria puede existir dediferentes for#as% Esta puede estar concentrada en los l#ites del do#inio org=nicodel espacio con una frontera #=s o #enos deter#inada &o co#o a veces dicen

localizadaF, pero ta#$in, puede suceder lo contrario, es decir, puede resultar nolocalizadaF% El pri#er estado de la #ateria se puede identificar con el concepto desustanciaF y el segundo estado, con el concepto de ca#poF% Canto en un estadoco#o en el otro, ade#=s de sus caractersticas especficas, poseen caractersticas fsicasco#unes% ?or eIe#plo, existe la energa de la unidad de volu#en de una sustancia yta#$in existe la energa de la unidad de volu#en del ca#po% Be puede "a$lar de lacantidad de #ovi#iento de la unidad de volu#en de una sustancia y de la cantidad de#ovi#iento de la unidad de volu#en del ca#po% Codo ca#po Iuega el papel deconductor de un tipo deter#inado de interaccin6 precisa#ente segn esta interaccinse #anifiestan las caractersticas del ca#po en uno u otro de sus puntos% ?or eIe#plo,un cuerpo cargado elctrica#ente crea a su alrededor un ca#po electrost=tico% ?arapalpar y #edir dic"o ca#po en uno u otro punto del espacio, es necesario introducir en

ese punto otro cuerpo cargado y #edir la fuerza, que acta so$re este lti#o% ?ara estose supone que el segundo cuerpo es suficiente#ente pequeJo, de tal #anera que ladistorsin que su presencia causa del ca#po que se #ide, sea desprecia$le%Las propiedades de la #ateria son inagota$les, el proceso de su conoci#iento esinfinito% El "o#$re constante#ente avanza #=s y #=s en su conoci#iento de la#ateria y en la utilizacin pr=ctica de las propiedades de la #ateria que lo rodea% )lavanzar, el "o#$re se ve o$ligado de tie#po en tie#po a poner seJalesF que vienen aser co#o Ialones en el ca#ino del conoci#iento% ?ues $ien, nosotros a algo le "e#oslla#ado ca#poF% Entende#os que este algoF es ili#itado% Ba$e#os #uc"o deaquello que "e#os deno#inada ca#poF y por esta razn utiliza#os en for#asatisfactoria el concepto que "e#os introducido% Ba$e#os $astante, pero de todas#aneras, esta#os leIos de sa$erlo todo% Cratar de dar a ese algoF una definicin

precisa, es lo #is#o que tratar de #edir la profundidad de un a$is#o sin fondo%

EBC(D)+CE H6 *o creo que el concepto de ca#po, co#o en general cualquier otroconcepto que aparece #ientras se estudia el #undo #aterial, es inagota$le%?recisa#ente por esto es i#posi$le dar una definicin precisa y a la vez co#pleta delca#po%

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?@A;EBA@6 Estoy co#pleta#ente de acuerdo con usted%

1% Bo$re qu trata la lectura:

a' (iscusin so$re la influencia de la carga so$re el ca#po electrost=tico$' (iscusin so$re la definicin del ca#po electrost=ticoc' (iscusin so$re la percepcin del ca#po electrost=tico

d' (iscusin so$re el an=lisis espectral del ca#po electrost=tico% Begn el profesor por qu el razona#iento del estudiante ) es po$re:a' ?orque quera visualizar fsica#ente el ca#po electrost=tico

$' ?orque argu#ento fantasiosa#entec' ?orque quera palpar y #edir el ca#po electrost=ticod' ?orque se li#it a la lectura for#al del texto de fsica

% !#o se puede #edir y palpar un ca#po electrost=tico:a' Dntroduciendo en ese punto otro cuerpo cargado y #edir la fuerza, que acta so$re

este lti#o$' )plicando fuerza so$re el ca#po electrost=tico y #edir la defor#acin de las lneasde ca#po%c' tilizando cuerpos cargados para introducirlos en el ca#po electrost=ticod' +o se puede #edir

5% ?or qu el estudiante H cree que no se puede definir ca#po electrost=tico:a' ?orque es difcil de #edir

$' ?orque es #=s f=cil definir un concepto percepti$lec' ?orque no "ay ele#entos suficientes para definirlod' ?orque el ca#po electrost=tico solo es terico

Lectura 3:El uso de los Condensadores y los Capacitores

!uando uno cree sa$er todo acerca del #undo que lo rodea, sie#pre sale a la luz algonuevo que ca#$ia nuestra opinin so$re lo que nos rodea y provoca que se le d un

nuevo enfoque a lo que est= a nuestro alrededor%

Uso del condensador

n condensador sirve para al#acenar carga% n condensador es co#o una especie derecipiente con cargas adentro% Ciene carga en sus placas% Esa carga est= a" guardada y

no se va a ningn lado% 0ientras el condensador est cargado, la carga se conserva%(espus uno puede usar esa carga para lo que uno necesite% Be lo lla#a condensadorporque tiene capacidad para al#acenar carga%

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Los condensadores tienen #uc"os usos en la electrnica y los siste#as elctricos% Ellosson tan co#unes que es un producto raro elctrico que no incluya al #enos una un

propsito%

El almacenamiento de energa

n condensador puede al#acenar energa elctrica cuando se desconecta de su circuitode carga, por lo que se puede utilizar co#o un te#poral de la $atera% Los

condensadores son de uso co#n en los dispositivos electrnicos para #antener lafuente de ali#entacin #ientras que las $ateras se est=n ca#$iando%

En la distri$ucin de energa elctrica, los condensadores se utilizan para la correccindel factor de potencia% Estos condensadores a #enudo vienen de tres condensadoresconectados co#o una tercera fase de carga% ?or lo general, los valores de estoscondensadores no son su#inistrados en faradios sino #=s $ien co#o una potencia

reactiva en voltios4a#perios reactivos &K)@'% El o$Ietivo es contrarrestar la cargainductiva de dispositivos co#o #otores elctricos y lneas de trans#isin para "acer lacarga parece ser en su #ayora de resistencia% o el #otor de la l=#para cargasindividuales pueden tener condensadores para correccin del factor de potencia, o #=sseries de condensadores &general#ente con dispositivos de con#utacin auto#=tica'se pueden instalar en un centro de carga dentro de un edificio o en una gran e#presa

de servicios de la su$estacin %

!ondensador

n condensador es un dispositivo que al#acena energa elctrica, es un co#ponentepasivo% Est= for#ado por un par de superficies conductoras en situacin de influencia

total &esto es, que todas las lneas de ca#po elctrico que parten de una van a parar a laotra', general#ente en for#a de ta$las, esferas o l=#inas, separados por un #aterialdielctrico &siendo este utilizado en un condensador para dis#inuir el ca#po elctrico,

ya que acta co#o aislante' o por el vaco, que, so#etidos a una diferencia de potencial&d%d%p%' adquieren una deter#inada carga elctrica, positiva en una de las placas ynegativa en la otra &siendo nula la carga total al#acenada'%

La carga al#acenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial

entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la lla#ada capacidado capacitancia% En el Biste#a internacional de unidades se #ide en ;aradios &;',siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, so#etidas sus ar#aduras a

una d%d%p% de 1 voltio, estas adquieren una carga elctrica de 1 culo#$io%El valor del condensador, en tr#inos de capacidad, se #ide en ;aradios, y tanto#ayor ser= este cuando #ayores sean las superficies enfrentadas de las placas y #=sdelgado sea el dielctrico%

n condensador dispone de dos ter#inales #et=licos, que sirven para conectarloelctrica#ente a los de#=s co#ponentes del circuito% !ada uno de estos ter#inales seencuentra unido elctrica#ente a una de las ar#aduras% El #aterial e#pleado co#o

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c' ?ara al#acenar energad' ?ara aislar la energa

% 9u sucede si se desconecta el condensador:a' Be descarga el condensador

$' Nenera su propia energac' 0antiene te#poral#ente la energad' +o sucede nada

5% !#o es la fuerza de atraccin cuando las placas est=n a #enor distancia:

a' Es #enor$' Es nulac' (is#inuyed' Es #ayor

@EB?EBC)B

Lect 1 Lect Lect