FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Manuel Alejandro Montero SuarezCód.. 244655

G11-NL 18

Capitulo 1Campos eléctricos

INTRODUCCIÓN:

Ingeniería y ciencias

Esta rama de la física se interesa, por los fenómenos eléctricos y magnéticos. Las leyes que rigen a esta rama, es el fundamento para entender la funcionalidad de radios, televisores, motores eléctricos, computadores entre otros aparatos electrónicos. Estos conceptos de electromagnetismo, se basan principalmente en los sucesos atómicos y moleculares de la materia, todos esos procesos eléctricos y magnéticos , se explican por el simple hecho de que la materia, sus átomos y/o moléculas, tienen cierta interacción entre ellas, que pueden ser enlaces o fuerzas intermoleculares, estas interacciones son las responsables de que la materia tenga ciertas propiedades, entre esas , destacamos las que tienen que ver con la electricidad y magnetismo..

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PROPIEDADES DE LAS CARGAS ELECTRICAS:Cuando dos materiales diferentes interactúan por rozamiento, ocurres una transferencia de electrones, un material perderá electrones, para quedar cargado POSITIVAMENTE, y el otro material quedara cargado NEGATIVAMENTE, como es el caso del paño y el vidrio, que al ser frotados entre si, el vidrio perderá electrones y queda cargado positivamente, mientras el paño ganara electrones donde finalmente quedara cargado negativamente.

Finalmente decimos que la naturaleza de las partículas son de tres clases:

Partículas PositivasPartículas NegativasPartículas Neutras

Naturalmente, entre las partículas hay fuerzas de atracción, partícula de igual carga, se repelen, y partículas de diferente carga se atraen.

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PROPIEDADES DE LAS CARGAS ELECTRICAS:

Si se frota vidrio con paño, el vidrio quedara cargado positivamente, y el paño con carga negativa.

El caucho la ser frotado con piel humana, quedara cargado negativamente. Se observa en el montaje (a), la interacción entre el vidrio cargado positivamente, y el caucho cargado negativamente, existe una fuerza de atracción entre los dos materiales.

En el montaje (b), se observa que dos materiales cargados de igual manera, como el caucho, ejercerán una fuerza de repulsión entre ellos.

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OBJETOS CARGADOS POR INDUCCIÓN:

Los objetos los podemos cargar por fricción, pero también hay otra forma de hacerlo, y recibe el nombre de carga por inducción.

El objeto que se va a cargar (a), se acerca, otro objeto que ya tenga una carga especifica (b) (no hacen contacto los dos objetos). En este momento las partículas de signo contrario se desplazaran hacia el lado donde se acerco el objeto cargado. Después de el acercamiento, el objeto a cargar se conecta a tierra (conexión a una masa grande de carga) (c). Esta conexión se realiza, para que la mayoría de partículas de igual signo al objeto que esta previamente cargado, se desplacen por medio de la conexión a tierra.Luego se retira la conexión a tierra (d), en este momento, las únicas partículas que quedan en el objeto, son aquellas que tienen carga contraria al objeto que se acerco (previamente cargado). (e).

La conducción es una buena forma para adquirir cargas, y el proceso consiste en contacto de los dos objetos, uno es el que ya esta cargado y el otro es el objeto a cargar.

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LEY DE COULOMB:

Charles Coulomb (1736-1806), midió las magnitudes de fuerzas eléctricas entre objetos cargados mediante la balanza de torsión..

Los experimentos de Coulomb, demostraron que la fuerza eléctrica, entre dos partículas estacionarias: es inversamente proporcional al cuadrado de la separación entre las partículas (r) a lo largo de la línea que las une; es proporcional al producto de las cargas q1 y q2, sobre las partículas; es atractiva si las cargas son de signo opuesto, y repulsiva si las cargas son de mismo signo.

Finalmente la ley de Coulomb se puede expresar de la siguiente manera:

K es conocida como la constante de Coulomb,

La constante de Coulomb, también se puede ver de la siguiente manera (donde ε es la constante de permitividad del espacio libre):

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LEY DE COULOMB (Ejemplo):

Considere tres cargas puntuales localizadas en las esquinas de un triangulo recto como se muestra en la figura donde , y = 0.10 m, encuentre la fuerza ejercida sobre

La fuerza que ejerce a es la fuerza ejercida de a es la fuerza . La fuerza ejercida sobre es el vector suma de +

La fuerza es repulsiva y forma un ángulo de 45° con el eje x. En consecuencia, las componentes xy, y de son iguales con la magnitud dada por

La fuerza es de atracción, así que será negativa, por consiguiente la sumatoria de fuerzas en x es:

Y en y:

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EL CAMPO ELECTRICO:

El campo eléctrico E en un punto en el espacio se define como la fuerza eléctrica, que actúa sobre una carga de prueba positiva colocada en dicho punto, dividida entre la magnitud de la carga de prueba:

Esta imagen simboliza el efecto de los campos eléctricos y las diferencias de potencial.

Si q es positiva, (a), (b), el campo eléctrico esta dirigido rápidamente hacia afuera de ella. Si q es negativa (c) , (d), el campo eléctrico estará dirigido hacia ella.

En cualquier punto P, el campo eléctrico total debido a un grupo de cargas es igual al vector suma de los campos eléctricos de cargas individuales (Principio de superposición).

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DEMOSTRACION DEL CAMPO ELECTRICO(Con Ley de Gauss)-Opcional-:

El campo eléctrico de una carga es radial.El are superficial de la esfera verde es igual a:

Por esa área superficial, habrá un flujo de campo eléctrico representado por la letra

Esta diapositiva se entenderá mucho mejor ,después de que se vea Ley de gauss y campos eléctricos, en este momento de la presentación, es opcional ver esta pagina.

Por definición de la Ley de Gauss, el flujo eléctrico es:

Se establece que:

Realizando el proceso de integración, y teniendo en cuenta que el área superficial de la esfera es Donde :

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CAMPO ELECTRICO DE UNA DISTRIBUCION DE CARGA CONTINUA:

Para evaluar el campo eléctrico creado por una distribución de carga continua se utiliza el siguiente proceso (Figura a)

(1)

(2)

(3)

Para realizar los calculo relacionados con la distribución de carga continua es conveniente familiarizarse con el concepto de densidad de carga lineal, de área y volumétrica.

Si una carga Q se distribuye uniformemente a lo largo de una línea de longitud l se usa la distribución de carga lineal,

Si una carga Q se distribuye uniformemente en una superficie de área A se usa la distribución de carga de área ,

Si una carga Q se distribuye uniformemente en un volumen V, se usa la distribución de carga volumétrica,

Figura (a)

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LINEAS DE CAMPO ELECTRICO:Las líneas de campo electro es la relación grafica de el campo eléctrico. El vector del campo eléctrico E es tangente a la línea de campo eléctrico en cada punto.

El numero de líneas por unidad de área atreves de una superficie perpendicular a las líneas es proporcional a la magnitud del campo eléctrico en esta región. Así E es mas grande cuando las líneas del campo están próximas entre si y es pequeño cuando están apartadas.

(a) Líneas de campo de una carga positiva, (b) Líneas de campo eléctrico de una carga negativa, (c) las pequeñas aéreas oscuras son piezas de hilo sumergidas en aceite, las cuales se alinean con el campo eléctrico producido desde el centro con una partícula cargada.

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LINEAS DE CAMPO ELECTRICO:

Las líneas de campo deben empezar en una carga positiva y terminar en una carga negativa.El numero de líneas dibujadas saliendo de una carga positiva o aproximándose a una carga negativa es proporcional a la magnitud de la carga.Ningún par de líneas de campo deben cruzarse.

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BIBLIOGRAFÍA:Raymond a. Serway; Jhon W. Jewett. Física para Ciencias e ingenierías. Volumen II.

Whitten; Davis; Peck; Stanley Química. Octava edición.

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctrico

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/electrico/cElectrico.html

http://www.udistrital.edu.co/comunidad/profesores/pdeaza/html/campos1.html

http://www.greenfacts.org/es/glosario/abc/campo-electrico.htm

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