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FÍSICA II
GRADO
Ingeniería Mecánica
Tema 1. Campo electrostático en el vacío.
Potencial eléctrico
Prof. Norge Cruz Hernández
Tema 1. Campo electrostático en el vacío.
Potencial eléctrico (5 horas)
1.1 Introducción
1.2 Fenómenos eléctricos. Carga eléctrica. Ley de Coulomb.
1.3 Concepto de campo eléctrico. Campo eléctrico creado por una
carga puntual.
1.4 Principio de superposición. Campo eléctrico creado por una
distribución continua de carga.
1.5 Flujo eléctrico. Teorema de Gauss. Aplicaciones.
1.6 Carácter conservativo del campo eléctrico. Potencial electrostático
y energía potencial electrostática
Bibliografía
Clases de teoría:
- Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman
ISBN: 970-26-0511-3, Ed. 9 y 11.
Clases de problemas:
-Problemas de Física General, I. E. Irodov
-Problemas de Física General, V. Volkenshtein
- Problemas de Física, S. Kósel
-Problemas seleccionados de la Física Elemental, B. B. Bújovtsev, V.
D. Krívchenkov, G. Ya. Miákishev, I. M. Saráeva.
Libros de consulta:
-Resolución de problemas de física, V.M. Kirílov.
1.2 Fenómenos eléctricos. Carga eléctrica. Ley de Coulomb.
Fenómenos eléctricos.
Desde muy antiguo (600 a.c aproximadamente) los griegos
comprobaron que cuando frotaban ámbar con lana, el ámbar atraía a
otros objetos.
ambar
Elektron
(en griego)
Cuando hacemos este experimento decimos que
el ámbar se ha cargado. O que ha adquirido una
carga eléctrica.
- Este experimento también lo podemos hacer
al frotar una barra de plástico con una piel
(real o sintética).
ambar
- Al hacer al frotar una barra de vidrio con una
seda.
resina de origen vegetal
Frotamos
con piel.
Frotamos
con seda.
En ambos casos las barras frotadas del mismo material se repelen.
Estos experimentos demuestran que: Hay solamente dos tipos de carga
electrica, la que tiene la barra de plástico que se frotó con la piel y la
que hay en la barra de vidrio que se frotó con la seda.
Benjamín Franklin (1706-1790) sugirió llamar a estas dos clases de
carga negativa y positiva, que son los nombres que hoy en día se siguen
usando.
Fenómeno electrostático: las cargas están reposo (o casi).
Estructura de la materia:
La carga de un sistema está relacionada con el número de electrones de
exceso (carga negativa) o en defecto (carga positiva) que tenga un
material.
El electrón fue descubierto en 1987
por el físico inglés J. J. Thomson.
Premio Nobelde 1906
La carga de un sistema está relacionada con el número de electrones de
exceso (carga negativa) o en defecto (carga positiva) que tenga un
material.
La carga de un cuerpo será un número entero de veces del valor de la
carga que tiene un electrón.
q plástico  n plástico e
q piel  n piel e
q piel  q plástico  0
En un sistema cerrado: La suma algebraica de todas las cargas
eléctricas es constante.
Ley de conservación de la carga
material conductor
El cobre ha sido capaz de conducir parte de la carga de la barra de
plástico a la esfera de metal.
conductor: material que conduce la electricidad
aislante: material que no conduce la electricidad
polarización inducida
Cuando nos peinamos, a veces ocurre que el peine adquiere cierta carga
eléctrica.
polarización inducida: proceso a través del cual un cuerpo cargado
puede orientar las cargas de otro cuerpo neutro,
sin disminuir su propia carga
cargas inducidas
inducción: proceso a través del cual un cuerpo cargado puede orientar
las cargas de otro cuerpo adquiriendo carga, sin disminuir
su propia carga
Ley de Coulomb
¿Cómo es la fuerza que describe la interacción entre dos cuerpos
cargados?
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan
dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las
cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las
separa.
F k
Aunque la carga es equivalente a
un número de electrones, la
unidad que se usa es el Coulomb.
q1q2
2
1 2
r
qe  1.602 10
Ley de Coulomb



q1q2  
F1   F2  k 3 R1  R2
r1 2

19
C
2
Nm
k  8.987551788 109 2
C
1
k
40
Principio de superposición de fuerzas:
Los experimentos muestran, que cuando dos cargas ejercen fuerzas
simultáneamente sobre una tercera, la fuerza total que actúa sobre esa
carga es la suma vectorial de la fuerza que las dos cargas ejercen
individualmente.
q2


q
1


F10  F20

F20

q0

F10
1.3 Concepto de campo eléctrico. Campo eléctrico creado por una
carga puntual.
 

 
F1  q1 E2 R1





q1q2  
F1  k 3 R1  R2
r1 2

 q2   
F1  q1 k 3 R1  R2 
 r12

 

 
q2  
E2 R1  k 3 R1  R2
r1 2

Intensidad del campo eléctrico
Para conocer la fuerza eléctrica que percibe una carga de prueba, será
suficiente conocer el campo eléctrico que el punto donde se encuentra
la carga prueba.