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CLASE 7 Mención.
Electricidad y magnetismo i
• Fuerza Eléctrica
•Campo Eléctrico
• Aplicar la fuerza eléctrica.
• Aplicar el campo y el trabajo
eléctrico.
• Aplicar el potencial eléctrico.
• Comprender el principio que rige el
condensador de placas paralelas.
Fuerza electroestática
Ley de Coulomb
La ley de Coulomb establece la relación que existe entre la magnitud de
las cargas, la distancia que las separa y la fuerza con que se atraen o
repelen.
1
ke 
 9 109
4   0
 
N m 2
C2

q q
Fe  k  1 2 2
r
Unidades para la constante
de Coulomb
S .I . :
k  9 109  NCm2 
C.G.S . :
2

k  1  dinastccm
2

2
Es importante hacer notar en relación a la ley de Coulomb lo siguiente:
• Cuando hablamos de la fuerza entre cargas eléctricas estamos siempre
suponiendo que éstas se encuentran en reposo (de ahí la denominación
de Electrostática), las fuerzas electrostáticas cumplen con las leyes de
Newton.
Campo eléctrico
En todo punto de una región del espacio en que se halle una carga
eléctrica, se ejercerá una fuerza sobre cualquier carga extra colocada en
esta región.
Para poder identificar esta influencia que ejerce la carga, se usa una carga
de prueba q0.
Carga de prueba, es
una carga ficticia, que
no posee masa, no
ejerce
un
campo
eléctrico y su carga es
positiva.
• Según si nuestra carga de prueba (q0) experimenta una fuerza de
atracción/repulsión, nos dirá la presencia e intensidad de la influencia de
la carga original. Llamaremos campo eléctrico E a la fuerza que se ejerce
sobre una unidad de carga eléctrica, y será un vector cuya dirección y
sentido serán las que describe la carga de prueba.
• E depende de la magnitud de la carga que la genera y de la distancia a
la cual estemos analizando, por ende no depende de la magnitud de la
carga de prueba ni de ninguna otra carga en el espacio.
El campo eléctrico indica cuánta fuerza se ejerce por unidad de carga
eléctrica, tendremos que la fuerza que se ejercerá sobre cualquier otra
carga, será proporcional a la carga en cuestión, con lo que obtendremos la
siguiente expresión de fuerza eléctrica.
Fe
E
 Fe  q1  E
q1
Unidades para campo
eléctrico
S .I .:  CN 
C.G.S .:  dina
stc 

q
E  ke  2
r
Intensidad del campo eléctrico
Con nuestra nueva expresión de campo eléctrico, y considerando la carga
constante, podemos apreciar en el gráfico la relación inversa entre campo
eléctrico y el cuadrado de la distancia.
E
q
E  ke  2
r
Unidades para campo
eléctrico
S .I .:  CN 
C.G.S .:  dina
stc 

r2
Intensidad del campo eléctrico
Si en un campo eléctrico conocido colocamos una carga cualquiera q1, se
tendrán dos posibilidades.
1)
Si la carga es positiva la
fuerza que experimentara
tendrá la misma dirección y
sentido del campo eléctrico
presente.
2) Si la carga es negativa la fuerza
tendrá sentido opuesto al
campo presente.
Líneas de campo eléctrico
Son líneas que nos permiten visualizar el campo eléctrico.
Líneas de campo eléctrico
La región considerada del espacio también podría estar sometida a la
influencia de más de una carga, y la definición del campo eléctrico seria la
misma, ya que en cada punto la distribución de cargas ejercería una fuerza
determinada sobre la unidad positiva de carga. De esta manera, a cada
punto del espacio corresponderá un vector campo eléctrico y es posible
trazar líneas de fuerza del campo eléctrico. Como toda carga positiva
repele la unidad positiva de carga y toda carga negativa la atrae, las líneas
de fuerza nacen en las cargas positivas y mueren en las cargas negativas.
Líneas de campo eléctrico
La figura muestra líneas de campo eléctrico entre dos cargas iguales.
Zona donde las líneas
de campo se repelen
absolutamente, con lo
cual, allí el campo
eléctrico es nulo.
Líneas de campo eléctrico
La figura muestra líneas de campo eléctrico entre dos cargas de distinto
signo..
Aplicaciones del campo eléctrico
Generador de Van de Graaff
Cuando se coloca un exceso de
carga en un conductor, se
redistribuye la carga sobre la
superficie y los campos eléctricos
en el interior del conductor son
nulos. Estos hechos fueron
probados por Benjamín Franklin
luego
por
Priestley
y
posteriormente por M. Faraday y
Cavendish.
Campo eléctrico uniforme
Q
d
Q
Si
disponemos
de
una
configuración que consiste en dos
grandes placas paralelas situadas a
una distancia d electrizadas con
igual carga, pero de signos
opuestos, en el espacio entre las
placas se origina un campo
eléctrico uniforme, pues presenta
el mismo valor, dirección y sentido
en todos los puntos de tal región.
• Energía potencial eléctrica, está relacionada con la energía potencial
dada para una fuerza conservativa como la energía potencial gravitatoria
(peso). El trabajo realizado por una fuerza conservativa al mover un objeto
entre dos posiciones cualesquiera depende únicamente del desplazamiento
y no de la trayectoria seguida.
• Este trabajo será igual a la variación de energía cinética, que será
producto de la transformación de esta energía potencial eléctrica, por lo
que será igual al negativo de la variación de está.
WAB  EC  EP
Supongamos que situamos una carga positiva cerca de la placa positiva.
Ésta comenzará a acelerar producto de la fuerza eléctrica, generado por el
campo eléctrico constante en su interior. Como la fuerza irá en el mismo
sentido que el desplazamiento, podemos obtener el trabajo eléctrico
ejercido sobre esta carga.
Q
WAB  Fe  d
A
d
WAB  q  E  d
Q
B
Este trabajo será igual al negativo de la variación de Energía potencial
eléctrica:
W  E  E
AB
C
P
WAB  ( EPB  EPA )
WAB  EPA  EPB
•
El potencial eléctrico esta dado por el símbolo V. Si una carga de
prueba positiva q tiene energía potencial eléctrica EPA en algún punto A,
el potencial eléctrico en ese punto es
EPA
VA 
q
• La energía potencial y la carga son escalares, por lo tanto, el potencial es
una magnitud escalar.
Joule

1V   1volt   1CJ   1Coulomb
Dividiendo nuestra expresión anterior por la carga que está siendo
afectada y usando la definición de potencial, encontraremos una expresión
de diferencia de potencial en un sistema de placas paralelas:
WAB  EPA  EPB
Q
WAB EPA EPB


q
q
q
d
qE d
 VA  VB  VAB  V
q
E  d  V
V
E
d
A
Q
B
Por esto también, una unidad de
medida frecuente para campo
eléctrico es el V/m.
Condensador de placas planas
Es un sistema formado por dos placas metálicas paralelas y separadas por
una distancia d, y por un medio aislante, que tienen la capacidad de
almacenar carda debido a una fuente de voltaje al cual están sometido.
E
+Q
-Q
+Q
E -Q
Cargar un condensador consiste en tener en uno de los conductores una
carga +Q y en el otro una carga -Q. A pesar de que la carga neta de este
sistema es cero, se dice que el condensador tiene una carga Q.
Dos conductores cargados con cargas iguales y opuestas, constituyen un
sistema llamado condensador o capacitor. Almacenan carga que
posteriormente se puede liberar.
Capacidad de condensador de placas planas
Indica cuánta carga puede almacenar el condensador o capacitor, sin variar
el voltaje. Es posible determinar la capacidad de cualquier condensador a
través de la relación:
Q
C
V
Unidades:
S.I.: Farad[F]
C.G.S.:[statfarad]
Para un condensador de placas paralelas, su capacidad depende del área
de las placas (A), de la separación entre éstas (d) y del dieléctrico que las
separa ( ).

C
Unidades:
S.I.: Farad[F]
C.G.S.:[statfarad]
A
d
• Este trabajo se convierte en energía electrostática que queda almacenada
en el espacio existente entre las armaduras, que es donde se crea el campo
eléctrico.
• Al descargar el condensador, se recupera dicha energía, que según se
demuestra, es igual a :
2
1
1
1 Q
2
E   Q V   C V  
2
2
2 C
Aplicación de condensador de placas planas
La energía almacenada en una
gran capacitancia puede provocar
daños, al producir quemaduras o
un choque eléctrico.
La base de un desfibrilador
cardiaco es un capacitor cargado a
un alto voltaje.
Un ataque cardiaco puede estar caracterizado por rápidos
latidos irregulares del corazón, conocidos como fibrilación
ventricular (o cardiaca). El corazón no bombea adecuadamente
sangre al resto del cuerpo, puede provocar la muerte.