Download 1. la carga eléctrica

INTERACCIÓN
ELÉCTRICA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
La carga eléctrica.
La ley de Coulomb.
El campo eléctrico.
La energía potencial.
El potencial electroestático.
El campo eléctrico uniforme.
El flujo de campo eléctrico.
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Interacción eléctrica
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0. CONOCIMIENTOS PREVIOS
Los conocimientos previos que son necesarios
dominar y ampliar son:
•Los tipos de cargas.
•Las fuerzas eléctricas.
•El campo
eléctrico.
eléctrico
o
intensidad
de
campo
•La energía potencia y el potencial.
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1. LA CARGA ELÉCTRICA
La carga eléctrica es la propiedad de la materia
que origina la interacción electromagnética.
Su unidad es el culombio (C), es la cantidad de
carga que atraviesa una sección de un conductor
en un segundo cuando la intensidad de corriente
es un amperio.
.
1C  106 C
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1nC  109 C
Interacción eléctrica
1 pC  1012 C
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1. LA CARGA ELÉCTRICA
Hay dos tipos de carga (positiva y negativa) por lo que
las fuerzas entre los cuerpos electrizados pueden ser
de atracción (distinto signo) o de repulsión (mismo
signo).
La carga eléctrica está cuantizada y su unidad más
elemental de carga es la carga del electrón (1,6 10-19
C). Cualquier carga es un múltiplo entero de este valor.
Un culombio equivale a la carga de 6,25 1018 electrones.
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1. LA CARGA ELÉCTRICA
El principio de conservación de la carga
eléctrica afirma que la carga eléctrica
de un sistema aislado permanece
constante. La suma algebraica de cargas
positivas y negativas no varía.
La carga se conserva, no se crea ni se
destruye, simplemente pasa de un
cuerpo a otro al pasar los electrones.
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2. LA LEY DE COULOMB
La ley de Coulomb dice que la fuerza entre dos cargas
eléctricas puntuales (q1 y q2, son muy pequeñas frente a la
distancia que las separa) es directamente proporcional al
valor de las cargas e inversamente proporcional al
cuadrado de las distancias que las separa.
+


F
F
ur
-
r

q1  q2 
FK
ur
2
d
Las fuerzas eléctricas son magnitudes vectoriales.
Si la fuerza es negativa indica atracción, y viceversa, si
es positiva denota repulsión.
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2. LA LEY DE COULOMB
La constante (K) depende del medio en el
que se encuentran las cargas.
K
1
4  
Esta dependencia viene dada por la
constante dieléctrica o permitividad (ε) del
medio.
2
N

m
En el vacio: K  9 10
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C
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2
  9 10
12
C2
N  m2
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2. LA LEY DE COULOMB
Según el principio de superposición (o adición
vectorial) cuando una carga está sometida
simultáneamente a varias fuerzas independientes,
la fuerza resultante se obtiene sumando
vectorialmente cada una de estas fuerzas.
n 

FT   Fi ,1
i 2
Las fuerzas no varían ante la presencia de otras
cargas, se pueden tratar de manera individual e
independientes.
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2. LA LEY DE COULOMB
Comparación entre las leyes de Newton y de Coulomb:
A N A L O G I A S
D I F E R E N C I A S
 Su expresión matemática es análoga
 Describen fuerzas que son proporcionales a la magnitud física que
interacciona: las masas en las
fuerzas gravitatorias, las cargas en
las eléctricas
 En ambas leyes, las fuerzas son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia
 Tanto las fuerzas gravitatorias como
las
eléctricas
son
fuerzas
centrales, es decir, actúan en la
dirección de la recta que une las
masas o las cargas, respectivamente. Son fuerzas centrales.
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 La fuerza gravitatoria está asociada
a la masa; la fuerza eléctrica a la
carga
 La fuerza gravitatoria es de atracción
(solo hay un tipo de masa); la
fuerza eléctrica puede ser de
atracción o de repulsión (hay dos
tipos de cargas)
 La constante G no depende del
medio; el valor de la constante K
depende del medio en el que estén
las cargas
 El valor de G es muy pequeño frente
a K: la interacción gravitatoria es
mucho más débil que la eléctrica
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EJERCICIO-EJEMPLO
Dos esferas de 25 gramos están cargadas
con idéntica carga eléctrica y cuelgan
de dos hilos inextensibles y sin masa de
80 cm de longitud, suspendidos del
mismo punto. Los hilos forman 30º con
la vertical. Calcular la carga de cada
esfera y la tensión del hilo.
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RELACIÓN DE EJERCICIOS
FUERZAS ELÉCTRICAS
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
Un campo es una región del espacio cuyas propiedades
son perturbadas por la presencia de una partícula.
Una carga (q) crea a su alrededor un campo de fuerzas

que interacciona con cualquier carga (q´) situada
E
dentro del campo.
P
+
+

ur
Para describir un campo tengo:
q
• Magnitudes que definen el campo: intensidad y
potencial.
• Magnitudes inherentes a la interacción del campo con
la partícula: fuerza y energía potencial.
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
La intensidad de campo eléctrico (E) o campo
eléctrico en un punto es la fuerza eléctrica que
actúa sobre una unidad de carga (positiva) de
prueba positiva colocada en ese punto.
Su unidad es N/C.
Es una magnitud vectorial.
Su dirección es la línea recta que une la carga con
el punto y su sentido el de la fuerza. 
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 F
q1 
E   K 2 ur 13
q2
d
3. EL CAMPO ELÉCTRICO
La intensidad de campo eléctrico (E) o campo eléctrico en
un punto sería igual a la fuerza eléctrica que actúa sobre
una unidad de carga (positiva) de prueba positiva colocada
en ese punto.

 F
q1 
E
 K 2 ur
q2
d
En esta fórmula q1 es la carga que origina el campo y q2 es
la carga que sufre (padece) el campo, esta última es la
carga puntual.
Cargas iguales de signo opuesto crean campos del mismo
módulo y dirección, pero de sentido opuesto.
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
Según el principio de superposición de los
campos eléctricos la intensidad de campo
eléctrico en un punto debido a un sistema
discreto de cargas es igual a la suma
vectorial de las intensidades individuales e
independientes debido a los campos de
cada una de ellas.
Es una suma vectorial.
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n 

ET   Ei
i 1
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
Los sistemas de carga pueden clasificarse en:
• Discretos:
Es una distribución de cargas por el espacio donde cada una
de ellas se considera una carga puntual aislada del resto.
• Continuos:
Se considera que toda la carga eléctrica está distribuida
uniformemente en un volumen, como un todo.
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
SISTEMA
DISCRETO
SISTEMA CONTINUO
dE

Ei
q2
q1
P

r
dq
• 
d u r 
qi
q3



E  E1  E 2  ...  E n 

E  K
+
P
uri


n

i 1
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qi
r
2
i
dq 
dE   K 2 ur
r


 Ei


ur i
E 
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

dE   K

dq
r2

ur
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EJERCICIO-EJEMPLO
Se tienen tres cargas en los vértices de un
triángulo isósceles cuyas coordenadas,
expresadas en cm, son:
A (0,2) , B (-3, -1) , C (3, -1)
Se sabe que las cargas situadas en los puntos
B y C son iguales a 2 mC y que el campo
eléctrico en el origen de coordenadas
(centro del triángulo) es nulo. Determinar
el valor de la carga situada en el vértice A
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
Los campos de fuerza se representan mediante líneas
de campo o líneas de fuerza.
Las líneas de campo son líneas imaginarias y tangentes en
cada punto al vector intensidad de campo.
Se utilizan como modelo de la trayectoria que seguiría
una unidad de carga eléctrica positiva e ideal al
abandonarla en reposo en un punto del campo
eléctrico.
El número de líneas de fuerza por unidad de superficie
es proporcional al valor de intensidad de campo (a
mayor densidad mayor valor).
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
Dada un distribución de cargas eléctricas:
•
Las líneas de campo nacen en las cargas eléctricas positivas (fuentes de campo) y
terminan en las cargas eléctricas negativas (sumideros de campo). Para cargas
puntuales son radiales. Si no existen cargas positivas (o negativas) las líneas de campo
empiezan (terminan) en el infinito.
•
El número de líneas de campo que entran o salen de una carga es proporcional al valor
de la carga. La densidad de líneas en un punto es proporcional al módulo del campo
eléctrico en ese punto.
•
La dirección es la de la tangente a la línea de campo en el punto y el sentido es el de la
fuerza que ejercería sobre una carga puntual positiva en dicho punto.
•
Las líneas de campo no pueden cortarse (no puede existir dos valores distintos de
campo eléctrico en un mismo punto).
•
Las líneas para un campo uniforme son rectas paralelas entre sí.
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
Un dipolo eléctrico es una
distribución discreta formada
por dos cargas iguales y
opuestas (+Q y –Q) separadas
por una distancia d (pequeña
frente a la distancia de dichas
cargas al punto donde se estudia
su efecto).
Se caracteriza por su momento
dipolar, es un vector con la
dirección de la recta que une las
cargas, con el sentido de la
carga negativa a la carga
positiva y cuyo módulo es el
producto de una de las cargas
por la distancia entre ellas.

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
p  Qd
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
Las superficies equipotenciales son el lugar
geométrico del espacio que contiene puntos
con
el
mismo
valor
de
potencial
electroestático.
Forman planos paralelos y son perpendiculares a
las líneas de fuerza.
El trabajo para mover una carga eléctrica por
una superficie equipotencial es cero.
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
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3. EL CAMPO ELÉCTRICO
Comparación entre los campos gravitatorios y eléctricos:
A N A L O G I A S
D I F E R E N C I A S
 Son campos conservativos.
 El campo gravitatorio no tiene fuentes.
 Las líneas de fuerza son abiertas.
 Las fuerzas gravitatorias son solo de
atracción.
 Las fuerzas son centrales.
 Las fuerzas tienen la dirección de
la intensidad.
 Las
líneas
de
fuerza
son
perpendiculares a las superficies
equipotenciales.
 Su circulación solo depende de los
estados inicial y final (en una línea
cerrada vale cero).
 Todo cuerpo genera un campo
gravitatorio, solo los cuerpos cargados
generan campo eléctrico.
 Una masa (en reposo o en movimiento)
genera un campo gravitatorio. Una
carga en reposo genera un campo
eléctrico y una carga en movimiento
genera una campo eléctrico y un campo
magnético.
 Un campo eléctrico se puede apantallar,
uno gravitatorio no.
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EJERCICIO-EJEMPLO
Relacionar los mapas de líneas de fuerza y
superficies
equipotenciales
con
las
siguientes situaciones:
A) Dos cargas iguales y del mismo signo.
B) Dos cargas iguales y de distinto signo.
C) Dos cargas distintas y del mismo signo.
D) Dos cargas distintas y de distinto signo.
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RELACIÓN DE EJERCICIOS
CAMPO ELÉCTRICO
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