CLASE 1. Fuerza Electrostática LEY DE COULOMB

Transcripción

1 CLASE Fueza Electostática LEY DE COULOMB FQ Fisica II Sem.0-

2 Definiciones Qué es ELECTRICIDAD?. f. Fís. Popiedad fundamental de la mateia que se manifiesta po la atacción o epulsión ente sus pates, oiginada po la existencia de electones, con caga negativa, o potones, con caga positiva.. f. Fís. Foma de enegía basada en esta popiedad, que puede manifestase en eposo, como electicidad estática, o en movimiento, como coiente eléctica, y que da luga a luz, calo, campos magnéticos, etc. 3. f. Pate de la física que estudia los fenómenos elécticos. Electicidad estática.. f. Fís. La que apaece en un cuepo cuando existen en él cagas elécticas en eposo. Negativa.- La que adquiee el ámba fotado con lana o piel. Positiva.- La que adquiee el vidio fotado con lana o piel. FQ Fisica II Sem.0-

3 Qué es una caga eléctica? Cantidad de electicidad acumulada en un cuepo. Caga elemental: La del electón o la del potón,6x0-9 C Solamente pueden existi cagas positivas, negativas y/o neutas (caga neta equilibada) FQ Fisica II Sem.0-

4 CARGAS Y FUERZA ELÉCTRICA ELECTROSTATICA FQ Fisica II Sem.0-

5 Electostática Es la pate de la física que estudia las acciones poducidas ente cagas elécticas en eposo. Todos conocemos desde hace tiempo el hecho de que una baa de ebonita fotada con un paño de lana adquiee la popiedad de atae cietos cuepos como el papel y el azúca. Esta fueza de atacción es tan pequeña que, paa que se manifieste se necesita que los cuepos sobe los que actúa sean muy ligeos y estén muy póximos a la baa. FQ Fisica II Sem.0-

6 Natualeza disceta de la caga eléctica Expeimentos de electostática: Dos baas de plástico fotadas con piel Dos baas de vidio fotadas con seda Caso ) Baas de plástico se epelen (ambas adquieen la misma caga) Baas de vidio se epelen (ambas adquieen la misma caga) Caso ) Baas de plástico y vidio se ataen (tienen cagas opuestas) Que es lo que ocue con las baas? Fanklin designo a este tipo de cagas como negativa la que adquiee el plástico y positiva la que adquiee el vidio Paa entende el fenómeno debemos enconta el oigen de esas fuezas analizaemos un átomo FQ Fisica II Sem.0-

7 Constituyentes de la mateia Patícula Masa (kg) Caga (C) electón 9.x x 0-9 potón.67x x 0-9 ELECTRÓN neutón.67x Z = númeo electones = númeo potones A = númeo potones + neutones Isótopo Elemento Un átomo tiene el mismo númeo de electones que de potones es neuto ; Q Z q Ión positivo : le faltan electones Q n q e e p Z q e Ión negativo: tiene electones FQ añadidos Fisica II Q n q e e Sem.0-

8 Estuctua y popiedades elécticas de los átomos La estuctua de los átomos se puede descibi en téminos de tes patículas elementales: átomo de litio neuto ( a ) y sus iones positivo ( b ) y negativo ( c ) La ganancia ó pedida de electones se conoce como ionización FQ Fisica II Sem.0-

9 Caga eléctica Popiedades de la caga signos epulsión Caso ) Baas de plástico se epelen (ambas adquieen la misma caga) Baas de vidio se epelen (ambas adquieen la misma caga) + - atacción Caso ) Baas de plástico y vidio se ataen (tienen cagas opuestas) Unidad de caga = el electón e=.6077x 0-9 C FQ Fisica II Sem.0-

10 Pincipio de Consevación de la caga La caga ni se cea ni se destuye se tansfiee Ente átomos Ente moléculas Ente cuepos La suma de todas las cagas de un sistema ceado es constante FQ Fisica II Sem.0-

11 Si la caga no se cea ni se destuye cómo se tansfiee? Al poceso de tansfeencia de caga de un cuepo a oto se conoce como: electización A) Po Fotamiento B) Po Contacto C) Po inducción o influencia FQ Fisica II Sem.0-

12 Resumen Popiedades de la caga: La caga eléctica está cuantificada y su unidad más elemental es la caga del electón. Existe dos tipos de caga: positiva y negativa. La inteacción electostática ente cagas del mismo signo es epulsiva, mientas que la inteacción ente cagas de signo opuesto es atactiva. La caga eléctica se conseva en cualquie poceso que tenga luga en un sistema aislado. La caga no se cea ni se destuye solo se tansfiee: fotamiento, contacto e inducción. FQ Fisica II Sem.0-

13 Chales Agustin Coulomb, estudió las fuezas de inteacción ente patículas con caga eléctica. En el caso de cagas puntuales (cuepos con caga eléctica que son muy pequeños en compaación con la distancia que los sepaa) Coulomb encontó que: La fueza eléctica es popocional a: (Cuando se educe la distancia ente las cagas puntuales, la fueza eléctica aumenta y cuando aumenta esta distancia la fueza eléctica disminuye) LEY DE COULOMB La magnitud de cada una de las fuezas elécticas con que inteactúan dos cagas puntuales, es diectamente popocional al poducto de las cagas e invesamente popocional al cuadado de la distancia que las sepaa FQ Fisica II Sem.0-

14 LEY DE COULOMB En ambos casos las fuezas obedecen la tecea ley de Newton Matemáticamente el concepto se expesa como: F e k donde q y q son las cagas, es la distancia ente ellas y k, es una constante de popocionalidad que depende del sistema de unidades que se utilice. Las baas de valo absoluto se usan po que las cagas pueden se positivas o negativas peo la magnitud de la fueza SIEMPRE ES POSITIVA. q q FQ Fisica II Sem.0-

15 La unidad SI paa la caga eléctica es el coulomb, denotado po C, y la constante de popocionalidad tiene un valo de: k N m / C Po lo geneal, en SI la constante suele escibise como: Po lo tanto, la ley de Coulomb se escibe como: donde: F e k q q C / N m 4 0 k 4 Pemitividad del medio en el vacío Estictamente, la Ley de Coulomb solo debe aplicase a cagas puntuales en el vacío ya que si hay mateia en el espacio que sepaa las cagas, la fueza neta que actúa sobe cada caga se altea po que se inducen cagas en las moléculas del mateial que se intepone. F e FQ Fisica II Sem.0- q q 0

16 Po convención, en el cuso usaemos*: k N m / C La unidad de caga más fundamental es la magnitud de la caga de un electón o de un potón, que se denota como : e, C e, Un coulomb epesenta el negativo de la caga total de apoximadamente: 60 8 electones C LIMITACIONES DE LA LEY DE COULOMB La expesión matemática solo es aplicable a cagas puntuales. La fueza no está definida paa = 0. FQ Fisica II Sem.0-

17 R Q Q k F Ota foma de escibi la Ley de Coulomb Po definición de vecto unitaio A A A ˆ Q Q k F Re escibiendo 3 Q Q k F La fueza F es una fueza cental y consevativa. La fueza F es epulsiva si las cagas son del mismo signo y es atactiva si las cagas son de signo contaio. FQ Fisica II Sem.0-

18 j y i x j y i x ˆ ˆ ˆ ˆ Y se debe cumpli que R Po lo tanto R sea FQ Fisica II Sem.0-

19 La fueza ente cagas puntuales está diigida a lo lago de la línea que las une. La fueza vaía invesamente popocional con el cuadado de la distancia que los sepaa y es popocional al poducto de las cagas. La fueza es epulsiva si las cagas son del mismo signo y atactiva si son de signo difeente. F e k q q q q F F F + F = 0 - = FQ Fisica II Sem.0-

20 Fueza ejecida po q sobe q qq F k ˆ k 4 0 k Nm C C Nm q q F F F + F = 0 - = FQ Fisica II Sem.0-

21 Ley de Coulomb La ley de Coulomb descibe sólo la inteacción de dos cagas puntuales, peo cuando dos cagas ejecen fuezas elécticas simultáneamente sobe una tecea caga, la fueza total que actúa sobe esa caga es la suma vectoial de las fuezas que cada una de las cagas ejecen individualmente sobe ella. Esta popiedad se conoce como el pincipio de supeposición de fuezas y es válido paa cualquie númeo de cagas. El pincipio de supeposición de fuezas pemite aplica la Ley de Coulomb a cualquie conjunto de cagas La intensidad del campo ceado po un númeo de cagas en un punto, es la suma de los campos oiginados individualmente po cada una de las cagas. FQ Fisica II Sem.0-

22 Ley de Coulomb CARGAS PUNTUALES Ley de Coulomb y Campo Eléctico. Una caga de -3C se coloca a 00 mm de una caga de + 3C. Calcule la fueza ente estas dos cagas?. Dos cagas q = -8 C y q = C se colocan a 0 mm de distancia. Cuál es la fueza esultante si una tecea caga q 3 = - 4C, se coloca a la mitad del camino ente las cagas anteioes? q + 3. Tes cagas q = + 4 x0-9 C, q = - 6 x0-9 C y q 3 = - 8 x0-9 C, se aeglan como se muesta en la figua. Cuál es la fueza esultante sobe q 3 debido a las otas cagas? 6cm 0 cm q 8 cm q 3 4. Una cuenta metálica con caga q = +.8 C está fija sobe un cable aislante que foma un ángulo de = 4.3 con especto a la hoizontal. Una segunda cuenta metálica con caga q = 5.06 C se desliza sin ficción sobe el alambe. A una distancia d = m ente las dos cuentas metálicas, la fueza neta sobe la segunda cuenta metálica es ceo. Cuál es la masa, m, de la segunda cuenta? FQ Fisica II Sem.0-

23 5. Calcula la fueza sobe una caga q, de C, situada en el punto (0,0,0) sobe la que actúan dos cagas: una, q, de -C situada en el punto (-,0,0) y ota, q, de C situada en el punto (0,-,0). Las coodenadas vienen dadas en metos. Resp. 8,9 x 0 9 C (-i + j) N 6. Utilizando el poblema anteio, dónde hay que coloca una caga de 0,5 C paa que la fueza total ejecida sobe la caga q sea nula? Resp. 0, 47 m 7. Dadas las tes cagas puntuales situadas como se muesta en la figua, detemina la fueza eléctica que ejecen sobe una caga Q/ situada en el punto O. Q Resp. + N d 4 4πε 0 8. Dadas las tes cagas puntuales situadas fomando un tiángulo equiláteo de lado L, tal y como se muesta en la figua: a) Si el valo de la caga q es mc y la longitud del lado del tiángulo L es m. Cuál seía la fueza ejecida sobe una caga q' = 5 m C situada en el baicento del tiángulo? Resp: 0, 70 j N FQ Fisica II Sem.0-

24 FQ Fisica II Sem.0-