Fundamentos Físicos de las Comunicaciones TEMA 6 ELECTROSTÁTICA. Francisco Fernández
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- Juan Luis Vargas Venegas
- hace 6 años
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1 Fundamentos Físicos de las Comunicaciones TEMA 6 ELECTROSTÁTICA Francisco Fernández La duda es la escuela de la inteligencia. Curso F. Bacon
2 1 Ley de Coulomb Ley de Coulomb: La magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. തF = 1 q 1 q 2 4πε 0 r 2 ε 0 = C 2 /N m 2 2
3 ҧ 1 Ley de Coulomb Ley de Coulomb: La magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. തF = 1 q 1 q 2 4πε 0 r 2 ε 0 = C 2 /N m 2 rҧ ഥF g = G m 1 m 2 r 2 3
4 1 Ley de Coulomb 4
5 1 Ley de Coulomb 5
6 1 Ley de Coulomb 6
7 1 Ley de Coulomb 7
8 2 Campo Eléctrico തF = Q തE La fuerza eléctrica sobre un cuerpo cargado es producida por el campo eléctrico de otro cuerpo n തE( r) ҧ = 1 4πε 0 i=1 തE( r) ҧ = 1 න 1 4πε 0 r 2 qi r i 2 ഥr i r ҧ dq 8
9 2 Campo Eléctrico 9
10 2 Campo Eléctrico തF = Q തE തE = ത F Q ഥF g = m gҧ F g ҧ = ഥ g m തF = ഥF 1 + F ഥF n തF = q 1 E 1 + q 2 E q n E n 10
11 2 Campo Eléctrico 11
12 2 Campo Eléctrico Ejemplo
13 2 Campo Eléctrico 13
14 2 Campo Eléctrico 14
15 2 Campo Eléctrico Tipos de Carga Densidad Lineal λ C/m Densidad Superficial σ C/m 2 Densidad Volumétrica ρ C/m 3 15
16 2 Campo Eléctrico 16
17 2 Campo Eléctrico Una carga eléctrica Q, positiva esta distribuida uniformemente a lo largo de una línea con longitud 2a que se ubica sobre el eje y, entre y = a e y = +a. Calcule el campo eléctrico en el punto P sobre el eje x a una distancia b del origen. 17
18 2 Campo Eléctrico 18
19 2 Campo Eléctrico Un conductor en forma de anillo con radio a, tiene una carga total Q distribuida de manera uniforme en todo su perímetro. Encuentre el campo eléctrico en el punto P que se localiza sobre el eje del anillo a una distancia b del centro. b z P a y x 19
20 2 Campo Eléctrico 20
21 2 Campo Eléctrico Encuentre el campo eléctrico que genera un disco de radio R con densidad superficial de carga positiva y uniforme σ, en un punto a lo largo del eje del disco a una distancia b de su centro. Suponga que b es positiva. 21
22 2 Campo Eléctrico 22
23 3 Líneas de Campo Eléctrico Son siempre tangentes al vector de campo eléctrico En cada punto del espacio existe una única línea de campo. Debido a lo anterior las líneas de campo no se cruzan. 23
24 3 Líneas de Campo Eléctrico 24
25 3 Líneas de Campo Eléctrico 25
26 3 Líneas de Campo Eléctrico 26
27 4 Cálculo del Flujo Eléctrico Flujo Eléctrico: Se define el flujo eléctrico como el campo eléctrico por el área que atraviesa Φ E = തE ҧ A Φ E = න തE d ҧ A Φ E = N C m2 27
28 5 Flujo Eléctrico y Carga Encerrada 28
29 5 Flujo Eléctrico y Carga Encerrada 29
30 5 Flujo Eléctrico y Carga Encerrada 1. El hecho de que el flujo sea hacia dentro o hacia fuera depende del signo de la carga encerrada. 2. Las cargas que se encuentran fuera de superficie cerrada no producen flujo neto. 3. El flujo eléctrico neto es directamente proporcional a la carga encerrada, pero es independiente del tamaño de la superficie. 30
31 5 Cálculo del Flujo Eléctrico 31
32 6 Ley de Gauss Ley de Gauss: El flujo neto de campo eléctrico a través de una superficie es igual a la carga encerrada entre ε 0 Φ E = ර തE d ҧ A = Q enc ε 0 32
33 6 Ley de Gauss 33
34 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 1. Si se conoce la distribución de carga y es suficientemente simétrica se puede llegar a conocer como es el campo eléctrico. 2. Si se conoce el campo, es posible utilizar la ley de Gauss para averiguar como es la carga 34
35 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 35
36 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss Se coloca una carga positiva q en una esfera conductora sólida de radio R. Determine ഥE en cualquier punto en el interior o en el exterior de la esfera 36
37 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 37
38 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 38
39 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss Una carga eléctrica está distribuida de manera uniforme a lo largo de un alambre delgado de longitud infinita. La carga por unidad de longitud es λ (positiva). Se trata de encontrar el campo eléctrico 39
40 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 40
41 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 41
42 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss Encuentre el campo eléctrico que genera una lamina delgada, plana e infinita, en la que hay una carga uniforme positiva por unidad de área σ 42
43 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 43
44 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 44
45 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss Dos placas conductoras paralelas, grandes y planas tienen cargas de igual magnitud pero con signo contrario; la carga por unidad de área es +σ para una y σ para otra. Determine el campo eléctrico en la región entre las placas. 45
46 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 46
47 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 47
48 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss Una carga eléctrica positiva Q está distribuida de manera uniforme en todo el volumen de una esfera aislante con radio R. Encuentre la magnitud del campo eléctrico a cualquier distancia r del centro de la esfera. 48
49 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 49
50 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 50
51 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 51
52 7 Aplicaciones de la Ley de Gauss 52
53 8 Energía Potencial Eléctrica B A b W a b = න F ത dlҧ a 53
54 8 Energía Potencial Eléctrica 54
55 8 Energía Potencial Eléctrica (1) b W a b = න F ത dl ҧ = න a a b 1 qq 0 4πε 0 r 2 rƹ dl ҧ = b 1 qq 0 = න a 4πε 0 r 2 rƹ dlҧ cosφ = න = qq 0 4πε 0 1 r a 1 r b a b 1 qq 0 4πε 0 r 2 dr ҧ = (2) a W b a = න F ത dl ҧ = qq b 4πε 0 r b r a 55
56 8 Energía Potencial Eléctrica 56
57 8 Energía Potencial Eléctrica E es un Campo Conservativo W = ර തF d ҧ l = 0 57
58 8 Energía Potencial Eléctrica 58
59 8 Energía Potencial Eléctrica Consecuencia de que una Fuerza sea Conservativa W grav = E P2 E P1 = E p Si W > 0 E p < 0 Si W < 0 E p > 0 59
60 8 Energía Potencial Eléctrica 60
61 8 Energía Potencial Eléctrica U = 1 qq 0 4πε 0 r 61
62 8 Energía Potencial Eléctrica 62
63 8 Energía Potencial Eléctrica Energía para acercar una Carga N U = q 0 4πε 0 i=1 qi r i Energía para acercar un Conjunto de Cargas N U = q 0 4πε 0 i<j qi q j r ij 63
64 8 Energía Potencial Eléctrica 64
65 9 Potencial Eléctrico Campo Eléctrico Potencial Eléctrico തF = q തE U = q V തE = ത F q V = U q V = Energia Carga = J C = Volt 65
66 8 Energía Potencial Eléctrica 66
67 9 Potencial Eléctrico W A B q 0 = U A q 0 U B q 0 = V A V B 67
68 8 Energía Potencial Eléctrica 68
69 9 Potencial Eléctrico Carga Puntual Conjunto Cargas Puntuales Carga Distribuida V = 1 q 4πε 0 r N V = 1 4πε 0 i=1 qi V = 1 න dq r i 4πε 0 r 69
70 8 Energía Potencial Eléctrica 70
71 10 Potencial Eléctrico a Partir del Campo Eléctrico b W a b = න F ത dl ҧ = න a a b q തE dlҧ b V a V b = න E ത dlҧ a 71
72 8 Energía Potencial Eléctrica 72
73 11. Calculo del Potencial Eléctrico ESFERA CONDUCTORA CON CARGA Una esfera sólida conductora de radio R tiene una carga total q. encuentre el potencial en todos los lugares, tanto fuera como dentro de la esfera. 73
74 11. Calculo del Potencial Eléctrico 74
75 11. Calculo del Potencial Eléctrico 75
76 11. Calculo del Potencial Eléctrico Potencial Línea de Carga Infinita Encuentre el potencial a la distancia r de una línea muy larga cuya carga está repartida uniformemente en toda su longitud, siendo su densidad lineal de carga λ. 76
77 11. Calculo del Potencial Eléctrico 77
78 11. Calculo del Potencial Eléctrico Anillo de Carga Una carga electrica esta distribuida de manera uniforme alrededor de un anillo delgado de radio a con carga total Q. Determine el potencial en un punto P sobre el eje del anillo a una distancia x del centro del anillo. 78
79 11. Calculo del Potencial Eléctrico 79
80 11. Calculo del Potencial Eléctrico 80
81 11. Calculo del Potencial Eléctrico 81
82 10 Campo Eléctrico a Partir del Potencial b V a V b = න E ത dlҧ a a න b b dv = න E ത dlҧ a b b න dv = න E ത dlҧ a a dv = തE dlҧ dv = E x dx + E y dy + E z dz Me muevo en la recta x dv = E x dx dv dx = E x dy = dz = 0 y,z constantes V x = E x dv = E x i Ƹ + E y j Ƹ + E z k dxi Ƹ + dyj Ƹ + dzk 82
83 10 Campo Eléctrico a Partir del Potencial 83
84 10 Campo Eléctrico a Partir del Potencial V i x Ƹ V + j y Ƹ V + k z = തE ത V = തE En cada punto el gradiente indica el punto en el cual más disminuye el potencial y siempre es perpendicular a la superficie equipotencial 84
85 10 Campo Eléctrico a Partir del Potencial 85
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