Bolilla 6. Electricidad Parte 2

Transcripción

1 Bolilla 6 Electricidad Parte 2

2 Fuerza eléctrica y Campo Eléctrico de Cargas Puntuales Fuerza Eléctrica: Ley de Coulom Campo Eléctrico: Carga Positiva Carga Negativa E = F q = K Q r 2 r Campo Saliente Campo Entrante

3 Líneas de Campo Eléctrico Indican la dirección del campo eléctrico; el campo apunta en la dirección tangente a la línea de campo en cualquier punto. Se diujan de manera que la magnitud del campo eléctrico es proporcional a la densidad de líneas por área unitaria perpendicular.. Empiezan en las cargas positivas y terminan en las cargas negativas; el número de líneas que empiezan o terminan es proporcional a la magnitud de la carga. Las líneas de campo nunca se cruzan. Ejemplos con más de una carga (principio de superposición): Cargas puntuales aisladas Cargas puntuales iguales Dipolo eléctrico Cargas puntuales distintas Placa cargada Placas paralelas /-

4 Dipolo Eléctrico Un dipolo se define como un par de cargas de igual intensidad y distinto signo separadas por una distancia. Y se caracteriza por un vector llamado momento dipolar: p = q l Ejemplo: Enlaces químicos y moléculas.

5 Dipolo Eléctrico en un Campo Eléctrico Que le sucede a un dipolo en un campo eléctrico? p E El dipolo se alinea con el campo eléctrico de forma tal que el momento dipolar se orienta en el sentido del campo eléctrico. En este principio se ase el funcionamiento de un microondas. 5

6 Que le sucede a una carga en presencia de un campo eléctrico? La carga sentirá una fuerza, y de estar lire de moverse comenzará a desplazarse acorde a la segunda ley de Newton. F = ma donde F = Eq Al igual que los cuerpos en un campo gravitacional, estas fuerzas realizan traajo produciendo camios de energía potencial y cinética.

7 Recordemos la definición de Traajo El Traajo es el producto escalar entre la fuerza ejercida sore un cuerpo y su desplazamiento. a F Ejemplo simple: W = Fd La expresión general de Traajo es: W = a F d l Si la fuerza es constante entre los puntos a y W = a F d l = F a d l = F d Si la fuerza no es constante entre los puntos a y, se dee resolver dicha integral de acuerdo a como varía la fuerza entre a y. d

8 Recordemos la definición de Traajo Ejemplo de un sistema simple donde la fuerza no es constante? Sistema masa/resorte x Ley de Hooke F = kx Traajo W = a F d l Entonces, el traajo realizado por la fuerza restauradora es: W = a kx dx = 1 2 kx2 8

9 Energía Potencial Eléctrica vs Gravitatoria Teniendo en cuenta que son campos conservativos: El camio de energía potencial entre dos puntos a y es igual (de signo contrario) al traajo realizado por la fuerza conservativa para ir de a a. Campo Gravitatorio ΔU a = W a Campo Eléctrico Uniforme a F h h F E a q F e P F = P = G mm r 2 mg = cte W a = P d a = mgh F = F e = qe Si el campo es uniforme, F e = cte W a = F e d a = qed

10 Energía Potencial Eléctrica En forma general para un campo uniforme Como el campo eléctrico es conservativo: ΔU a = W a Si la fuerza eléctrica es constante, el traajo realizado por ella es: W a = F e d a = qe d a F a q F e U U a = F e d a = qe d a Nota: no se requiere traajo para mover una carga en dirección perpendicular al campo eléctrico.

11 Potencial Eléctrico Al igual que el campo eléctrico se puede definir como la fuerza por unidad de carga, el potencial eléctrico (o potencial) como la energía potencial eléctrica por unidad de carga Campo Eléctrico E a = F a q Potencial Eléctrico = N C V a = U a q = J C = Volt Una carga positiva tiende a moverse naturalmente de un zona de mayor potencial eléctrico a una zona de menor potencial.

12 Diferencia de Potencial Tiene sentido físico halar de una energía potencial asoluta? No, ya que depende de un punto de referencia, por eso siempre traajamos con diferencias de energía potencial. V = U q V V a = V a = U q U a q = U a q F a q F e Diferencia de Potencial V a = U a q = W a q = Ed a V = Ed

13 Campos Eléctricos No Uniformes Ejemplo: Cargas Puntuales La fuerza sore otra carga, y por lo tanto el campo eléctrico, no son constantes y dependen de la posición. E = F q = K Q r 2 r Entonces, el traajo realizado por la fuerza eléctrica sore una carga es: W = a F d l = a qe d l r W = r ra qe d r = ra K Q r2 dr = K Q r Q r a V a = W a q = KQ 1 r 1 r a

14 Potencial de una Carga Puntual V a = W a q = KQ 1 r 1 r a Si suponemos que la posición a corresponde al infinito (V = 0), podemos decir que el potencial eléctrico (o diferencia de potencial) a una distancia r es: V = K Q r O sea, el potencial disminuye con la distancia de forma tal que V = 0 cuando r = 14

15 Potencial Eléctrico y Principio de superposición Distriución discreta de cargas: Q 1 V = K Q r El potencial eléctrico total es la suma algeraica de los potenciales generados por cada carga en forma individual. V neto = V 1 V 2 V 3 = Distriución continua de cargas: i V i V = K dq r 15

16 Superficies Equipotenciales Una superficie equipotencial es aquella en la cual todos sus puntos tienen el mismo potencial. Es decir, la diferencia de potencial entre sus puntos es igual a cero. Ejemplos: Carga Puntual Campo eléctrico constante Una superficie equipotencial es siempre perpendicular al campo eléctrico. No se requiere traajo para trasladar una carga sore una superficie equipotencial. 16

17 Prolemas Guía 7