ELECTROSTATICA

Carga EléctricaUna propiedad fundamental de la materia ya observada desde la antigüedad.

Los cuerpos pueden cargarse eléctricamente por frotamiento.Aparecen fuerzas de atracción o repulsión entre cuerpos cargados, debido a la existencia de dos tipos de carga eléctrica: positiva y negativa.

Carga eléctricaCuando una barra de caucho se frota con piel, se remueven electrones de la piel y se depositan en la barra.

Se dice que la barra se cargó negativamente debido a un exceso de electrones. Se dice que la piel se cargó positivamente debido a una deficiencia de electrones.

Los electrones se mueven de la piel a la barra de caucho.

positivonegativo

+ + + +

--

--

Piel

Caucho

Conductores y AislantesConductores : materiales (como los metales) que permiten la circulación de las cargas eléctricas con gran facilidad, debido a la existencia de electrones libres.

Aislantes : materiales (como el vidrio, el PVC), que dificultan la circulación de las cargas eléctricas, debido a que todos los electrones se encuentran ligados a los átomos y no pueden moverse a través del material.

FUERZAS Y CARGAS ELÉCTRICAS

Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas se dice que ha sido electrizado.

Cargas eléctricas de distinto signo se atraen y cargas eléctricas de igual signo se repelen.

Se ha visto que existen en la Naturaleza dos tipos de cargas, positiva y negativa.

La cantidad más pequeña de carga es el electrón (misma carga que el protón, pero de signo contrario).

La unidad natural de carga eléctrica es el electrón, que es la menor cantidad de carga eléctrica que puede existir.

La carga eléctrica es una magnitud fundamental de la física, responsable de la interacción electromagnética.

En el S.I. La unidad de carga es el Culombio (C) que se define como la cantidad de carga que fluye por un punto de un conductor en un segundo cuando la corriente en el mismo es de 1 A.

Submúltiplos del Culombio

1 mC = 10-6 C

1 nC = 10-9 C

1 mC =10-3 C

i) Carga por fricción

La fricción transfiere electrones de un material a otro, un ejemplo de ello es cuando nos peinamos o acariciamos un gato; quedando por ello electrizados por un tiempo.

ii) Carga por contacto

La transferencia de electrones entre materiales se da por

simple contacto.

Si el objeto es buen conductor la carga se distribuye en toda su superficie (cargas iguales se repele); si es un mal

conductor debe tocarse con la barra varias partes del objeto para una distribución de carga más o menos uniforme.

CARGA POR FRICCIÓN, CONTACTO E INDUCCIÓN.

iii) Carga por inducción

Si acercamos un objeto con carga a una superficie conductora, aún sin contacto físico los electrones se mueven en la superficie conductora.

La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Cuando permitimos que las cargas salgan de un conductor por contacto, decimos que lo estamos poniendo a tierra.

Durante las tormentas eléctricas se llevan a cabo procesos de carga por inducción. La parte inferior de las nubes, de carga negativa, induce una carga positiva en la superficie terrestre.

Carga por InducciónCarga por Fricción

Carga por Conducción

POLARIZACIÓN DE CARGA.

Por inducción un lado del átomo o molécula se hace ligeramente más positivo o negativo que el lado opuesto, por lo que decimos que el átomo está eléctricamente polarizado.

Si se acerca un objeto negativo los objetos que van a ser atraídos van a mandar los electrones al otro extremo mientras que los positivos van a estar más pegados al objeto.

Se presenta el fenómeno de polarización cuando trozos de papel neutros son atraídos por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared.

A lo largo de este tema estudiaremos procesos en los que la carga no varía con el tiempo. En estas condiciones se dice que el sistema está en Equilibrio Electrostático.

Enunciado de la Ley de Coulomb

La fuerza ejercida por una carga puntual sobre otra está dirigida a lo largo de la línea que las une. Es repulsiva si las cargas tienen el mismo signo y atractiva si tienen signos opuestos. La fuerza varía inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas y es proporcional al valor de cada una de ellas.

LEY DE COULOMB

Expresión vectorial de la Ley de Coulomb

rur

qqkF

212

2112

k: Constante de Coulomb, cuyo valor depende del sistema de unidades y del medio en el que trabajemos.

En el vacío S.I. k = 9·109 N m2/C2

C.G.S. k = 1 dyna cm2/u.e.e2

1 C = 3·109 u.e.e.

q1

q2

X

Z

Y

1r

2r

1221 rrr

Constantes auxiliares

Permitividad del Vacío (eo): Se define de forma que

oe41k

eo= 8.85·10-12 C2/N m2

Si el medio en el que se encuentran las cargas es distinto al vacío, se comprueba que la fuerza eléctrica es veces menor, de esta forma se define la Permitividad del Medio como e = eo.. Siendo la Constante Dieléctrica del Medio Así,

e41'k

La interacción entre cargas eléctricas no se produce de manera instantánea. El intermediario de la fuerza mutua que aparece entre dos cargas eléctricas es el Campo Eléctrico.

La forma de determinar si en una cierta región del espacio existe un campo eléctrico, consiste en colocar en dicha región una carga de prueba, qo (carga positiva puntual) y comprobar la fuerza que experimenta.

CAMPO ELÉCTRICO. PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN

La fuerza eléctrica entre la carga q y la carga de prueba qo es repulsiva, y viene dada por

ro

qq ur

qqkFo

2

12

Se define la intensidad de campo eléctrico en un punto como la fuerza por unidad de carga positiva en ese punto.

oqF

E

rurq

kE

2

La dirección y sentido del campo eléctrico coincide con el de la fuerza eléctrica.

qo

YX

Z

q

F

r

PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN

I) Campo eléctrico creado por una distribución discreta de carga en un punto:

A la hora de aplicar el principio de superposición debemos tener en cuenta dos casos:

En este caso se calcula el campo eléctrico sumando vectorialmente los campos eléctricos creados por cada una de las cargas puntuales en el punto elegido.

ri pi

i u rq

k E

2

q1

q2

X

Z

Y

qi

P1pr

2pr pir

II) Campo eléctrico creado por una distribución continua de carga en un punto:

dq

P

r

Q

En este caso dividimos la distribución en pequeños elementos diferenciales de carga, dq, de forma que la diferencial de campo eléctrico que crea cada una de ellas es

rurdq

kEd

2

El campo eléctrico total para toda la distribución será r2 u

rdqkE

Dependiendo de la forma de la distribución, se definen las siguientes distribuciones de carga

dldq

Lineal

dsdq

Superficial

dvdq

Volumétrica

Cálculo del campo eléctrico en cada caso:

r

L2 u

rdlkE

r

S2 u

rdskE

r

v2 u

rdvkE

Ejemplo 1: Campo eléctrico sobre el eje de una carga lineal finita.

x xo-x

Las líneas de campo se dibujan de forma que el vector sea tangente a ellas en cada punto. Además su sentido debe coincidir con el de dicho vector.

E

Reglas para dibujar las líneas de campo

• Las líneas salen de las cargas positivas y entran en las negativas.

•El número de líneas que entran o salen es proporcional al valor de la carga.

• Las líneas se dibujan simétricamente.

• Las líneas empiezan o terminan sólo en las cargas puntuales.

• La densidad de líneas es proporcional al valor del campo eléctrico.

• Nunca pueden cortarse dos líneas de campo.

LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO

EJEMPLOS DE LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO

Carga puntual

Dos cargas iguales

Dipolo eléctrico

Q(-)=2Q(+)Otros ejemplos