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renzo-bassallo-leon
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5/12/2018 clase 01 - electrost tica - slidepdf.com
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BREVE HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD1. En la naturaleza se observa el fenómeno de la electricidad en los rayos de las tormentas
y algunos animales como las anguilas.
2. Tales de Mileto (Griego, siglo V a,c. ) observó que: El ³Ambar´ frotado con piel atraecuerpos ligeros como trocitos de hojas secas.
3. William Gilbert (1600) observó que: El vidrio y otras materias mas se comportaban como
el Ambar.
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4. A los cuerpos que adquirían este estado se las denominó ³electrizados´.
5. En los siglos XVII y XVIII , el estudio de los cuerpos electrizados se desarrolló lentamente.Se limitaron a electrizar cuerpos por frotamiento y a estudiar las fuerzas de acción mutuaentre ellos.
6. Los experimentos realizados demostraron que la electricidad puede ser de dos y solamentedos clases, que arbitrariamente se denominaron: positiva (+)y negativa (-).
Ejemplo: Vidrio frotado con piel: Vidrio: (+) y piel: (-).
7. Los cuerpos igualmente electrizados, se repelen. Los cuerpos electrizados de distinta clasese atraen.
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8. Al ponerse en contacto dos cuerpos electrizados de distinta clase, la electricidad
pasa de unos a otros.
9. En la naturaleza hay cuerpos que conducen libremente la electricidad,
denominados ³conductores´ y otros que no la conducen, denominados ³aisladores´.
10. Al grado de electricidad que posee un cuerpo se le denominó: ³C arga eléctrica´
11. Charles Coulomb en 178
5, estableció cuantitativamente la fuerza entre dos objetoscargados.
12. Alessandro Volta , en 1800, inventa la ³batería´.
13. H. Oersted en 1820, observó la conexión entre la corriente eléctrica y el compas magnético.A. Graham Bell en 1876, inventó el ³teléfono´ . J. Henry y S. Morse, inventan el³telégrafo´. H. Hertz, en 1880, produjo ³ondas de radio´ . N. Tesla en 1883, construye el
primer ³motor eléctrico´. T.Alva Edison inventa la ³lám para de filamento
incandescente´. G. marconi, en 1896, inventa la ³telegrafíía sin hilos´, et c.
14. M . faraday, M. Ampere, J.C. Maxwell y otros desarrollan la ciencia del electromagnetismo.
J. C. Maxwell resume la teoría electromagnética en solo cuatro ecuaciones, que hoy se lesconoce como ³ecuaciones de Maxwell´.
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EXPLICACIÓN MODERNA DEL FENÓMENO DE LA ELECTRICIDAD
1. Todos los materiales están compuestos por átomos y estos a su vez por electrones , protonesy neutrones.
2. Los electrones y protones poseen la propiedad de electricidad denominada ³carga eléctrica´
. Los neutrones no poseen esta propiedad.
3. Los protones tienen la mínima carga eléctrica positiva (+). Los electrones tienen la mínima
carga eléctrica negativa (-).4. Todos los materiales ³no electrizados´ contienen igual cantidad de protones y electrones. Sedice que el material es neutro.
5. Un cuerpo que se encuentra cargado eléctricamente con carga positiva (+), significa quetiene deficiencia de electrones. Un cuerpo que se encuentra cargado eléctricamente con carganegativa, significa que tiene exceso de electrones.
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6. La carga eléctrica está ³cuantizada´. Esto significa que un cuerpo electrizado, tiene comocarga, un número entero de veces la carga del protón ó del electrón.
7. Un cuerpo se carga eléctricamente por transferencia de electrones.
8. En todo proceso físico que involucre cargas eléctricas, ³esta se conserva´ . Estacaracterística se conoce como ³ley de conservación de la carga´. Esta ley afirma que la carga
eléctrica total del universo es ³constante´.
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FORMAS DE ELECTRIZAR UN CUERPO1. Por frotamiento
Al ser frotados ciertos cuerpos, hay transferencia de electrones de uno de ellos alotro.
Ejemplo:
- Barra de vidrio y seda: Barra (+) ; Seda (-)
- Barra de caucho y lana: Barra (-) , lana (+)
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2. Por inducción electrostática (Por influencia)
Es el procedimiento de separación de cargas en un conductor por el acercamiento deun cuerpo electrizado.-Paso 1. Se acerca el cuerpo electrizado al conductor.
-Paso 2. Se conecta a ³T ierra´ el conductor con un hilo metálico y luego se aleja elinductor.
- Nota: Se puede proceder de la misma forma con un inductor cargado negativamente para queel cuerpo quede cargado positivamente.
-
- - - - + + + +
- - - - + + + ++ + + + + + +
C onductor
Aislante
-+-+-+-+-+-+-+
-+-+-+-+-+-+-+
- - - -
- - - -+ + + + + + + + + + -- - - -
- - - -
Inductor
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TABLA
Aproximaciones:
1. Carga eléctrica: s e = s 1.6x10-19 C
2. Masa del electrón: me = 9.1x10-31 Kg3. Masa del protón y neutrón: m p = mn = 1.67x10-27 Kg
Partícula Carga (Coulomb) Masa (Kg)
Protón +1.602177x10-19 C 1.672623x10-27 Kg
Neutrón 0 1.674928x10-27 KgElectrón -1.602177x10-19 C 9.109389x10-31 Kg
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LEY DE COULOMBLELEY DE COULOMB-Charles Augustin de Coulomb (1736 ± 1806 ).
-En 1785 publicó sus resultados sobre atracciones y repulsiones eléctricas entre objetos pequeños cargados y dedujo la ley que las gobiernan y que hoy se conoce como ³Ley deCoulomb´.
-Observación experimental
+ + - -
+ -
q1 q2q1 q2
q1 q2
12 F &
12 F &
12 F &
21 F &
21 F &
21 F &
r r
r
1 22
q q F k
r ! (Ley de Coulomb)
k = Constante de Coulomb = 9x109 N.m2/C2
1 2
2
q q F
r E
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Observación: No debe olvidarse que la fuerza eléctrica, como cualquier fuerza esuna magnitud vectorial y debe de expresarse como tal.
Problema 1. Se tiene dos cargas puntuales a lo largo del eje x, q1 = 1µC en elorigen y q
2= 2µC en x = 2m.
a). ¿Cuál es el valor de la fuerza que actúa sobre cada una de las dos cargas?
b) Escribir vectorialmente esta fuerzas.
Solución:
a) El valor de la fuerza será:
++ +q1 = 1µC q2 = 2µC
2m12 F
&
21 F
&
6 62
9 31 2
12 21 22 2
10 2 109 10 4.5 10
2
C C q q N m F F K N
r C m
vv
! ! ! v ! v
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b) Expresión vectorial:
,
Problema 2. Considérese tres cargas puntuales ubicadas en los vértices de
un triángulo, como se muestra en la figura, donde: q1 = q3 = 5µC , q2 = -2µC , a = 0.1m ( 1µC = 10-6 C). Determínese la fuerza resultante sobreq3.
x
y
- +
q1
q2q3a
a
+
3
12 124.5 10 F F i x N i
! !
& & &
3
21 214.5 10 F F i x N i
! !& & &
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Solución: Las f uerzas sobre q3 se muestran en la f igura.
Tenemos: . (1)
Módulo de :
x
y
- +
q1
q2q
3
a
a
+
31 F &
32 F &
3 F &
450
3 31 32 F F F ! & & &
31 F &
F
6 6
9
31 2
5 10 5 109 10 11.0
2 0.1
F N
v v
! v !v
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Forma v ectorial de
Módulo de
Forma v ectorial de
Reemplazando en ( 1 ):
32 F &
6 6
9
32 2
5 10 2 109 10 9.0
0.1 F N
v v! v !
31 F &
32 F
&
3 31 327.8 7.8 9 0 1.2 7.8 F F F N i N j N i j N i N j« » « »! ! ! - ½ - ½
& & & & & & & & &
32 320 9 0 9 0 F F i j N i j N i j! ! !
& & & & & & &
0 0 0 0
31 31 31cos 45 45 11 cos 45 11 45 7.8 7.8 F F i F sen j N i N sen j N i N j! ! !
& & & & & & &
x
y
- +
q1
q2q
3
a
a
+
31 F &
32 F &
3 F &
450
F
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Módulo de
Orientación de
Problema 3. Dos cargas están a lo largo del eje x, separadas una distanciade 2 metros, q1 = 15µC en x = 2m ; q2 = 6µC en el origen. ¿Dónde debecolocarse una carga negativa q3 de modo que la fuerza resultante sobre ellasea cero?
Solución:
3 F &
2 2
3 3 1.2 7.8 7.98 F F N N N ! ! !&
3 F
&
xx (2-x)
q2 q1
+ +-q3
07.86.5 99
1.2
y
x
F N tg
F N
F F! ! ! !
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Se debe cumplir que:
Problema 4. Dos pequeñas esferitas idénticas, cada una de masa 0.10g, portan cargas iguales y están suspendidas por hilos aislantes de iguallongitud. La posición que se muestra es la de equilibrio. Encuéntrese lacarga en cada esferita.
1 3 2 3
31 32 2 2
2
q q q q F F k k
x x
! !
& &
1 2
2 22 2
15 60.775
2 2
q q C C x m
x x x x
Q Q! ! !
q q600 600
40cm
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Solución:
Las fuerzas actuantes sobre cada una de las esferitas se muestran en lafigura
Eje x: F = T cos600
Eje y: mg = Tsen600
Reemplazando datos:
600 600
mg
F
Tcos600
Tsen600T
600
x
y
00 0 0
0
cos6060 30 3060
F T
ctg tg F m gtg m g T sen! ! ! !
4 4
210 9.8 0.577 5.7 10
m F K g N
s
¨ ¸! ! v© ¹
ª º
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De acuerdo a la ley de Coulomb:
Problema 5. Si la carga sobre una hoja delgada de metal es negativa.¿Cuántos electrones fueron añadidos para que su carga neta sea de q =-4.4x10-9 C?
Sol:
2 72
2 9
0.40 5.7 100.159
9 10
q F k q C
r Q
v
! ! !v
9
10
19
4.4 10( ) 2.75 10
1.6 10
C QQ n e n electrones
e C
v! ! ! ! v
v