Revista de fisica

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Tu Física CARGA

ELECTRICA

LEY DE

F=k.q1.q2/r2

LEY DE

COULUMB

GAUSS

Campo

Todo lo que necesitas saber

TRI

ELEC

CO

CARGAELECTRICA Se define a la carga eléctrica como una característica de la materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones.

En la carga eléctrica se encuentran átomos formados por un núcleo y una corteza. En el núcleo se localizan muy firmemente unidos los protones y los neutrones. Los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga. Alrededor del núcleo se encuentran las órbitas donde se encuentran girando sobre ellas los electrones. Los electrones tienen carga negativa.

Los fenómenos eléctricos se atribuyen a la división de las cargas eléctricas del átomo y su movimiento. Por este argumento se determina a la carga eléctrica como base para definir los fenómenos eléctricos.

La unidad de medida de la carga es el coulomb (C), En honor al F铆sico e Ingeniero militar Charles Augustin Coulomb, nacido en Francia y fue el primero en explicar de forma matem谩tica la ley de atracci贸n de las cargas. Un coulomb (C) es la carga de |6.24X1018| electrones o la carga de un electr贸n es una carga negativa de 1.6021X10-19 (C).

CARGAELECTRICA Para el estudio de la electricidad nos basta con este modelo aproximado del átomo, con sus partículas elementales (electrón, protón y neutrón). Los protones son de carga eléctrica positiva y se repelen entre sí. Los electrones son de carga eléctrica negativa y se repelen entre sí. Los neutrones no tienen carga eléctrica.

+

Sin cargas inmóviles

+

Cargas inmoviles se repelan

+

-

Cargas diferentes se atraen

Para el estudio de la electricidad nos basta con este modelo aproximado del átomo, con sus partículas elementales (electrón, protón y neutrón). Los protones son de carga eléctrica positiva y se repelen entre sí.

Los electrones son de carga eléctrica negativa y se repelen entre sí. Los neutrones no tienen carga eléctrica.

Entre los electrones y los protones actúa una fuerza de atracción.

Puesto que los electrones giran a gran velocidad alrededor del núcleo existe también una fuerza centrípeta que tiende a alejar del núcleo a los electrones. Entre dichas fuerzas se establece un equilibrio, de tal manera que los electrones giran en las órbitas y no son atraídos por los protones del núcleo y tampoco se salen de sus órbitas.

ELECTRON

NUCLEO

PROTON

NEUTRON

CAMPOELECTRICO El campo eléctrico es la Región del espacio que rodea a un espacio cargado y conforma un espacio vectorial de tal manera que todo punto perteneciente a dicha región, se caracteriza por un vector llamado La magnitud de la intensidad de un campo eléctrico E es proporcional a la fuerza ejercida en el punto con carga q.

Formula: E = F/q. El campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo disminuye con la distancia a la fuente que provoca el campo.

Esta definición indica que el campo no es directamente medible, sino a través de medición de la fuerza actuante sobre alguna carga. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Michael Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1831.

Los campos eléctricos estáticos o campos electrostáticos son campos eléctricos que no varían con el tiempo (frecuencia de 0 Hz). Generados por cargas eléctricas fijas en el espacio, y son diferentes a los campos que cambian con el tiempo, como los campos electromagnéticos generados por electrodomésticos, que utilizan corriente alterna (AC) o por teléfonos móviles, etc.

La dirección de la intensidad de un campo eléctrico E en un punto en el espacio es la misma que la dirección en la cual una carga positiva se movería si se colocara en ese punto.

Las líneas de un campo eléctrico son líneas imaginarias, trazadas de tal manera que su dirección en cualquier punto, es la misma que la dirección del campo eléctrico en ese punto. Para el campo creado por una carga puntual, las líneas de campo son radiales, Para el caso de un campo creado por dos cargas puntuales iguales del mismo signo y Para el caso de un campo creado por dos cargas puntuales iguales de distinto signo.

Los conductores eléctricos manifiestan ciertas propiedades cuando están en equilibrio electrostático (cuando sus electrones libres no tienen un movimiento neto dentro del conductor). Las propiedades se pueden resumir como: El campo Eléctrico será nulo en todos los puntos internos del conductor, Las cagas eléctricas se encuentran distribuidas en la superficie del conductor y El campo eléctrico en la superficie de un conductor es perpendicular a ella.

LEYDECOULUMB Charles de Coulomb (1736-1806), físico francés, pionero en la teoría eléctrica. Nació en Angulema y trabajó como ingeniero militar al servicio de Francia en las Indias Occidentales. En 1777 inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción magnética y eléctrica. Con este invento, Coulomb pudo establecer el principio, conocido ahora como ley de Coulomb, Para esta ley usó pequeñas esferas con distintas cargas de las que no conocía la carga exactamente, sino la relación de las cargas. Para su ley pensó acertadamente que si una esfera conductora cargada se pone en contacto con una idéntica sin carga, compartirían la carga por igual, por la simetría. Para su ley con esto tenía la manera para producir cargas iguales a ½, ¼, etc., respecto a la carga original. Manteniendo constante la separación entre las cargas, observó que si la carga en una esfera se duplicaba, la fuerza se duplicaba; y si la carga en ambas esferas se duplicaba, la fuerza aumentaba a cuatro veces su valor original. Si variaba la distancia entre las cargas, encontró que la fuerza disminuía con el cuadrado referido a la distancia entre ellas, esto es, si se duplicaba la distancia, la fuerza bajaba a la cuarta parte en su valor original.

LEYDECOULUMB Esta ley se representa: F= k.q1.q2 / r2 Donde, F = fuerza de atracción o repulsión, q = cargas puntuales, r= distancia que separa las cargas y K = constante de proporcionalidad (9x109 Nm2/C2).

Statcoulomb (usc): Se define como la carga que repele a otra carga igual y del mismo signo, con una fuerza de una dina, cuando las cargas están separadas un centímetro.

Para la unidad de carga Coulomb se utilizan los Amperes (amp). Es la carga que se transfiere a través de cualquier sección transversal de un conductor en un segundo en el cual circula una corriente constante de un Ampere.

La ley de Coulomb es válida sólo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostática.

La ley de Coulomb es una ecuación vectorial e incluye el hecho de que la fuerza actúa a lo largo de la línea de unión entre las cargas. r

q1 F21 F12 q2 r

F21

q1

F12

q2

LEYDEGAUSS La ley fue formulada por Carl Friedrich Gauss en 1835, pero no fue publicado hasta 1867.1 Es una de los cuatro ecuaciones de Maxwell, que forman la base de electrodinámica clásica (las otras tres son la ley de Gauss para el magnetismo, la ley de Faraday de la inducción y la ley de Ampère con la corrección de Maxwell. La ley de Gauss puede ser utilizada para obtener la ley de Coulomb, y viceversa.

La ley de Gauss es una ley general, que se aplica a cualquier superficie cerrada. Es una herramienta importante puesto que nos permita la evaluación de la cantidad de carga encerrada, por medio de una cartografía del campo sobre una superficie exterior a la distribución de las cargas. Para geometrías con suficiente simetría, se simplifica el cálculo del campo eléctrico.

Otra forma de visualizar esto es considerar una sonda de área A, que puede medir el campo eléctrico perpendicular a esa área. Si se escoge cualquier trozo de superficie cerrada y realizamos sobre esa superficie la medida del campo perpendicular, al multiplicarlo por su área, obtendremos una medida de la carga eléctrica neta dentro de esa superficie, sin importar como está configurada esa carga interna.

El flujo del campo eléctrico se define de manera análoga al flujo de masa. El flujo de masa a través de una superficie S se define como la cantidad de masa que atraviesa dicha superficie por unidad de tiempo.

Para aplicar la ley de Gauss es necesario conocer previamente la dirección y el sentido de las líneas de campo generadas por la distribución de carga. La elección de la superficie gaussiana dependerá de cómo sean estas líneas.

Esta ley puede interpretarse, en electrostática, entendiendo el flujo como una medida del número de líneas de campo que atraviesan la superficie en cuestión.

Para una carga puntual este número es constante si la carga está contenida por la superficie y es nulo si está fuera (ya que hay el mismo número de líneas que entran como que salen). Además, al ser la densidad de líneas proporcional a la magnitud de la carga, resulta que este flujo es proporcional a la carga, si está encerrada, o nulo, si no lo está.

Cuando tenemos una distribución de cargas, por el principio de superposición, sólo tendremos que considerar las cargas interiores, resultando la ley de Gauss.

Sin embargo, aunque esta ley se deduce de la ley de Coulomb, es más general que ella, ya que se trata de una ley universal, válida en situaciones no electrostáticas en las que la ley de Coulomb no es aplicable.

Karla Diotaiuti 26.586.729 Mariaorlanda Aguilera 26.469.642 Samantha Vivenes 24.766.095 Oriana Herrera 25.157.172