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Carga eléctrica
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Conductores y aisladores
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Ley de Coulomb
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El campo eléctrico
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Líneas de campo eléctrico
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Carga por inducción
Carga Eléctrica
Los efectos de la carga eléctrica los observaremos primero con la electricidad estática
Después de ser frotada sobre un pedazo de piel, una varilla ámbar adquiere una carga y puede atraer pequeños objetos.
Al cargar varillas de vidrio y ámbar, se observa que hay dos tipos de carga eléctrica; las cargos iguales se repelen y las opuestas se atraen.
Todos los electrones tienen exactamente la misma carga; la carga del protón (en el núcleo atómico) tiene la misma magnitud pero el signo opuesto:
Los electrones en un átomo están en una nube que rodea el núcleo y pueden separarse del átomo con relativa facilidad.
Cuando una varilla ámbar se frota con piel, algunos de los electrones en los átomos de la piel se transfieren al ámbar:
Encontramos que la carga eléctrica total del universo es una constante:
La carga eléctrica se conserva .
Además, la carga eléctrica está cuantizada en unidades de e.
El átomo que pierde un electrón ahora tiene carga positiva: es un ion positivo
El átomo que gana un electrón ahora está cargado negativamente: es un ion negativo
Algunos materiales pueden polarizarse; esto significa que sus átomos giran en respuesta a una carga externa. Así es como un objeto cargado puede atraer a uno neutro.
Conductores y Aislantes
Conductor: un material cuyos electrones de conducción pueden moverse libremente. La mayoría de los metales son conductores.
Aislante: Un material cuyos electrones rara vez se mueven de un átomo a otro. La mayoría de los aislantes no son metales.
Si un conductor lleva exceso de carga, el exceso se distribuye sobre la superficie del conductor.
Ejemplo 1: ¿Cuántos electrones hay en un coulomb de carga negativa?
Objetos Cargados y Fuerza eléctrica
Los cuerpos con la misma carga se repelen y los que tienen cargas eléctricas opuestas se atraen.
Este comportamiento queda modelado matemáticamente con la ley de Coulomb
Ejemplo:
Dos objetos, cuyas cargas son +1.0 y -1.0 C, están separados en 1.0 km. Comparado con 1.0 km el tamaño de los objetos es pequeño. Halle la magnitud de las fuerzas atractivas que ejercen las cargas entre ellas.
Ejemplo:
La figura muestra tres cargas puntuales que están a lo largo del eje x en el vacío. Halle la magnitud y dirección de la fuerza electroestática neta sobre q1.
Fneta = +5.7 N
Ejemplo
La figura muestra tres cargas punto sobre el plano x,y en el vacío. Halle la magnitud y dirección de la fuerza electroestática neta sobre q1.
F12 = 9.6 N
F13 = 18 N
Fx = +21 N
Fy = +9.2 N
F = 23 N ; 24º
Campo Eléctrico
La carga de prueba
Ejemplo:
En la figura las cargas en las esferas de metal y en la barra de ebonita crean un campo eléctrico E en el punto indicado. Este campo tienen una magnitud de 2.0 N/C y está dirigido como se muestra en el dibujo. Halle la fuerza sobre una carga ubicada en el punto, si la carga tiene un valor de
a) q0 = +18×10-8 C
b) q0 = -24×10-8 C.
a) F = 36×10-8 N
b) F = 48×10-8 N
Ejemplo:
Dos cargas punto positivas, q1 = +16 µC y q2 = +4.0 µC, están separadas en el vacío una distancia de 3,0 m, como se muestra en la figura. Halle el punto sobre la línea que une las cargas donde el campo eléctrico sea cero.
d Ejemplo= +2.0 m
Ejemplo:
La figura muestra dos cargas que están en el vacío, separadas una distancia de 1m, q1 = 1C y q2 = -2C, halle la posición del punto p, en la línea que une las dos cargas, en donde el campo eléctrico es cero.
