Apuntes de física eléctrica

Apuntes de Mecatrónica I – Parcial I
Unidad II – Parte I
Introducción
En esta sección se pretende que el alumno tenga un primer acercamiento a los conceptos
fundamentales de física eléctrica. Los temas desarrollados serán la base teórica que
sustentará, en gran medida, lo que se dicte durante el cursado de la materia.
FUERZA ELÉCTRICA
Hay cuerpos que tienen la propiedad de poseer carga.Esta propiedad se experimenta cuando
dos cuerpos con carga interaccionan, atrayéndose o repeliéndose.
La ley que describe está interacción, relaciona la fuerza que experimentan dos partículas
cargadas en función de cuanta carga tienen ástas partículas.
Fe =

ko q1 q2
d²

Donde:
Fe: Fuerza de interacción entre q1 y q2.
Ko: Constate de Coulomb. Ko = 9x109 [Nxm2/C]
q1 y q2: carga de laspartículas 1 y 2. La carga eléctrica se mide en Coulomb [C].
d: Distancia entre las partículas 1 y 2.
Nota: para usar ese valor de Ko, “d” debe estar en [m], “qi” en [C] y la Fe resultará en N.
Para que se cumpla esta ley las partículas deben estar en reposo.

Acerca de las cargas
La cantidad de carga que poseen los cuerpos no cambia de manera continua sino discreta, sólo
puede ser un múltiploentero de la cantidad elemental de carga que es la que posee un
electrón o un protón. La magnitud de carga del electrón es 1.602x10-19 al igual que la del
protón.
Existen dos tipos de cargas que se conocen como positivas y negativas. Los protones son
positivos y los electrones negativos. Con la asignación del signo a la carga se busca modelar el
hecho físico de que la interacción entre loscuerpos cargados no está relacionada sólo con la
cantidad de carga, que sólo interviene en la magnitud de la interacción, sino también con una
propiedad que hace que la Fe sea de atracción o de repulsión. Es sabido que dos cargas del
mismo tipo (“+ y +” o “– y –”) se rechazan mutuamente y que dos cargas de tipo diferente (“+ y

–”) se atraen. Esta propiedad puede tomar sólo dos valores y seha convenido llamarlos
positivo o negativo aprovechando el hecho de que es aditiva. Es decir que un cuerpo está
cargado cuando, en promedio, tiene más carga de un tipo que de otro. Si tuviese la misma
cantidad de carga + y – tendríamos un cuerpo con carga “cero” en donde se habrían
neutralizado las cargas.

Influencia del medio en el comportamiento eléctrico
La fórmula que se presentóanteriormente que describe la Fe de interacción entre partículas
cargadas asume que es vacío el medio en el que estarían insertas estas cargas. Para evaluar
este comportamiento en otros medios se utiliza la misma fórmula con el agregado de un factor
de corrección que se conoce como “Constante dieléctrica” del medio.
La fórmula general que describe la Fe de interacción entre dos partículas cargadasen cualquier
medio es la siguiente:
Ec. 1.1

Fe =

ko q1 q2
εr d²

En donde r es la constante dieléctrica de cada medio, su valor es “1” para el vacío. A
continuación se agrega tabla de constantes dieléctricas de medios de potencial interés.
CONSTANTES DIELÉCTRICAS (r; 20 º C)
Vacío
Aire seco (1 atm)
Agua
Membrana plasmática (37 º C)
Papel
Plásticos
Vidrio

1
1,00059
80
83,5
3 – 20
5 – 10

CAMPO ELÉCTRICO
Se puede pensar al Campo Eléctrico (E) como una propiedad que posee un determinado
espacio físico que interacciona con partículas cargadas que se encuentren inmersas en ese
espacio físico. El E en un punto del espacio se define en función de la fuerza eléctrica que actúa
sobre una carga de prueba qo colocada en ese punto o, de forma precisa:
El VectorCampo Eléctrico E en un punto en el espacio está definido como la fuerza eléctrica Fe
que actúa sobre una carga de prueba positiva colocada en ese punto y dividida por la magnitud
de la carga de prueba qo:
Ec. 1.2

Ee =

Fe
q0

Podemos decir que si una carga eléctrica en reposo experimenta una fuerza eléctrica, entonces
en ese punto existe un campo eléctrico.
No es necesaria la...