Apuntes Sobre Electromagnetismo

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ASIGNATURA: FISICA III PROFESOR:

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ASPECTOS TEORICOS SOBRE ELECTROSTATICA INTRODUCCIÓN
La electricidad engloba una categoría de fenómenos físicos originados por la existencia de cargas eléctricas y por la interacción de las mismas. Cuando una carga eléctrica se encuentra estacionaria, o estática, produce fuerzaseléctricas sobre las otras cargas situadas en su misma región del espacio; cuando está en movimiento produce, además, efectos magnéticos. Los efectos eléctricos y magnéticos dependen de la posición y movimiento relativos de las partículas con carga. En lo que respecta a los efectos eléctricos, estas partículas pueden ser neutras, positivas o negativas. La electricidad se ocupa de las partículascargadas positivamente, como los protones, que se repelen mutuamente, y de las partículas cargadas negativamente, como los electrones, que también se repelen mutuamente; la rama de la física que estudia las cargas eléctricas estacionarias se llama Electrostática, el cual es el tema central del presente documento. En este material cuyo objetivo es servir de guía o de material instructivo, se hará primeroun discernimiento sobre la naturaleza de la electricidad, conocimiento que permitirá abordar la Ley de Coulomb, Campo Eléctrico y Potencial Eléctrico en distribuciones discretas de cargas y cuerpos uniformemente cargados. La Ley de Gauss es presentada como una herramienta útil al momento de cuantificar el campo eléctrico en objetos con formas geométricas definidas. Por otro lado, se expondrá loreferente a las superficies equipotenciales desde el punto de vista eléctrico. Con los conceptos anteriormente esbozados, se emprenderá la discusión en torno a los condensadores electrostáticos, dando especial énfasis a la manera como pueden establecerse arreglos del tipo serie – paralelo. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas que han formado parte de las evaluaciones decohortes precedentes. OBJETIVO GENERAL Al término de estos apuntes, el estudiante tendrá la habilidad y pericia necesaria para aplicar los conceptos básicos de electrostática a problemas prácticos de la ingeniería. CONTENIDOS
1. 2. 3. 4. 5.

Antecedentes históricos de la electricidad Carga eléctrica. Ley de Coulomb. Campo eléctrico. Ley de Gauss.
Cra 32 N° 22 – 08 Sector San Pedro Alejandrino Bloque6 Segundo Piso Laboratorio de Física
DOCUMENTO Nº 5

Elaborado por: JOSÉ SIERRA ORTEGA Ph.D. FECHA 2010 - I

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6.

Ejercicios de aplicación

CONOCIMIENTOS PREVIOS
1. 2. 3. 4. 5.

Álgebra vectorial: suma de vectores. Cinemática bidimensional: ecuaciones de movimiento. Dinámica bidimensional: segunda ley de Newton. Cálculo integral: aplicaciones de integrales definidascon condiciones iniciales. Cálculo diferencial: gradiente de una función.

DESARROLLO TEÓRICO 1. Antecedentes históricos de la electricidad
La raíz de los términos "electricidad", "electrón", o "electrónica" viene del ambar, (material amarillo y transparente en cuyo interior se han encontrado insectos fosilizados) que en la antigua Grecia (Tales de Mileto) se denominaba elektron. Era conocidala propiedad que tenía de atraer pequeños trozos de paja cuando era sometida a frotamiento. En aquella época no se le encontraba explicación. En 1600 William Gilbert (1544-1603) encontró que numerosos materiales (vidrio, azufre, sal, resina...) al ser frotados presentaban propiedades similares a las del ámbar, los llamó eléctricos. Otto von Guericke construyó la primera máquina de electrizar porfrotamiento. Stephen Gray (1670 - 1736) realizó algunos experimentos y encontró que la electricidad se transfería de unos cuerpos a otros si se conectaban con un material metálico. Esto quiere decir que la electricidad no se produce sólo por frotamiento. En 1730, Charles du Fay (1698- 1739) dice que hay dos tipos de atracción electrostática: atractiva y repulsiva. La repulsiva tenía lugar entre...