Campos Y Ondas
Páginas: 7 (1524 palabras)
Publicado: 4 de mayo de 2012
Ley de Coulomb
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Charles Coulomb (1736-1806) midió las magnitudes de las fuerzas eléctricas entre objetos con carga; para hacerlo usó la balanza de torsión, que él mismo inventó (figura 23.5). El principio de operación de la balanza de torsión es el mismo que el del aparato usado por Cavendish para medir la constante de la gravedad (véase la sección 13.1), con esferas eléctricamenteneutras reemplazadas por esferas con carga. La fuerza eléctrica entre las esferas A y B de la figura 23.5 provoca que se atraigan o se repelan, y el movimiento resultante provoca que la fibra suspendida se tuerza. Gracias a que el momento de torsión de recuperación de la fibra torcida es proporcional al ángulo de rotación de la fibra, una lectura de este ángulo da una medida cuantitativa de la fuerzaeléctrica de atracción o de repulsión. Una vez cargadas las esferas por frotación, la fuerza eléctrica entre ambas se vuelve muy grande en comparación con la atracción de la gravedad y, por lo tanto, esta última fuerza se puede ignorar.
Balanza de torsión
A partir de los experimentos de Coulomb, se generalizan las propiedades de la fuerza eléctrica entre dos partículasinmóviles con carga. Para ello se usa el término carga puntual que hace referencia a una partícula con carga de tamaño cero. El comportamiento eléctrico de electrones y protones queda muy bien descrito si se representan como cargas puntuales. Debido a observaciones experimentales es posible encontrar la magnitud de una fuerza eléctrica (a veces llamada fuerza de Coulomb) entre dos cargas puntualesestablecidas por la ley de Coulomb:
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donde F es una constante conocida como constante de Coulomb. En sus experimentos, Coulomb demostró que el valor del exponente de rera 2, con una incertidumbre de unos cuantos puntos porcentuales. Experimentos recientes han comprobado que el exponente es 2, con una incertidumbre de unas cuantas partes en 1016. Los experimentos también muestran que lafuerza eléctrica, como la fuerza de gravedad, es conservativa.
El valor de la constante de Coulomb depende de la elección de las unidades. La unidad de carga del SI es el coulomb (C). La constante de Coulomb k, en unidades del SI tiene el valor
[pic] [pic]
Además esta constante se expresa como:
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donde la constante [pic](griega minúscula épsilon) se conoce como lapermitividad del vacío, cuyo valor es:
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La unidad de carga más pequeña e conocida en la naturaleza2 es la carga de un electrón (-e) o de un protón (+e), con una magnitud de
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Por lo tanto, una carga igual a 1 C es aproximadamente igual a la carga de 6.24 X 10" electrones o protones. Esta cantidad es muy pequeña en comparación con el númerode electrones libres presentes en 1 cm3 de cobre, que es del orden de 102'. Aun así, 1 C es una cantidad de carga sustancial. En los experimentos en que se carga por frotación una varilla de hule o de vidrio, se obtiene una carga neta del orden de 10 C. En otras palabras, sólo una fracción muy pequeña de la carga total disponible se ha transferido entre la varilla y el material contra el que sefrota.
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Cuando se relaciona con la ley de Coulomb, es necesario recordar que la fuerza es una cantidad vectorial que deberá ser tratada como corresponde. La ley de Coulomb, expresada en forma vectorial para una fuerza eléctrica ejercida por una carga q1sobre una segunda carga q2, rescrita como [pic]12, es
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donde [pic]12 es un vector unitario dirigido de q1hacia q2.Ley De Gauss
La ecuación de Gauss relaciona el campo eléctrico sobre una superficie cerrada con la carganeta incluida dentro de la superficie. Permite calcular campos eléctricos que resultande distribuciones simétricas de carga.
El número de líneas de campo que salen de un recinto cerrado es igual al de líneas que salen del mismo.
El número neto de líneas que salen de un recinto cerrado es...
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Charles Coulomb (1736-1806) midió las magnitudes de las fuerzas eléctricas entre objetos con carga; para hacerlo usó la balanza de torsión, que él mismo inventó (figura 23.5). El principio de operación de la balanza de torsión es el mismo que el del aparato usado por Cavendish para medir la constante de la gravedad (véase la sección 13.1), con esferas eléctricamenteneutras reemplazadas por esferas con carga. La fuerza eléctrica entre las esferas A y B de la figura 23.5 provoca que se atraigan o se repelan, y el movimiento resultante provoca que la fibra suspendida se tuerza. Gracias a que el momento de torsión de recuperación de la fibra torcida es proporcional al ángulo de rotación de la fibra, una lectura de este ángulo da una medida cuantitativa de la fuerzaeléctrica de atracción o de repulsión. Una vez cargadas las esferas por frotación, la fuerza eléctrica entre ambas se vuelve muy grande en comparación con la atracción de la gravedad y, por lo tanto, esta última fuerza se puede ignorar.
Balanza de torsión
A partir de los experimentos de Coulomb, se generalizan las propiedades de la fuerza eléctrica entre dos partículasinmóviles con carga. Para ello se usa el término carga puntual que hace referencia a una partícula con carga de tamaño cero. El comportamiento eléctrico de electrones y protones queda muy bien descrito si se representan como cargas puntuales. Debido a observaciones experimentales es posible encontrar la magnitud de una fuerza eléctrica (a veces llamada fuerza de Coulomb) entre dos cargas puntualesestablecidas por la ley de Coulomb:
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donde F es una constante conocida como constante de Coulomb. En sus experimentos, Coulomb demostró que el valor del exponente de rera 2, con una incertidumbre de unos cuantos puntos porcentuales. Experimentos recientes han comprobado que el exponente es 2, con una incertidumbre de unas cuantas partes en 1016. Los experimentos también muestran que lafuerza eléctrica, como la fuerza de gravedad, es conservativa.
El valor de la constante de Coulomb depende de la elección de las unidades. La unidad de carga del SI es el coulomb (C). La constante de Coulomb k, en unidades del SI tiene el valor
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Además esta constante se expresa como:
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donde la constante [pic](griega minúscula épsilon) se conoce como lapermitividad del vacío, cuyo valor es:
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La unidad de carga más pequeña e conocida en la naturaleza2 es la carga de un electrón (-e) o de un protón (+e), con una magnitud de
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Por lo tanto, una carga igual a 1 C es aproximadamente igual a la carga de 6.24 X 10" electrones o protones. Esta cantidad es muy pequeña en comparación con el númerode electrones libres presentes en 1 cm3 de cobre, que es del orden de 102'. Aun así, 1 C es una cantidad de carga sustancial. En los experimentos en que se carga por frotación una varilla de hule o de vidrio, se obtiene una carga neta del orden de 10 C. En otras palabras, sólo una fracción muy pequeña de la carga total disponible se ha transferido entre la varilla y el material contra el que sefrota.
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Cuando se relaciona con la ley de Coulomb, es necesario recordar que la fuerza es una cantidad vectorial que deberá ser tratada como corresponde. La ley de Coulomb, expresada en forma vectorial para una fuerza eléctrica ejercida por una carga q1sobre una segunda carga q2, rescrita como [pic]12, es
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donde [pic]12 es un vector unitario dirigido de q1hacia q2.Ley De Gauss
La ecuación de Gauss relaciona el campo eléctrico sobre una superficie cerrada con la carganeta incluida dentro de la superficie. Permite calcular campos eléctricos que resultande distribuciones simétricas de carga.
El número de líneas de campo que salen de un recinto cerrado es igual al de líneas que salen del mismo.
El número neto de líneas que salen de un recinto cerrado es...
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