Electricidad y magnetismo

Facultad de Ingeniería
Instituto de Ciencias Básicas

TÓPICOS DE

“ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO”
(Primera Versión)

(Incluye 110 problemas resueltos)

Julio Pozo Pérez y Rosa María Chorbadjian
2006

“Tópicos de Electricidad y Magnetismo”

J.Pozo y R.M. Chorbadjian.

INDICE
CAPÍTULO I: FUERZA ELECTRICA Y CAMPO ELÉCTRICO…………………...…03
1.1. Cargaeléctrica……………………………………………………...………….…………03
1.2. Conductores y aisladores………………………………………………………………...04
1.3. Fuerza eléctrica (Ley de Coulomb)...……………………………………………………04
1.4. Densidad de carga eléctrica……………………………………………………………...05
1.5. Campo Eléctrico…………………………………………………………………………07
1.6. Líneas de fuerza………………………………………………………………………….09
1.7. Problemas Resueltos…………………………………………………..…………..……...11
CAPÍTULO II: LEY DE GAUSS………………………………………….……………....28
2.2. Ley deGauss…………………………………………………………………………....28
2.1. Flujo eléctrico……………………………………………………………………...........28
2.3 Problemas Resueltos……………………………………………………………………29
CAPÍTULO III: EL POTENCIAL ELÉCTRICO………………………..……………...47
3.1. Definición de diferencia de potencial………………………………………..…………47
3.2. Cálculo del potencial eléctrico a partir del campo eléctrico…………………….……...48
3.3. Potencial de una carga puntual…………………………………………………….…...48
3.4. Potencial debido a unadistribución de carga……………………………………..........49
3.5. Determinación del campo eléctrico a partir del potencial……………………….….….51
3.6. Problemas Resueltos ……………………………………………………………….….55
CAPÍTULO IV: CONDENSADORES Y DIELECRICOS
CAPÍTULO V: CIRCUITOS ELÉCTRICOS
CAPÍTULO VI: EL CAMPO MAGNÉTICO
CAPÍTULO VII: LEY DE AMPERE - LEY DE BIOT-SAVART
CAPÍTULO VIII: LEY DE FARADAY
CAPÍTULO IX: INDUCTANCIACAPÍTULO X: PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LA MATERIA
CAPÍTULO XI: ECUACIONES DE MAXWELL
2

“Tópicos de Electricidad y Magnetismo”

J.Pozo y R.M. Chorbadjian.

CAPÍTULO I
FUERZA ELECTRICA Y CAMPO ELÉCTRICO

1.1. Carga eléctrica
La carga eléctrica en sí durante el proceso de frotamiento no se crea, sólo existe una
transferencia de carga negativa (electrones), de la lana a la ebonita. Porconsiguiente, la
ebonita queda cargada negativamente y la lana positivamente.
Una observación experimental es que cuerpos con cargas de igual signo se repelen y con
cargas de signos distintos se atraen (Ley de polaridad).
La materia se compone de átomos y éstos a su vez de electrones, protones, neutrones y otras
partículas que son de menor importancia en electrostática. Los átomos son eléctricamenteneutros. Los electrones son partículas cargadas negativamente, los protones son partículas con
cargas positivas. El átomo tiene igual número de electrones que de protones. Cuando decimos
que un objeto está cargado, lo que queremos decir es que tiene un exceso de carga; que puede
ser positiva (deficiencia de electrones) o negativa (exceso de electrones).
Experimentalmente se observa que "lacarga neta en un sistema cerrado se conserva", esto
es el enunciado del principio de la conservación de la carga.
En el siglo pasado se creía que la carga eléctrica era un fluido continuo, pero a principios de
este siglo, se descubrió que la carga eléctrica está dada en unidades o paquetes de cargas
separadas, y esta propiedad de la carga eléctrica se conoce como "cuantización de la carga".Esta carga básica es la carga del electrón que se representa simbólicamente por e , y su valor
está dado e = 1.60206 × 10 -19 [Coulomb].
Notación: las cargas macroscópicas se representan por q o Q y equivalen a N e donde N es
un número entero.
3

“Tópicos de Electricidad y Magnetismo”

J.Pozo y R.M. Chorbadjian.

1.2. Conductores y aisladores
Respecto al comportamiento eléctrico, losmateriales pueden clasificarse en general en dos
clases: conductores y aisladores (dieléctricos) de la electricidad. Los conductores son
substancias metálicas, como el cobre, plata, fierro, etc., que contienen un gran número de
portadores de carga libre. Estos portadores de carga (generalmente electrones)...