Electricidad

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Unidad 1. Campo y potencial eléctrico
Mapa conceptual
Es imposible concebir el progreso de la humanidad y los avances tecnológicos sin el uso de la electricidad.
Las primeras observaciones registradas respecto a la electricidad corresponden a Tales de Mileto, 600 años antes de Cristo; los siguientes experimentos, básicos pero significativos, fueron realizados más de 2000 años después porGilbert. En 1784, Charles Augustin de Coulomb, realizó la primera cuantificación de la fuerza de interacción entre cargas electrostáticas, para lo cual se auxilió de un instrumento de medición sumamente ingenioso y flexible: la balanza de torsión.

La electrostática estudia las causas y los efectos de las cargas eléctricas en reposo. El presente mapa conceptual, establece en general los subtemas atratar durante esta parte del curso.
Mapa conceptual

Unidad 1. Campo y potencial eléctrico
Ley de Coulomb
La ley de Coulomb establece que la fuerza de interacción entre cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.
La constante K que convierte la proporcionalidad en igualdad, se conoce como laconstante de la ley de Coulomb, que no es de carácter universal, ya que depende de un parámetro conocido como la permitividad eléctrica que es una propiedad del medio que rodea las cargas.

Ejemplos resueltos de la ley de Coulomb
Ejemplo 1:
Calcular la fuerza de interacción electrostática entre dos cargas de 5x10-5 C y de -2x10-5 C respectivamente, que se encuentran separadas en el aire por unadistancia de 4x102
Partimos de la expresión de la ley de Coulomb:

Posteriormente sustituimos en ella los datos del problema y resolvemos:

La fuerza resultó ser negativa, porque las cargas son de signos diferentes, eso significa que la fuerza es de atracción.
Ejemplo 2:
Dos cargas en el vacío de -3x10-3 C y de 6x10-4 C respectivamente, sienten una fuerza de atracción de -20x10-3 N, ¿cuálserá la distancia de separación entre ellas?
Procedemos de la misma forma que en el ejemplo anterior:

Ejemplo 3:
Sobre un triángulo equilátero de 30cm de lado, se colocan 3 cargas; qA = 3x10-5C, qB = 5x10-4 C y qC = 4x10-5 C, como se muestra en la figura. Calcular la fuerza resultante sobre la carga qc .

Solución
Dado que la fuerza resultante corresponde a la suma de los vectores defuerza de la carga A sobre la carga C que es de repulsión y de la carga B sobre la carga C que es de atracción, el método más conveniente es realizar la descomposición rectangular de las fuerzas y posteriormente realizamos la suma por componentes.
La fuerza de la carga A sobre la carga C es:

La fuerza es de repulsión puesto que las cargas son del mismo signo y queda dirigida a 60º con respecto a lahorizontal, con el origen sobre la carga C, de esta manera, la componente horizontal de la fuerza queda a la derecha:

Análogamente la componente vertical quedará hacia arriba:

Repitiendo todo el procedimiento para la fuerza de interacción de la carga B sobre la la carga C y considerando que esta es de atracción, obtenemos lo siguiente:

Debido a que las cargas B y C tienen diferentesigno, la fuerza es de atracción, con el origen en la carga C la fuerza queda sobre la línea que une a las cargas en la dirección de la carga C a la carga B, es decir 60º abajo de la horizontal, de esta manera la componente horizontal será a la derecha y la componente vertical será hacia abajo.
la componente horizontal de la fuerza entre B y C va hacia la derecha y vale:

la componente vertical dela fuerza entre B y C va hacia abajo y vale:

La componente horizontal de la fuerza resultante, se obtiene sumando las componentes horizontales de las fuerzas aplicadas, de esta manera:

Análogamente la componente vertical de la fuerza resultante, se obtiene sumando las componentes verticales de las fuerzas aplicadas, de esta manera:

Calculamos la resultante usando el teorema de...
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