electroestatica

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Teoría básica y problemas propuestos de
Electrostática

1. Introducción.
2. Objetivo general
3. Contenidos, conocimientos previos
4. Naturaleza de la electricidad
5. Ley de Coulomb
6. Campo eléctrico
7. La Ley de Gauss
8. Potencial eléctrico
9. Rigidez dieléctrica
10. Superficie equipotencial
11. Cálculo del campo eléctrico a partir del potencial eléctrico12. Capacitancia eléctrica
13. Cálculo de capacitancia equivalente en diferentes configuraciones
14. Energía almacenada por un capacitor
15. Problemas propuestos con respuestas
16. Preguntas de razonamiento
17. Problemas propuestos sin respuestas
18. Bibliografía recomendada

INTRODUCCIÓN
La Electricidad engloba una categoría de fenómenos físicos originados por la existencia de cargaseléctricas y por la interacción de las mismas. Cuando una carga eléctrica se encuentra estacionaria, o estática, produce fuerzas eléctricas 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 losefectos eléctricos, estas partículas pueden ser neutras, positivas o negativas. La electricidad se ocupa de las partículas cargadas 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 eltema central del presente módulo.
En este material instruccional, se introducirá primero un 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 elcampo eléctrico en objetos con formas geométricas definidas. Por otro lado, se expondrá lo referente 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, seofrecerá una recopilación de algunos problemas que han formado parte de las evaluaciones de cohortes precedentes.

OBJETIVO GENERAL
Al término de éste módulo, el estudiante tendrá la habilidad y pericia necesaria para aplicar los conceptos básicos de electrostática a problemas prácticos de la ingeniería.

CONTENIDOS
1. Cargas fundamentales de la materia.
2. Ley de Coulomb.
3. Campo eléctrico.4. Ley de Gauss.
5. Potencial eléctrico.
6. Superficies equipotenciales.
7. Rigidez dieléctrica.
8. Condensadores electrostáticos.
9. Energía almacenada por un condensador electrostático.
10. Disposiciones de condensadores electrostáticos.
CONOCIMIENTOS PREVIOS
1. Álgebra vectorial: suma de vectores.
2. Cinemática bidemensional: ecuaciones de movimiento.
3. Dinámica bidimensional:segunda ley de Newton.
4. Cálculo integral: aplicaciones de integrales definidas con condiciones iniciales.
5. Cálculo diferencial: gradiente de una función.

DESARROLLO TEÓRICO
1.1 Naturaleza de la electricidad
La materia esta constituida por átomos, los cuales se conforman de protones, neutrones y electrones. El electrón es el componente del átomo que lleva carga eléctrica negativaneutralizada por la carga eléctrica positiva del núcleo o protón. El protón es una partícula nuclear con carga positiva igual en magnitud a la carga negativa del electrón; junto con el neutrón, está presente en todos los núcleos atómicos. Al protón y al neutrón se les denomina también nucleones.
El neutrón es una partícula sin carga que constituye una de las partículas fundamentales que componen la...