Electrostática En El Vacío (Física Ing Informática)

Tema I: Electrostática en el vacío.
Carga eléctrica: Distribuciones discretas y continuas de carga. Interacciones entre cargas: Ley de Coulomb. El campo eléctrico. Ley de Gauss. El potencial electrostático. Dipolo eléctrico Bibliografía: P. Lorrain y Dale R. Corson “Campos y Ondas Electromagnéticas”. Edward M. Purcell “Electricidad y Magnetismo” Curso de Física de Berkeley
Conocimientosprevios: Las leyes fundamentales de la Mecánica, operaciones vectoriales Objetivos: Familiarizarse con el concepto de carga. Familiarizarse con el concepto de acción a distancia. Asentar el concepto de flujo de un campo vectorial. Comprender el significado de campo que deriva de un potencial, y su aplicación al campo eléctrico.

Introducción
La interpretación de los fenómenos naturales mostró que eraimposible su explicación solamente a partir de fuerzas de tipo gravitatorio, puesto que no se podían explicar fenómenos como los elásticos, de tensión superficial, presión de vapor y otros muchos, entre otras razones porque las fuerzas gravitatorias resultaban demasiado pequeñas en varios órdenes de magnitud. Por otra parte, y aun sin considerar la discrepancia cuantitativa, cuando se intentandescribir los fenómenos moleculares es imposible entender la existencia de las fuerzas repulsivas que existen entre las partículas a nivel molecular, aplicando sólo los conceptos que son útiles en el estudio de los fenómenos gravitatorios. Por tanto se requiere otro tipo de fuerzas de mayor magnitud mayores, que puedan representar estas interacciones, y estas no son otras que las fuerzas de origeneléctrico y magnético. Nuestro primer contacto con fenómenos de tipo eléctrico, es probablemente, cuando en la escuela frotábamos un bolígrafo o una pluma sobre nuestro jersey, y atraíamos con él pedacitos de papel, estábamos, sin saberlo, realizando una experiencia de triboelectricidad (electricidad por frotamiento), que es probablemente, la primera forma en la que la humanidad puso de manifiesto laexistencia de cargas eléctricas y normalmente la primera vez que tendríamos la oportunidad de pensar en la existencia de un campo de fuerzas. El estudio de la electrostática, nos va a permitir ordenar las ideas sobre fenómenos conocidos, por un lado la existencia de fuerzas que para su manifestación no necesitan del contacto, y por otro la naturaleza eléctrica de la materia. Desde niños estamosacostumbrados a la existencia de la fuerza gravitatoria, por estar totalmente ligada a nuestra vida, y no nos sorprende que las cosas abandonadas en el aire caigan. Si recordamos la experiencia vivida con los trocitos de papel, veremos que nos pareció que estábamos haciendo magia, o que aquello tenía algún tipo de trampa, ya que por primera vez nos
Electrostática en el vacío

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encontrábamos con una situación no habitual, la existencia de interacciones a distancia distintas de las gravitatorias. Esa misma sensación se desarrolló a lo largo de Edad Media y el Renacimiento, con lo que el fenómeno eléctrico se ligó a la magia y a las ferias, por lo que su estudio desde el punto de vista científico quedó en una situación análoga a la que teníaen las épocas griega y romana. El prefijo “electro-“ proviene del nombre griego del ámbar (elektron), pues son las experiencias realizadas al frotar una varilla de ámbar con la piel de un animal (igual que la experiencia realizada por nosotros en la escuela), las que inician el desarrollo del estudio de los fenómenos eléctricos. Las experiencias de triboelectricidad realizadas con varillas de ámbaro vidrio que permiten atraer, en contra de las fuerzas gravitatorias, trocitos de papel, tuvieron una sistematización empleando péndulos eléctricos análogos al representado en la figura 1. Tras electrizar una varilla de ámbar frotándola con la piel de un animal, al aproximarla a un péndulo eléctrico, se Figure 1 observa que la esfera del péndulo es atraída por la varilla; otro Al acercar al...