Electrostatica

Ing. Reynaldo Sosa Domínguez

Física III

ELECTROSTATICA. ELECTRIZACION POR FROTAMIENTO. Cuando se frota ámbar con lana, éste adquiere la propiedad de atraer objetos pequeños, como pedacitos de tela o esferitas pequeñas de médula de saúco. El mismo efecto se logra sí se frota una varilla de vidrio con una tela de seda, la varilla también atraerá esferitas de médula de saúco. En ambos casos,los cuerpos han quedado electrizados con carga eléctrica. La varilla de vidrio adquiere carga positiva y la seda carga negativa. En el caso del ámbar, éste queda cargado negativamente y la lana queda cargada positivamente. Se está hablando de electricidad, vocablo que se deriva de la voz griega elektron y que significa ámbar. Se ha encontrado en los laboratorios de Física que cargas iguales serepelen y que cargas diferentes se atraen. La carga negativa se le asocia al electrón y la carga positiva se le asocia al protón. Se dice que un cuerpo está cargado negativamente cuando tiene un exceso de electrones y el cuerpo estará cargado positivamente cuando tenga un déficit de electrones. Los metales tienen la virtud de poseer electrones libres, razón por la cual resultan buenos conductores dela electricidad.

LEY DE COULOMB. En 1785 el Sr. Coulomb descubre y publica la ley que lleva su nombre, la cual dice: la fuerza que se manifiesta entre dos esferillas cargadas eléctricamente, es directamente proporcional al producto de sus cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que estén separadas. El modelo matemático de esta ley es: F=K

QQ1 r2

F es lafuerza, que puede ser de atracción o repulsión, y se expresa en Newtons (N). K es una constante que vale 9*109 y se expresa en N*m2/C2 r es la distancia entre las partículas eléctricas, expresada en metros (m). Q y Q1 son las cargas eléctricas de las partículas, expresadas en coulombs (C). LEY DE LAS CARGAS. La Ley de las Cargas indica que cargas de igual signo se repelen y cargas de signoscontrarios se atraen, como se muestra en el siguiente esquema: Fuerzas de repulsión en cargas eléctricas positivas:

2

Ing. Reynaldo Sosa Domínguez

Física III

Fuerzas de repulsión en cargas eléctricas negativas:

Fuerzas de atracción en cargas eléctricas diferentes:

Fuerzas de atracción en cargas eléctricas diferentes:

La carga mínima que se encuentra en la naturaleza es la delelectrón (que se considera negativa) y la del protón (que se considera positiva), siendo sus magnitudes las siguientes: Electrón: su carga es -1.6*10-19 coulombs y se designa con la letra e minúscula. Protón: su carga es +1.6*10-19 y se designa con la letra p minúscula. La masa de estas partículas es: Masa del electrón vale 9.11*10-31 Kg, y la Masa de protón vale 1.67*10-27 Kg. La masa del protón, conrelación a la masa del electrón, es 1833 veces más grande (1.67x10-27 /9.11x10-31 = 1833).

3

Ing. Reynaldo Sosa Domínguez

Física III

PROBLEMA. Calcular el número de electrones que suman una carga eléctrica de un coulomb; también calcular la masa y el peso de tales electrones: Para determinar el número de electrones que contiene un coulomb determinamos el inverso de la carga del electrón.Número de electrones que tiene un coulomb = 1 / 1.6*10 -19 = 6.25*1018 e La masa de los electrones es: mt = 6.25*1018*9.11*10-31 = 5.69*10-12 Kg; por lo tanto el peso de estos es: w = mg = 5.69*10-12*9.81 = 5.58*10-11 Kg PROBLEMA. El átomo de hidrógeno tiene un protón en su núcleo y un electrón en órbita. Se supone que la órbita es circular y que el radio es de 5 x 10 -11 m. Calcular la fuerza deatracción entre ambas partículas y la velocidad lineal del electrón. DATOS: r = 5 x 10-11 m me = 9.11 x 10-31 Kg la magnitud de la carga eléctrica, tanto del protón como del electrón, es de 1.6 x 10 -19 C Las fórmulas que se usarán son: F = K Q Q´ / r2 ar = v2 / r ; ar es la aceleración centrípeta. F = m a ; ecuación de la segunda ley. Cálculo de la fuerza de atracción: F = 9 x 109 x ( 1.6 x...