Electrostatica

Assignatura de Física 2 Resum del tema 3

Tema 3. Electrostàtica i corrent elèctric
3.1. Camp elèctric i potencial elèctric

La força electromagnètica es produeix entre partícules carregades elèctricament. Aquesta força és una de les forces fonamentals de la naturalesa i és la força responsable de l’estructura atòmica i els enllaços moleculars, atraient electrons negatius inuclis positius. Els seus efectes es poden observar en multitud de fenòmens quotidians. En aquest apartat farem un breu repàs de conceptes bàsics com la càrrega elèctrica, el camp elèctric i el potencial elèctric. Per a l’extensió i aprofundiment recomanem consultar els capítols 18, 19 i 20 del llibre: Física vol.2, Autor: A. Tipler, 3a edició. Càrrega elèctrica La càrrega elèctricaés una propietat de les partícules fonamentals que composen totes les substàncies. La unitat de càrrega elèctrica del sistema internacional (SI) és el Coulomb [ C ]. Els electrons i els protons tenen una càrrega elèctrica: definida positiva en el cas dels protons i negativa pels electrons. Els àtoms i molècules que formen les substàncies tendeixen a tenir tants electrons com protonsaconseguint una càrrega elèctrica total neutra, quan un cos té electrons en excés o en defecte aquest queda carregat elèctricament. La força elèctrica atrau càrregues elèctriques de signe oposat i repel·leix les del mateix signe. En condicions electrostàtiques la força que s’exerceixen dues càrregues elèctriques segueix la llei de Coulomb: 𝑞1 𝑞2 Eq. 2 ⃗ 𝐹12 = 𝑘 2𝑒𝑟 ⃗ 𝑟 ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ on 𝐹12 és la força realitzada per la càrrega 1 sobre la càrrega 2, 𝑞 és el valor de les càrregues, 𝑟 = 𝑟2 − 𝑟1 és el ⃗ ⃗ vector posició entre 1 i 2, 𝑒𝑟 = 𝑟⁄𝑟 el vector unitari en la direcció 𝑟 i 𝑘 la constant de Coulomb: ⃗ ⃗ ⃗ L’aplicació d’aquesta expressió ens dóna 𝐹12 =−𝐹21 tal com s’espera segons el principi d’acció - reacció (tercera llei de Newton). Eq. 3 Podeu aplicar la llei de Coulomb a la resolució dels problemes 3, 4, 5 i 6 de la col·lecció. 𝑘 = 8.9875 × 109 N·m2 ⁄C2 . 𝑞𝑒 = 1.602 × 10−19 C Eq. 1

Camp elèctric El camp elèctric defineix la força elèctrica que rep una càrrega situada en un punt determinat: �⃗ ⃗𝐸 és el camp elèctric i 𝐹 la força que rep la càrrega 𝑞. Un conjunt de càrregues generen un camp elèctric a tots els punts del seu entorn i, alhora, aquest camp actua sobre qualsevol altra càrrega situada en un d’aquests punts. A partir de la llei de Coulomb (Eq. 2) i de la definició de camp elèctric (Eq. 4), el camp elèctric generat per una càrrega puntual 𝑄 en un puntdel seu entorn situat a una distància 𝑟 és 𝑄 Eq. 5 �⃗ 𝐸 (𝑟) = 𝑘 2 𝑒𝑟 . ⃗ 𝑟 Si volem calcular el camp generat en un punt 𝑟𝑜 per una distribució de càrregues 𝑞𝑖 situades en diferents punts ⃗ 𝑟𝑖 , cal sumar els camps originats per cada càrrega separadament: ⃗ Eq. 4 ⃗ ⃗ ⃗ on 𝑟𝑖𝑜 = 𝑟𝑜 −𝑟𝑖 és el vector posició que va del punt on hi ha cada càrrega 𝑖 fins a la posició 𝑟𝑜 . ⃗ �⃗ ⃗ 𝐸 (𝑟𝑜 ) = � 𝑘
𝑖=1 𝑛

⃗ �⃗ 𝐹 = 𝑞𝐸 .

𝑞𝑖 ⃗ 2 𝑒 𝑟𝑖𝑜 𝑖𝑜

Eq. 6

1

Assignatura de Física 2 Resum del tema 3

Una eina per visualitzar la intensitat i la direcció d’un campelèctric són les línies de camp. Per representar i interpretar el camp elèctric mitjançant línies de camp cal recordar les següents regles: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

El camp elèctric és un camp de forces i, per tant, un camp vectorial. En cada punt té un valor d’intensitat però també una direcció i un sentit. Les càrregues elèctriques reben una força en el mateix sentit...