Aplicaciones De La Electrostatica
Páginas: 5 (1009 palabras)
Publicado: 9 de junio de 2015
Campo eléctrico y potencial eléctrico
EJEMPLO
El campo eléctrico generado por dos placas paralelas es E 5 2,0 3 104 N/C, y la distancia entre ellas es
d 5 5,0 mm. Si un electrón se deja libre y en reposo,
cerca de la placa negativa, determinar:
a. La norma, la dirección y el sentido de la fuerza
eléctrica que actúa sobre el electrón, si su valor es
qe 5 1,6 3 10219 C
b. La diferencia depotencial entre las placas.
Solución:
a. Como el electrón tiene carga negativa, la fuerza
que actúa sobre él tiene la misma dirección, pero
sentido contrario al del campo eléctrico, es decir,
la fuerza está dirigida de la placa negativa hacia la
positiva.
El valor de la fuerza del electrón es:
Fe 5 q ? E
Fe 5 (1,6 3 10219 C)(2,0 3 104 N/C)
5 3,2 3 10215 N
La fuerza eléctrica que actúa sobre el electrónes 3,2 3 10215 N
b. La diferencia de potencial entre las placas es:
DV 5 E ? d
DV 5 (2,0 3 104 N/C)(5 3 1023 m)
DV 5 1,0 3 102 V Al calcular
La diferencia de potencial entre las placas es
100 V.
2.4 Algunas aplicaciones electrostáticas
2.4.1 Blindaje electrostático
Cuando un conductor electrizado se encuentra en equilibrio electrostático,
el campo eléctrico es nulo en todos los puntos internos. Sidicho conductor
presenta una cavidad interna, las cargas eléctricas se reorganizan rápidamente en la superficie externa del conductor, con el fin de anular el campo
eléctrico en todos los puntos internos. De esta manera, en la cavidad del
conductor los efectos electrostáticos no se encuentran presentes, debido a la
nulidad del campo eléctrico y a la distribución de las cargas eléctricas en lasuperficie externa del conductor.
Los conductores huecos se emplean para proteger artefactos de los efectos
eléctricos; para ello, se encierran dentro de una cubierta metálica, de modo
que se produce un blindaje electrostático. Experimentalmente, este fenómeno se puede comprobar por medio de la jaula de Faraday.
2.4.2 El generador de Van der Graff
Correa
Figura 13. Máquina electrostática
de RobertVan der Graff.
170
El generador es una máquina electrostática creada por el físico norteamericano Robert Van der Graff en 1930. Este aparato consiste en una banda de
caucho que pasa por dos poleas, una de las cuales se encuentra impulsada
por un motor que le imprime rotación (figura 13). La otra polea se encuentra
ubicada en el interior de una esfera metálica grande y hueca, sostenida por
unsoporte aislante y cilíndrico. Al moverse, la banda de caucho es electrizada por un conjunto de agujas metálicas parecidas a las de un cepillo, las
cuales mantienen un potencial negativo con relación a la tierra. La descarga
a través de las puntas suministra continuamente electrones sobre la banda,
los cuales se depositan en la esfera. Como la esfera es un conductor hueco,
las cargas se distribuyensobre la superficie exterior de la misma, y se van
acumulando hasta alcanzar el valor de la rigidez dieléctrica del aire. El generador de Van der Graff es empleado para acelerar partículas subatómicas
en los laboratorios de investigación.
© Santillana
FIS11-U5(152-171).indd 170
21/10/10 15:11
Componente: Procesos físicos
El experimento de Millikan
Robert Millikan, (figura 14) en uno de losexperimentos más importantes de
la física, calculó la carga del electrón al analizar su movimiento dentro de un
campo eléctrico constante. Millikan observó, a través de un microscopio, el
comportamiento de finas gotas de aceite, introducidas por medio de un atomizador entre un par de placas paralelas, cuya región central iluminó como se observa en la figura. Al salir del atomizador, las gotas secargaban eléctricamente
con la boquilla y alcanzaban una velocidad, cuya medida permitía determinar
la masa de cada una de las gotas. Cuando cargó las placas encontró que algunas gotas quedaban suspendidas, lo cual mostraba que estas estaban cargadas
negativamente. Con base en estas mediciones, determinó que la carga de cada
gota era múltiplo entero del número 1,6 3 10219 C, valor correspondiente...
EJEMPLO
El campo eléctrico generado por dos placas paralelas es E 5 2,0 3 104 N/C, y la distancia entre ellas es
d 5 5,0 mm. Si un electrón se deja libre y en reposo,
cerca de la placa negativa, determinar:
a. La norma, la dirección y el sentido de la fuerza
eléctrica que actúa sobre el electrón, si su valor es
qe 5 1,6 3 10219 C
b. La diferencia depotencial entre las placas.
Solución:
a. Como el electrón tiene carga negativa, la fuerza
que actúa sobre él tiene la misma dirección, pero
sentido contrario al del campo eléctrico, es decir,
la fuerza está dirigida de la placa negativa hacia la
positiva.
El valor de la fuerza del electrón es:
Fe 5 q ? E
Fe 5 (1,6 3 10219 C)(2,0 3 104 N/C)
5 3,2 3 10215 N
La fuerza eléctrica que actúa sobre el electrónes 3,2 3 10215 N
b. La diferencia de potencial entre las placas es:
DV 5 E ? d
DV 5 (2,0 3 104 N/C)(5 3 1023 m)
DV 5 1,0 3 102 V Al calcular
La diferencia de potencial entre las placas es
100 V.
2.4 Algunas aplicaciones electrostáticas
2.4.1 Blindaje electrostático
Cuando un conductor electrizado se encuentra en equilibrio electrostático,
el campo eléctrico es nulo en todos los puntos internos. Sidicho conductor
presenta una cavidad interna, las cargas eléctricas se reorganizan rápidamente en la superficie externa del conductor, con el fin de anular el campo
eléctrico en todos los puntos internos. De esta manera, en la cavidad del
conductor los efectos electrostáticos no se encuentran presentes, debido a la
nulidad del campo eléctrico y a la distribución de las cargas eléctricas en lasuperficie externa del conductor.
Los conductores huecos se emplean para proteger artefactos de los efectos
eléctricos; para ello, se encierran dentro de una cubierta metálica, de modo
que se produce un blindaje electrostático. Experimentalmente, este fenómeno se puede comprobar por medio de la jaula de Faraday.
2.4.2 El generador de Van der Graff
Correa
Figura 13. Máquina electrostática
de RobertVan der Graff.
170
El generador es una máquina electrostática creada por el físico norteamericano Robert Van der Graff en 1930. Este aparato consiste en una banda de
caucho que pasa por dos poleas, una de las cuales se encuentra impulsada
por un motor que le imprime rotación (figura 13). La otra polea se encuentra
ubicada en el interior de una esfera metálica grande y hueca, sostenida por
unsoporte aislante y cilíndrico. Al moverse, la banda de caucho es electrizada por un conjunto de agujas metálicas parecidas a las de un cepillo, las
cuales mantienen un potencial negativo con relación a la tierra. La descarga
a través de las puntas suministra continuamente electrones sobre la banda,
los cuales se depositan en la esfera. Como la esfera es un conductor hueco,
las cargas se distribuyensobre la superficie exterior de la misma, y se van
acumulando hasta alcanzar el valor de la rigidez dieléctrica del aire. El generador de Van der Graff es empleado para acelerar partículas subatómicas
en los laboratorios de investigación.
© Santillana
FIS11-U5(152-171).indd 170
21/10/10 15:11
Componente: Procesos físicos
El experimento de Millikan
Robert Millikan, (figura 14) en uno de losexperimentos más importantes de
la física, calculó la carga del electrón al analizar su movimiento dentro de un
campo eléctrico constante. Millikan observó, a través de un microscopio, el
comportamiento de finas gotas de aceite, introducidas por medio de un atomizador entre un par de placas paralelas, cuya región central iluminó como se observa en la figura. Al salir del atomizador, las gotas secargaban eléctricamente
con la boquilla y alcanzaban una velocidad, cuya medida permitía determinar
la masa de cada una de las gotas. Cuando cargó las placas encontró que algunas gotas quedaban suspendidas, lo cual mostraba que estas estaban cargadas
negativamente. Con base en estas mediciones, determinó que la carga de cada
gota era múltiplo entero del número 1,6 3 10219 C, valor correspondiente...
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