electrostatica

10: ELECTROSTÁTICA

10.1 CARGA ELÉCTRICA Y MODELO ATÓMICO DE BOHR

La carga es una propiedad de la materia y la materia está formada por átomos. Según el modelo de Bohr, un átomo esta constituido por un núcleo, en torno al cual giran partículas llamadas electrones. El núcleo esta formado básicamente por dos tipos de partículas; protones y neutrones, ver fig. 10.1. Los protones son partículascargadas positivamente, mientras que los electrones lo son negativamente. Los neutrones son partículas sin carga.











La materia es eléctricamente neutra debido a que el número de protones en un átomo, Z, es igual al número de electrones y la carga del electrón es igual a la del protón, esto es,
carga del protón = carga del electrón = e = 1, 6 x 10 –19 C

El signo delas cargas se ha adoptado por convención y C es el símbolo de la unidad de carga (1 Coulomb = 1 C). En el S.I. la unidad de carga es 1 A.s.*

Cuando decimos que un átomo, una molécula, y en general un cuerpo, están cargados, nos referimos a la carga neta, esto es, a la resultante de la suma algebraica de sus cargas elementales (protones y electrones).

La masa del electrón es me = 9,11 x10-31Kg y las masas del protón y neutrón son aproximadamente iguales, mp  mn = 1,67 x10-27 Kg.

10.2 CUANTIZACIÓN DE LA CARGA:

Experimentalmente (experimento de Millikan de la gota de aceite) se ha demostrado que la carga se presenta en múltiplos de una cantidad fundamental “e” (la carga del electrón), así:
Q = ±Ne
Donde: N = 1, 2, 3, .......
Esto se conoce como“cuantización de la carga”.

10.3 LEY DE COULOMB:

Esta Ley describe la interacción eléctrica entre dos partículas cargadas bajo las siguientes condiciones:
a) Las partículas se encuentran en equilibrio.
b) Las cargas pueden considerarse “puntuales”, esto es, sus dimensiones geométricas son muy pequeñas comparadas con la distancia de separación entre ellas.
c) Las cargas se encuentran en el vacío.La Ley de Coulomb establece que:
“La fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas es proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas y su dirección es según la recta que las une”.
Expresada matemáticamente:

(10.1)

Donde, Ko = 9x 10 9 Nm2C-2, es la constante de proporcionalidad eléctrica en el vacío.
La constante de proporcionalidad, Ko, puede expresarse en función de otra constante denominada permitividad del vacío, o, así:
Ko = 1/4o
Donde, o= 8,85 x 10-19
En cualquier otro medio, la permitividad, , puede determinarse en términos de la permitividad del vacío empleando la permitividad relativa del medio, k,llamada también constante dieléctrica:  = k 0

En las Figs. 10.2 se representa éstas fuerzas, las cuales son atractivas para el caso en que las cargas son de signo contrario, (Fig.10.2a) y repulsivas, para el caso en que las cargas son del mismo signo (Fig.10.2b).



Fig. 10.2 aFig. 10.2 b

10.4 CAMPO ELÉCTRICO E INTENSIDAD DE CAMPO
ELECTRICO:

La región del espacio en donde una carga eléctrica experimenta una fuerza descrita por la ley de Coulomb se denomina campo eléctrico. Este campo eléctrico es generado por la presencia de otras partículas o cuerpos cargados en la región. Definimos el vector intensidad del campo eléctrico, E, comola fuerza por unidad de carga, “q”, colocada en ese punto, esto es:

E = F / q (10.2)

De donde:

F = q E (10.3)
Note que, los vectores F y E tienen igual dirección...