Fisica

Electrostática
Campo electrostático y potencial

1. Carga eléctrica
Electrostática = estudio de las cargas eléctricas en reposo ++ +-repulsión atracción

Unidad de carga = el electrón
e= 1.602177x 10-19 C

1.1 Constituyentes de la materia
Partícula electrón protón neutrón Masa (kg) 9.1x 10-31 1.67x 10-27 1.67x 10-27 Carga (C) -1.6x 10-19 +1.6x 10-19 0
ELECTRÓN

Z = númeroelectrones = Elemento número protones A = número protones + Isótopo neutrones Un átomo tiene el mismo número de electrones que de protones es neutro ; Q = Z ⋅ qp − Z ⋅ qe = 0 Ión positivo : le faltan electrones
+++ +

-

Q = + ne ⋅ qe

-

Ión negativo: tiene electrones añadidos Q = − ne ⋅ qe

1.2 Conservación de la carga
La carga ni se crea ni se destruye tranfiere
Entre átomos Entremoléculas Entre cuerpos

se

La suma de todas las cargas de un sistema cerrado es constante

1.3 Carga por inducción
Bola cargada negativa Bola y varilla se repelen Igual carga Varilla de plástico lana

Bola neutra

Electroscopio. Al acercar una bolita cargada las láminas adquieren carga y se separan.

2. Conductores y aislantes
Aislantes : materiales en los que la carga eléctrica no sepuede mover libremente.
Madera, plástico, roca …

Conductores: los electrones tienen libertad de movimiento.
Metales, ..

Semiconductores: se pueden comportar como conductores o como aislantes.

3.1 Ley de Coulomb. Fenomenología
La fuerza entre cargas puntuales está dirigida a lo largo de la línea que las une. La fuerza varía inversamente proporcional con el cuadrado de la distancia que lossepara y es proporcional al producto de las cargas. La fuerza es repulsiva si las cargas son del mismo signo y atractiva si son de signo diferente.
F12 r1 q2 r2 q1

F21

r12

F12 + F21 = 0 r1 - r2 = r12

3.2 Ley de Coulomb. Fórmula
Fuerza ejercida por q1 sobre q2
F12 r1 q2 r2 q1

k constante de k = 8.99×109 Nm2 C2 Coulomb ε0 Permitividad del vacío ε0 = 8.85×10−12 C2 Nm2
k= 1 4πε0r q1q2 ˆ F12 = k 2 r12 r12

F21

r12

F12 + F21 = 0 r1 - r2 = r12

3.3 Ley de Coulomb. Sistema de cargas
Principio de superposición de fuerzas: La fuerza neta ejercida sobre una carga es la suma vectorial de las fuerzas individuales ejercidas sobre dicha carga por cada una de las cargas del sistema. Cargas discretas Distribución continua de carga

r r qi q0 r FTotal = ∑ Fi = ∑k 3 riri i i

r r q0 r FTotal = ∫ dF = ∫ k 3 r dq r

La fuerza eléctrica supone una acción a distancia. Ejemplo: carga A y carga B

4. Campo eléctrico

La carga A causa una modificación de las propiedades del espacio en torno a ella. La carga (prueba) B percibe esta modificación y experimenta una fuerza r qq r r

FAB = k

A B

rB − rA

3

(rB − rA )

Consideremos que B puede estaren cualquier punto y tener cualquier valor r

FA = q k

qA

r − rA

r r (r − rA ) 3

La fuerza eléctrica sobre un cuerpo cargado es ejercida por el campo eléctrico creado por otros r r cuerpos cargados F = qE
A A

La fuerza es ejercida sobre la carga prueba por el campo

4.1 Campo eléctrico cargas puntuales
Carga positiva = fuente Carga negativa = sumidero

+
r qr E(r) = k 3 r rr qr E(r) = − k 3 r r

Radiales Proporcionales a la carga Inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia

4.2 Campo eléctrico. Sistema de cargas
Principio de superposición de campos: El campo neto creado por un sistema de cargas es la suma vectorial de los campos creados por cada una de las cargas del sistema.
Cargas discretas Distribución continua de carga

r r qi r ETotal =∑ Ei = ∑k 3 ri ri i i

r r r r ETotal = ∫ dE = ∫ k 3 dq r

4.3 Campo creado por un dipolo
Dipolo = carga positiva y carga negativa de igual valor (q) situadas a una distancia muy pequeña ( l = 2a ). Campo total = suma de campos
Z r+a r + r-a Y

-

r q r r −q r r E = k r r 3 (r − a) + k r r 3 (r + a) r −a r +a r r Momento dipolar p = ql
Aproximación r>> l
l

-a

a

X +
r k r...