fisica

Electrostática

1

Estructura de la materia

Partícula

Carga

Electrón

- 1,6x10-19C

Protón
Neutrón

1,6x10-19C

Masa
9,11x10-31Kg
1,673x10-27Kg
1,675x10-27Kg

2

3

1

Clasificación de los materiales:
 Conductores
 Aislantes
 Semiconductores
 Superconductores

4

Ley de Coulomb

F

q1


ur



q2

r


F


q q 
F  k 1 2 2 urr
e- = 1,6·10-19 C

q en culombios: C

k

k = 9·109 N·m2/C2
0: permitividad del vacío

1
40

0 = 8,85·10-12 C2/N·m2
5

Determinación del vector unitario

ˆ
 ur
r1
y
.


r


 
r
r  r1
ˆ
u r    2 
r
r2  r1

 ur
ˆ
r2


r

es el vector unitario a lo largo del
vector
que resulta de la

diferencia entre r y
2


r1

6

2Principio de superposición
q3

r3

r1

q1









F2

r2

q2



F1

q


F



F3
n
 n 
1 q  qi 
F   Fi  
ur
2
i
i 4 0 ri

i

7

Ejemplos
1. En un día seco, debido a la electricidad “estática”, un trozo de
tela tiene una carga neta de -0.50C. Cuantas cargas en
exceso tiene?
2. Una moneda de cobre (número atómico 29 y masa atómica63,5g/mol) tiene una masa de 3g. Cual es el número total de
electrones en la moneda de cobre?
3. Dos cargas puntuales de 2,0μC y 8,0μC están separadas
30cm. Calcular la fuerza ejercida por cada carga sobre la otra.
4. Tres cargas puntuales se encuentran en el eje x. q1 = 25nC
está en el origen, q2 = -10nC en x=2m y q0 = 20nC en x=3,5m.
Determinar la fuerza neta sobre q0.
8

Campo eléctrico

 F
E  lim 
q0  0 q
 0






Campo creado por una carga puntual:

Q


r


u

P


E


E

r

1 Q
ur
4 0 r 2

Campo creado por un conjunto de cargas puntuales
(Principio de Superposición):
q3
r3

E2

r1

q1
q2



1 qi 
E   Ei  
u ri
2
i 4 0 ri

E1
r2

E3

E

9

3

Algunos campos eléctricos en lanaturaleza
E (N/C)
En los cables domésticos

10-2

En las ondas de radio

10-1

En la atmósfera

102

En la luz solar

103

Bajo una nube tormentosa

104

En la descarga de un relámpago

104

En un tubo de rayos X

106

En el electrón de un átomo de hidrógeno 6·1011
En la superficie de un núcleo de uranio

2·1021
10

Campos creados por distribuciones continuasDistribución lineal de carga

dL



E   dE i





dE





P

r

ur


1 dq 
1 dL 
E
ur  
ur
4 0 r 2
4 0 r 2
L
L

dq
dL
: densidad lineal de carga


11

Distribución superficial de carga
: densidad superficial de carga  



r

r

+

E



 +
dS u
+

dq
dS

P



dE

+

S
1 dq 
1 dS 
 40 r 2 ur S 40 r2 ur

S
12

4

Distribución volumétrica de carga
: densidad volumétrica de carga  

dq
dV





dE



ur



P

r

dV

E

1 dV 
u
r2 r

1 dq 

 40 r 2 ur  V 40


V

13

Campo creado por una línea infinita de carga



E   dE cos  j 
x  y tan 
P


E  k

90



 90

y



k



dx dx
r

2


cos  j

y
d
cos 2 

y

cos 2  cos  d 
j
y2
cos 2 

 k  90
k 
E
j cos d  2
j
y
y 
90


x


E


y
2 014


j

Líneas de campo eléctrico

15

5

Dipolo eléctrico


+q

p

-q


L
H



p  qL

H



p

O

16

Dipolo eléctrico
• Un dipolo eléctrico es un sistema
de dos cargas Q iguales yopuestas
separadas una pequeña distancia L.

L

• Su momento dipolar eléctrico p es
un vector que apunta de la carga
negativa a la positiva con magnitud
dada por: p = QL.

-q

+
q

• Si L es el vector desplazamiento de la
carga positiva desde la carga
negativa, el momento dipolar p es:



pqL

17

Dipolos eléctricos en Campos Eléctricos

 
F1  F2  0

  p E...