Fuerza elctromagnetica

Tema I. Cargas Eléctricas en Reposo

I.1 CARGA ELÉCTRICA.
I.2 LEY DE COULOMB.
I.3 CAMPO Y POTENCIAL ELÉCTRICOS.
I.4 LÍNEAS DEL CAMPO ELÉCTRICO Y
SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES.
I.5 DIPOLO ELÉCTRICO.
I.6 LEY DE GAUSS.

1

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I.1 CARGA ELÉCTRICA

Al frotar una barra de vidrio sobre
seda se transfieren electrones desde
el vidrio a la seda quedando elvidrio
cargado positivamente y la seda con
igual carga pero negativa. Si se frota
plástico sobre piel los electrones se
transfieren desde la piel al plástico.
En cualquier caso la carga total no
cambia: La carga se conserva.

Una barra de plástico cargada
negativamente y suspendida de un
hilo, es repelida por otra barra de
plástico con carga negativa.

Una barra de plástico
cargadanegativamente es
atraída por una barra de
vidrio con carga positiva.

2

Serie triboeléctrica
+ Extremo positivo de la serie
Amianto
Vidrio
Nailon
Lana
Plomo
Seda
Aluminio
Papel
Algodón
Acero
Caucho (goma dura)
Níquel y cobre
Latón y plata
Goma sintética
Fibra acrílica
Plástico flexible
Polietileno
Teflón
Goma de silicona

- Extremo negativo de la serie

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3

I.1 CARGA ELÉCTRICA

Principio de conservación de la carga
La carga total de un sistema aislado se
conserva

La carga está cuantizada
q = N· e; |e| = 1.6×10-19 C
Electrón  q = - e
Protón  q = +e

Electroscopio

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Charles Augustin
Coulomb

I.2 LEY DE COULOMB

4

La fuerza de interacción entre dos cargaspuntuales, en reposo y
en el vacío

qq
qq 
F12  k 1 2 2 u12
F12  k 1 2 2
Módulo
R 12

R 12

(1736-1806)

Siendo k la constante de Coulomb
2
2
1
9 Nm
9 Nm
k
 8,99 10
 9 10
40
C2
C2

0 es la permitividad del vacío: 0 = 8.8542 × 10-12 C2/(N· m2)

u R 12 =
El vector unitario se define como:


R 12
R 12

La unidad de la fuerza es el Newton, N.
Verifica elprincipio de acción y reacción:


 
R 12  r2  r1



F12 =-F21

Es muy superior a la fuerza gravitacional: Fe/FG = 2.27 × 1039
R12
12

12 R12
u R12 =
R12


R12

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I.2 LEY DE COULOMB

Principio de superposición:
q1 (+)

q2 (+)

q3 (-)
 

qq 
qq 
F3  F13  F23  k 1 2 3 u13  k 2 2 3 u 23
R 13
R 23

 

q1q 3 
 q 2q 3 
F3  F13  F23  k
ux  k
u
x 3  x1 2
x 3  x 2 2 x

En nuestro ejemplo

En general
Sistema con n cargas. La fuerza que ejercen el resto de la cagas sobre la carga qj


Fq j 


Fq i q j 

n

i 1,i  j

n



i 1,i  j

k

qiq j 
u ij
2
R ij


 
R ij  rj  ri


ri  Vector de posición de la carga qi

rj  Vector deposición de la carga qj

5

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I.3 CAMPO Y POTENCIAL ELÉCTRICOS

6

 La fuerza eléctrica es un ejemplo de acción a distancia  Campo Eléctrico
 Una carga crea un campo en todo punto del espacio. Al situar otra carga
(suficientemente pequeña) en un punto, el campo existente en dicho punto
ejercerá una fuerza sobre esta segunda carga.


 F
E
q0 Unidad: [E] = N/C
 Dirección: Coincide con la dirección de la fuerza que
experimenta una carga prueba positiva al colocarse en
el campo.
 Magnitud: Cable doméstico E ~ 10-2 N/C. Relámpago E ~ 104 N/C.
 El campo eléctrico creado por una carga puntual es:

E

q 
1
u
4 0 R 2 R

2
1
9 Nm
k
 9 10
40
C2

 Principio de superposición:
  d


dq 
1

E
R 2 uR dq   dS
4  0

dV



E

1
4πε 0

Punto Fuente
n

qi 
 R 2 u Ri
i 1
i


u Ri


R
 i
Ri

q


r

R

F

E

 q0
r Punto Campo

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I.3 CAMPO Y POTENCIAL ELÉCTRICOS

7

• El campo E es una magnitud vectorial: Su cálculo implica conocer su módulo y su dirección.
• El campo E se calcula en un...