HRK_28_22844
Páginas: 8 (1862 palabras)
Publicado: 11 de noviembre de 2015
Capítulo 28
28 El campo eléctrico
El 25 de agosto de 1989, doce años después de su lanzamiento, la nave espacial Voyager
2 pasó cerca del planeta Neptuno, a una distancia de 4.4 ×109 km. de la Tierra. Entre otros descubriminetos, el Voyager reportó la observación de seis lunas previamente
desconocidas de Neptuno y un ssitema de anillos.
La clave para entender este tipo de comunicación está en elcampo electromagnético.
Los electrones que se mueven en los circuitos eléctricos del Voyager establecen un campo
eléctrico y las variaciones de su movimiento causan perturbaciones en el campo para
viajar a la velocidad de la luz. Más de 4 horas más tarde, los electrones en los cricuitos
de la Tierra detectan estos cambios en el campo y se mueven en concordancia con estas.
28.1.
Los campos
Enla matemática se estudia a los campos escalares y a los campos vectoriales. Las distribuciones de temperatura o presión en un recinto son ejemplos de campos escalares que
asocian un valor numérico a cada punto en el espacio, en tanto que una distribución de
velocidades en un fluído y la aceleración gravitacional son ejemplos campos vectoriales
que asocian un vectro a cada punto en el espacio.Cuando se estudió al campo gravitacional g, se definió como la fuerza gravitacional
F por unidad de masa de prueba m 0 , o
Halliday, Resnick, Krane
1
Fisica II
Capítulo 28
F
.
(28.1)
m0
Este es un campo vectorial y es, generalmente, estático cunado la distribución de masas
del cuerpo gravitacional permanece constante. Cerca de la superficie de la Tierra, y en
puntos cercanos entre sí, el campo esuniforme, lo que significa que g tiene la misma
magnitud y dirección en los puntos vecinos.
En el caso gravitacional se tiene que una masa interactúa directamente con otra
g=
masa
masa
pero más propiamente la interacción se puede expresar como
masa
campo
masa
.
28.2.
El campo eléctrico E
Haciendo una analogía con la fuerza gravitacional, la fuerza de Coulomb entre las
cargas invita arepresentar la interacción entre cargas como
carga
Halliday, Resnick, Krane
carga
2
Fisica II
Capítulo 28
.
Y si de nuevo se tiene a un intermediario, entonces
carga
campo
carga
. Esto es, la primera carga establece un campo eléctrico y la segunda interactúa con
dicho campo. Así, el problema de determinar la interacción entre las cargas se reduce
a: (1) determinar, mediante mediciones ocálculos, el campo eléctrico establecido por la
primera carga en cada punto del espacio y (2) calcular la fuerza que el cmapo ejerce
sobre la segnuda carga puesta en un punto particular del espacio.
Así, por analogía con el caso gravitacional, y usando una carga de prueba positiva
q 0 en un punto partivcular, se tiene
E=
F
.
q0
(28.2)
La dirección de E es la misma que la de F ya que q 0 > 0. En el SIla unidad de
medida es (N/C).
La figura 28.1 ilustra el campo eléctrico que actúa como intermediario en la interacción entre dos cargas. En la figura 1a, la carga q 1 establece un campo eléctrico en el
espacio que la rodea. El campo actúa sobre la carga q 2 , que resulta en la fuerza F2 . La
figura 1b muestra la situación simétrica.
Halliday, Resnick, Krane
3
Fisica II
Capítulo 28
Figura28.1
Estrictamente lo correcto es considerar
E = l´ım
q 0 →0
F
.
q0
(28.3)
Ejercicio 1. Se coloca a un protón dentro de un campo eléctrico uniforme E. ¿Cuál debe
ser la magnitud y dirección de la fuerza electrostática que actúe sobre el protón para
balancear justo su peso?
Solución. De la ecuación (28.2), reemplazando q 0 por e y F por mg, se tiene
Halliday, Resnick, Krane
4
Fisica II
Capítulo28
E=
F
mg (1.67 × 10−27 kg)(9.8 m/s2 )
=
=
= 1.0 × 10−7 N/C
q0
e
1.60 × 10−19 C
que apunta verticalmente hacia arriba.
28.3.
El campo eléctrico debido a cargas puntuales
Sea q 0 una carga de prueba positiva colocada a una distancia r de una carga puntual q.
La magnitud de la fuerza que experimenta q 0 debida a la presencia de q es
F=
Figura 28.2
0
qq 0
.
r2
La magnitud del campo...
28 El campo eléctrico
El 25 de agosto de 1989, doce años después de su lanzamiento, la nave espacial Voyager
2 pasó cerca del planeta Neptuno, a una distancia de 4.4 ×109 km. de la Tierra. Entre otros descubriminetos, el Voyager reportó la observación de seis lunas previamente
desconocidas de Neptuno y un ssitema de anillos.
La clave para entender este tipo de comunicación está en elcampo electromagnético.
Los electrones que se mueven en los circuitos eléctricos del Voyager establecen un campo
eléctrico y las variaciones de su movimiento causan perturbaciones en el campo para
viajar a la velocidad de la luz. Más de 4 horas más tarde, los electrones en los cricuitos
de la Tierra detectan estos cambios en el campo y se mueven en concordancia con estas.
28.1.
Los campos
Enla matemática se estudia a los campos escalares y a los campos vectoriales. Las distribuciones de temperatura o presión en un recinto son ejemplos de campos escalares que
asocian un valor numérico a cada punto en el espacio, en tanto que una distribución de
velocidades en un fluído y la aceleración gravitacional son ejemplos campos vectoriales
que asocian un vectro a cada punto en el espacio.Cuando se estudió al campo gravitacional g, se definió como la fuerza gravitacional
F por unidad de masa de prueba m 0 , o
Halliday, Resnick, Krane
1
Fisica II
Capítulo 28
F
.
(28.1)
m0
Este es un campo vectorial y es, generalmente, estático cunado la distribución de masas
del cuerpo gravitacional permanece constante. Cerca de la superficie de la Tierra, y en
puntos cercanos entre sí, el campo esuniforme, lo que significa que g tiene la misma
magnitud y dirección en los puntos vecinos.
En el caso gravitacional se tiene que una masa interactúa directamente con otra
g=
masa
masa
pero más propiamente la interacción se puede expresar como
masa
campo
masa
.
28.2.
El campo eléctrico E
Haciendo una analogía con la fuerza gravitacional, la fuerza de Coulomb entre las
cargas invita arepresentar la interacción entre cargas como
carga
Halliday, Resnick, Krane
carga
2
Fisica II
Capítulo 28
.
Y si de nuevo se tiene a un intermediario, entonces
carga
campo
carga
. Esto es, la primera carga establece un campo eléctrico y la segunda interactúa con
dicho campo. Así, el problema de determinar la interacción entre las cargas se reduce
a: (1) determinar, mediante mediciones ocálculos, el campo eléctrico establecido por la
primera carga en cada punto del espacio y (2) calcular la fuerza que el cmapo ejerce
sobre la segnuda carga puesta en un punto particular del espacio.
Así, por analogía con el caso gravitacional, y usando una carga de prueba positiva
q 0 en un punto partivcular, se tiene
E=
F
.
q0
(28.2)
La dirección de E es la misma que la de F ya que q 0 > 0. En el SIla unidad de
medida es (N/C).
La figura 28.1 ilustra el campo eléctrico que actúa como intermediario en la interacción entre dos cargas. En la figura 1a, la carga q 1 establece un campo eléctrico en el
espacio que la rodea. El campo actúa sobre la carga q 2 , que resulta en la fuerza F2 . La
figura 1b muestra la situación simétrica.
Halliday, Resnick, Krane
3
Fisica II
Capítulo 28
Figura28.1
Estrictamente lo correcto es considerar
E = l´ım
q 0 →0
F
.
q0
(28.3)
Ejercicio 1. Se coloca a un protón dentro de un campo eléctrico uniforme E. ¿Cuál debe
ser la magnitud y dirección de la fuerza electrostática que actúe sobre el protón para
balancear justo su peso?
Solución. De la ecuación (28.2), reemplazando q 0 por e y F por mg, se tiene
Halliday, Resnick, Krane
4
Fisica II
Capítulo28
E=
F
mg (1.67 × 10−27 kg)(9.8 m/s2 )
=
=
= 1.0 × 10−7 N/C
q0
e
1.60 × 10−19 C
que apunta verticalmente hacia arriba.
28.3.
El campo eléctrico debido a cargas puntuales
Sea q 0 una carga de prueba positiva colocada a una distancia r de una carga puntual q.
La magnitud de la fuerza que experimenta q 0 debida a la presencia de q es
F=
Figura 28.2
0
qq 0
.
r2
La magnitud del campo...
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