PROBLEMAS DE ELECTROSTATICA Y CORRIENTE ELECTRICA

INTRODUCCIÓN
La Electricidad engloba una categoría de fenómenos físicos originados por la existencia de
cargas eléctricas y por la interacción de las mismas. Cuando una carga eléctrica se encuentra
estacionaria, o estática, produce fuerzas eléctricas sobre las otras cargas situadas en su misma
región del espacio; cuando está en movimiento produce, además, efectos magnéticos.
Los efectoseléctricos y magnéticos dependen de la posición y movimiento relativos de las
partículas con carga. En lo que respecta a los efectos eléctricos, estas partículas pueden ser
neutras, positivas o negativas. La electricidad se ocupa de las partículas cargadas positivamente,
como los protones, que se repelen mutuamente, y de las partículas cargadas negativamente,
como los electrones, que también se repelenmutuamente; la rama de la físicaque estudia las
cargas eléctricas estacionarias se llama Electrostática, el cual es el tema central del presente
módulo.
En este material instruccional, se introducirá primero un discernimiento sobre la naturaleza de
la electricidad, conocimiento que permitirá abordar la Leyde Coulomb, Campo Eléctrico y
Potencial Eléctrico en distribuciones discretas de cargas y cuerposuniformemente cargados. La
Ley de Gauss es presentada como una herramienta útil al momento de cuantificar el campo
eléctricoen objetos con formas geométricas definidas. Por otro lado, se expondrá lo referente a
las superficies equipotenciales desde el punto de vista eléctrico. Con los conceptos
anteriormente esbozados, se emprenderá la discusión en torno a los
condensadoreselectrostáticos, dandoespecial énfasis a la manera como pueden establecerse
arreglos del tipo serie – paralelo. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas que
han formado parte de las evaluaciones de cohortes precedentes.
OBJETIVO GENERAL
Al término de éste módulo, el estudiante tendrá la habilidad y pericia necesaria para aplicar los
conceptos básicos de electrostática a problemas prácticos de laingeniería.
CONTENIDOS
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Cargas fundamentales de la materia.
Ley de Coulomb.
Campo eléctrico.
Ley de Gauss.
Potencial eléctrico.
Superficies equipotenciales.
Rigidez dieléctrica.
Condensadores electrostáticos.
Energía almacenada por un condensador electrostático.
Disposiciones de condensadores electrostáticos.

CONOCIMIENTOS PREVIOS
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Álgebra vectorial: sumade vectores.
Cinemática bidemensional: ecuaciones de movimiento.
Dinámica bidimensional: segunda ley de Newton.
Cálculo integral: aplicaciones de integrales definidas con condiciones iniciales.
Cálculo diferencial: gradiente de una función.

DESARROLLO TEÓRICO
1.1 Naturaleza de la electricidad
La materia esta constituida por átomos, los cuales se conforman de protones, neutrones y
electrones. Elelectrón es el componente del átomo que lleva carga eléctrica negativa
neutralizada por la carga eléctrica positiva del núcleo o protón. El protón es una partícula

nuclear con carga positiva igual en magnitud a la carga negativa del electrón; junto con el
neutrón, está presente en todos los núcleos atómicos. Al protón y al neutrón se les denomina
también nucleones.
El neutrón es una partículasin carga que constituye una de las partículas fundamentales que
componen la materia. La masa de un neutrón es de 1,675 × 10-27 kg, aproximadamente un
0,125% mayor que la del protón. La existencia del neutrón fue profetizada en 1920 por el físico
británico Ernest Rutherford y por científicos australianos y estadounidenses, pero la verificación
experimental de su existencia resultó difícil debido aque la carga eléctrica del neutrón es nula y
la mayoría de los detectores de partículas sólo registran las partículas cargadas.
1.2 Ley de Coulomb
La ley de que la fuerzaentre cargas eléctricas es inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia entre las cargas fue demostrada experimentalmente por el químico británico Joseph
Priestley alrededor de 1766. Priestley también demostró que una...