FUNDAMENTOS ELECTRICIDAD
Y MAGNETISMO
Profesor
Hector Castro
Oficina: Edif. 404, sala 353 ext. 13056
email: [email protected]
Pag. web Docente: http://www.docentes.unal.edu.co/hfcastros/
2. CAMPO ELECTRICO I
Profesor
Hector Castro
Oficina: Edif. 404, sala 353 ext. 13056
email: [email protected]
Pag. web Docente: http://www.docentes.unal.edu.co/hfcastros/
INDICE
1. Carga Elctrica
2. Conductores y Aislantes
3. Carga por Induccin
4. Ley de Coulomb
5. Campo Elctrico
6. Lneas de campo elctrico
7. Movimiento de Cargas
8. Dipolo Elctrico
1. CARGA ELECTRICA
1. CARGA ESTATICA POR FRICCION:
BARRA DE PLASTICO CON PIEL
CARGA POSITIVA
2. REPULSION DE CARGAS
DE IGUAL SIGNO
OBSERVACIONES EXPERIMENTALES
1. CARGA ESTATICA POR FRICCION:
BARRA DE VIDRIO CON SEDA
CARGA NEGATIVA
2. ATRACCION DE CARGAS
DE SIGNO CONTRARIO
OBSERVACIONES EXPERIMENTALES
ESTUDIOS DE BENJAMIN FRANKLIN
1706-1790
ELECTROMETRO
MEDICION CUALITATIVA DE LA CARGA ELECTRICA
OBSERVACIONES EXPERIMENTALES
PROPIEDADES DE LA CARGA ELCTRICA
Peine que atrae pedazos de papel
Vidrio frotado con seda
Caucho frotado con piel
Globo inflado frotado con lana
Tipos de Cargas: Positivas y Negativas
Cargas iguales se repelen
Cargas diferentes se atraen
En el SI se expresan en Coulomb [C]
LOS ATOMOS DE UN MATERIAL:
- GANAN ELECTRONES CARGA NEGATIVA
- PIERDEN ELECTRONES CARGA POSITIVA
Dependiendo de su electronegatividad o electroafinidad.
CARGA ESTATICA POR FRICCION
TRANSFERENCIA DE CARGA DE UN
MATERIAL AL OTRO
1
2
CARACTERISTICAS DE LA CARGA
ELCTRICA
- Valor discreto (cuantizado):
- Se conserva: se transfiere pero no desaparece
- Los cuerpos normalmente son neutros:
igual cantidad de carga positiva y negativa
- Toda carga se expresa en unidades enteras de e:
Coulombs
Culombios C10602.1 19e
C NeQ
Unidad elemental de carga
= Carga del electrn
J. Thompson 1897,
R. Millikan, 1909
N es un entero
EJEMPLO
PREGUNTAS
ANALIZE Y TRATE DE EXPLICAR LAS SIGUIENTES SITUACIONES EN LAS
QUE APARECE CARGA ESTATICA :
1. GENERACION DE RAYOS ENTRE LAS NUBES Y LA TIERRA
2. DESCARGA AL BAJAR DE UN VEHICULO DESPUES DE UN VIAJE
3. DESCARGA O CHSIPA ENTRE DOS PERSONAS AL SALUDARSE
2. CONDUCTORES Y AISLANTES
ESTRUCTURA CRISTALINA
AISLANTE ELECTRONES LOCALIZADOS
METALNUBE ELECTRONICA DESLOCALIZADA
ESTRUCTURA DE BANDAS
1622 3,2,2,1)( spssNaSodio
Bandas permitidas
Bandas prohibidas
La banda 3s est semi llena (1 electrn)
La banda 3p est vaca
CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES
- Aislantes
- Semiconductores
- Metales
Depende solamente del estado de llenado
de la ltima o las dos ltimas bandas
AISLANTE
- ULTIMA BANDA LLENA
- BRECHA DE ENERGIA GRANDE
NO HAY POSICIONES DISPONIBLES
PARA MOVILIZAR LOS ELECTRONES
SEMICONDUCTOR
Huecos y/o electrones
Valencia
Conduccin
- ULTIMA BANDA CASI LLENA
- BRECHA DE ENERGIA MODERADA
HAY ALGUNAS POSICIONES DISPONIBLES
PARA MOBILIZAR LOS ELECTRONES
METAL
Conduccin
Valencia
- ULTIMA BANDA POCO POBLADA
- BRECHA DE ENERGIA NULA
HAY MUCHAS POSICIONES
DISPONIBLES
PARA MOBILIZAR LOS ELECTRONES
3. CARGA POR INDUCCION
DOS METODOS
CARGA POR INDUCCION
1. SEPARACION DE CARGAS EN LAS DOS ESFERAS METALICAS, INDUCIDA
POR LA BARRA CARGADA POSITIVAMENTE
CONJUNTO NEUTRO
CARGA POR INDUCCION
2. SEPARACION DE LAS ESFERAS, QUEDANDO CARGADAS
CON CARGA DESPLAZADA
CARGA POR INDUCCION
3. SE RETIRA LA BARRA QUEDANDO CARGAS LAS ESFERAS
CON CARGA DISTRIBUIDA HOMOGENEAMENTE
CARGA POR INDUCCION
1. SEPARACION DE CARGAS EN LA ESFERA, INDUCIDA POR LA
BARRA CARGADA
CARGA POR INDUCCION
2. CONEXIN A TIERRA DE LA ESFERA Y TRANSFERENCIA DEL
EXCESO LOCAL DE ELECTRONES LA ESFERA QUEDA CARGADA
CARGA POR INDUCCION
3. DESCONEXIN DE TIERRA DE LA ESFERA LA ESFERA
QUEDA CARGADA CON CARGA DESPLAZADA
CARGA POR INDUCCION
4. SE RETIRA LA BARRA QUEDANDO LA ESFERA CARGADA CON
CARGA DISTRIBUIDA HOMOGENEAMENTE
LA TIERRA ELECTRICA
LA TIERRA, ELECTRICAMENTE, SE ENTIENDE COMO UN CONDUCTOR QUE
PUEDE RECIBIR O SUMINISTRAR CANTIDADES ILIMITADAS DE ELECTRONES
LA TIERRA ELECTRICA
EL PARARRAYOS
4. LEY DE COULOMB
FUERZA EJERCIDA ENTRE
DOS CARGAS ELECTRICAS
CHARLES COULOMB 1736 1806
METODO DE BALANZA DE TORSION
BALANZA DE TORSION
A: CARGA MOVIL
B: CARGA FIJA
ANGULO DE GIRO
PROPORCIONAL A LA
FUERZA ELECTRICA
ENTRE CARGAS
LEY DE COULOMB
k Constante de Coulomb
eo Permitividad del vacio
LEY DE COULOMB
VECTORES POSICION Y DISTANCIA
2,1F
EJEMPLO 18.2
EJEMPLO 18.4
EJEMPLO 18.4
EJEMPLO 18.4
EJEMPLO 18.5
EJEMPLO 18.5
EJEMPLO 18.5
EJEMPLO 18.5
5. CAMPO ELECTRICO
DEFINICION
CARGA DE PRUEBA q0
Totaliza el efecto de todas las
cargas existentes sobre una
carga de prueba en algn
lugar del espacio
UNIDADES DEL CAMPO E:
ALGUNOS CAMPOS EN LA NATURALEZA
FUERZA SOBRE UNA CARGA PUNTUAL
CAMPO DE UNA CARGA PUNTUAL
LEY DE COULOMB
CAMPO DE UNA DISTRIBUCION DE CARGAS
PUNTUALES
EJEMPLO 18.7
EJEMPLO 18.7
EJEMPLO 18.7
EJEMPLO 18.7
CAMPO ELECTRICO EN FUNCION DE LA POSICION X
EJEMPLO 18.8
EJEMPLO 18.8
EJEMPLO 18.8
EJEMPLO 18.9DIPOLO ELECTRICO
EJEMPLO 18.9DIPOLO ELECTRICO
EJEMPLO 18.9DIPOLO ELECTRICO
DIPOLO ELECTRICO
6. LINEAS DE CAMPO ELECTRICO
PARA UNA CARGA PUNTUAL
INDICAN LA DIRECCION DEL CAMPO ELECTRICO Y DE LA FUERZA
SOBRE UNA CARGA DE PRUEBA LINEAS DE FUERZA
RADIALES SALIENDO (+) O ENTRANDO (-) PARA CARGA PUNTUAL
DOS CARGAS PUNTUALES IGUALES
DOS CARGAS PUNTUALES IGUALES
DIPOLO
DIPOLO
REGLAS PARA DIBUJAR LINEAS DE CAMPO
DOS CARGAS PUNTUALES DISTINTAS
DOS CARGAS PUNTUALES DISTINTAS
DOS CARGAS PUNTUALES DISTINTAS
7. MOVIMIENTO DE CARGAS
PUNTUALES EN CAMPOS
ELECTRICOS
HAZ DE ELECTRONES EN UNA PANTALLA DE TELEVISION
UN CAMPO ELECTRICO VARIABLE PERMITE DESVIAR EL HAZ DE
ELECTRONES PARA BARRER EL AREA DE LA PANTALLA
FUERZA Y ACELERACION DE LA CARGA
FUERZA: LEY DE COULOMB
ACELERACION: 2 LEY DE NEWTON
EJEMPLO 18.10
EJEMPLO 18.10
EJEMPLO
EJEMPLO 18.11
EJEMPLO 18.11
APLICACIN EN IMPRESORA
8. DIPOLOS ELECTRICOS EN
CAMPOS ELECTRICOS
DIPOLOS ELECTRICOS INDUCIDOS POR CAMPOS ELECTRICOS
- DIPOLOS PERMANENTES
- DIPOLOS INDUCIDOS
DIPOLOS SE ORIENTAN EN CAMPOS ELECTRICOS
SE GENERA TORQUE ORIENTADOR
ENERGIA POTENCIAL ELECTRICA ASOCIADA
TORQUE SOBRE UN DIPOLO Y ENERGIA POTENCIAL