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ELECTROESTÁTICA

Paola Herrera Figueira Física Quinto año Englisch

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ELECTROESTÁTICA

CAMPO ELÉCTRICO
- MOVIMIENTO DE UNA PARTÍCULA DENTRO DE UN "E"
  - Una partícula cargada que está en una región donde hay un campo eléctrico, experimenta una fuerza igual al producto de su carga por la intensidad del campo eléctrico.
    - es decir...
      - Fe = q. E
        Si la carga es "+"
        Experimenta una fuerza que irá en el sentido del "E"
        Si la carga es "-"
        Experimenta una fuerza que irá en el sentido contrario a "E"
        la "Fe" producirá sobre la "q"una aceleración
        a = (q.E ) / m
        que será "+" cuando la carga suba
        que será "-" cuando la carga baje
    - Para generar un "E" uniforme
      - cargar dos placas conductoras
        de la misma superficie
        con la misma cantidad de carga
        siendo una "+" y otra "-"
    - El movimiento de la partícula puede ser
      - Lanzamiento horizontal
      - Caida Libre
      - Subida Libre
      - Lanzamiento de proyectiles
    - fórmulas
      - Dependiendo del tipo de movimiento involucrado, se usarán las fórmulas correspondientes cambiando "g" por "a"
- CAMPO ELÉCTRICO
  - Es un sector espacial que ha sido modificado por la carga eléctrica que, al ser introducida en el mismo, genera una determinada respuesta o reacción.El campo eléctrico se expresa en líneas imaginarias que llamamos vectores.
    - UNIDADES
      - La unidad elemental del campo eléctrico es en el Sistema Internacional (SI) es Newton por Culombio (N/C).
      - También se expresa mediante la unidad de voltio por metro (V/m).
      - Por último, se puede representar en unidades básicas como kg·m·s−3·A−1 y la ecuación dimensional es MLT-3I-1.
    - LÍNEAS DEL CAMPO ELÉCTRICO
      - Se refiere al trazado de líneas imaginarias cuya función es representar el campo eléctrico mediante la expresión de su intensidad y orientación.
        PROPIEDADES
        El número de líneas de fuerza que atraviesan una superficie se dibujan proporcional al valor del campo
        Las líneas de fuerza se dibujan saliendo de las cargas positivas y llegando a las negativas
        El valor del campo eléctrico es tangente a la línea de fuerza en el punto que se considere
        Por un punto de un campo eléctrico pasa una y sólo una línea de fuerza
    - INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO
      - Es el grado de fuerza que se ejerce sobre la unidad de carga positiva en un determinado punto.
        La fórmula para calcular la intensidad del campo eléctrico es la siguiente:
        Las letras representan los siguientes conceptos:
        E: campo eléctrico.
        F: fuerza eléctrica.
        q: carga eléctrica.
FLUJO ELÉCTRICO
- Cantidad escalar que expresa una medida del campo eléctrico que atraviesa una determinada superficie
  - Φ = E . d. S
  - Φ = E . ΔA . cos θ
- unidades
  - MKS
    - Nw. m2 ___________ coul
  - CGS
    - Dyn. cm2 ___________ stcoul
- El ángulo que forme la superficie con el vector campo determinará el valor del flujo
  - Si se forma un ángulo de 90°, Φ = 0
  - Si se forma un ángulo agudo, Φ > 0
  - Si se forma un ángulo obtuso, Φ < 0
- LEY DE GAUSS
  - Establece que: "El flujo de ciertos campos a través de una superficie cerrada es proporcional a la magnitud de las fuentes de dicho campo que hay en el interior de la misma superficie "
    - Conclusiones de la Ley de Gauss
      - Si la carga está en el interior de un cuerpo: aplicar la fórmula
        q Φ=_________ Eo
      - Si la carga está en el exterior de un cuerpo: Φ = 0
        ¿ Por qué ?
        La suma de los flujos que penetran al cuerpo es igual y contraria a la suma de los flujos que salen de él
- fórmulas
CAPACIDAD ELÉCTRICA
- Es la propiedad que tienen algunos cuerpos para mantener una carga eléctrica.
  - A diferencia del potencial eléctrico, un conductor (dispositivo que almacena y conduce energía o calor) que se encuentra en equilibrio eléctrico, tiene un exceso de carga repartido por su superficie.
    - El potencial eléctrico en cualquier punto de su interior y de sus superficie es el mismo; y el campo elétrico en su interior es nulo.
      - Como presenta a imagen:
      - A partir de esta realidad, podemos definir una nueva magnitud escalar denominada capacidad eléctrica
    - esto es un conductor:
- Es una magnitud escalar que relaciona la carga almacenada en un conductor y el potencial que adquiere de forma aislada.
  - Fórmula:
    - - Q:es el exceso de carga del conductor. En el S.I. se mide en Coulomb (C).
      - V: es el potencial eléctrico en cualquier punto del conductor. En el S.I. y M.K.S se mide en Voltios (V).
      - C: es la capacidad eléctrica. En el S.I. y M.K.S se mide en Faradios (F).
        El Faradio se define como la capacidad que posee un conductor al que se le suministra la carga de un Coulomb para aumentar su potencial en un Voltio.
        Por ser el faradio una unidad muy grande ,es común que debamos trabajar con submúltiplos como:
- SUPERFICIES EQUPOTENCIALES
  - Se define como los puntos contiguos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial eléctrico.
    - Es decir
      - Si aplicamos esta definición a los conductores, su superficie será equipotencial, debido a que todos ellos tienen el mismo en su exterior.
        Dichas superficies se caracterizan principalmente porque son perpendiculares a las líneas de fuerza en cualquier punto del campo eléctrico.
        Las superficies equipotenciales son esféricas si el campo eléctrico es originado por cargas puntuales y planas en el caso de que sean creadas por conductores planos.
        Carga puntual negativa:
        CAPACIDAD DE UNA ESFERA
        Carga puntual positiva:
        Dos superficies planas:
CONDENSADORES
- Un condensador es un componente electrónico que almacena cargas eléctricas para utilizarlas en un circuito en el momento adecuado.
  - Existen varios tipos de condensadores
    - Condensadores fijos
      - Son componentes pasivos de dos terminales. Se clasifican en función del material dieléctrico y su forma. Pueden ser: de papel, de plástico, cerámico, electrolítico, de mica, de tántalo, de vidrio, de poliéster, Estos son los más utilizados.
    - Condensadores esféricos
      - En los condensadores esféricos, la capacidad es siempre positiva y no depende de la carga, ni del material, sólo del radio y el medio en el cual se encuentra.
        La figura representa dos esferas concéntricas de radio r1 y r2. Si cargamos la esfera interior con una carga +q, la exterior se cargara por influencia con una carga -q.
        Tenemos que:
        Sustituyendo con la ecuación de capacitación eléctrica, obtenemos:
    - Condensadores de placas paralelas
      - Un condensador de placas paralelas es un condensador que posee dos placas metálicas de gran tamaño separadas por un dieléctrico o un no conductor como el vacío.
        ENERGÍA ACUMULADA EN UN CONDENSADOR
        Si tenemos un gráfico V = f(q) el área bajo la curva nos representa el trabajo total necesario para cargar un condensador partiendo del estado descargado.
        Este trabajo es la energía potencial del condensador cargado
        Esta energía se mide generalmente en electrón-voltio, y se define como:
        La energía adquirida por un electrón cuando se encuentra dentro de un campo eléctrico y se mueve de un punto a otro de ese campo a velocidad constante y entre esos puntos existe la diferencia de potencial de un voltio.
        1 eV = 1,6.10-19 joule
        FÓRMULAS
        Sustituimos y nos resulta que:
        Otra fórmula es también:
        Se encuentra representado por el símbolo: | |
        Experimentalmente se puede comprobar que la capacidad de un condensador de placas es directamente proporcional al área de las placas e inversamente proporcional a la distancia entre ellas.
        Con dieléctrico
        C´= K . C
        Si entre las placas se coloca un dieléctrico (sustancia aisladora) su capacidad aumenta en un factor K que depende solamente de la naturaleza del material aislante. A la K se le llama constante dieléctrica.
        Sin dieléctrico
  - - Está representado por un símbolo:
POTENCIAL ELÉCTRICO
- Es el trabajo a realizar por unidad de carga para mover dicha carga dentro de un campo electrostático desde el punto de referencia hasta el punto considerado, ignorando el componente irrotacional del campo eléctrico.
  - ENERGÍA POTENCIAL
    - Es el potencial eléctrico en un punto del espacio de un campo eléctrico que adquiere una unidad de carga positiva situada en dicho punto.
      - Su fórmula es:
        Donde V es el potencial eléctrico en un punto del campo eléctrico. Su unidad en el S.I. es el julio por culombio (J/C) que en honor a Alessandro Volta recibe el nombre de Voltio.
        Ep es la energía potencial eléctrica que adquiere una carga testigo positiva q' al situarla en ese punto.
Concepto
- Es la rama del electromagnetismo que se encarga de los fenómenos relacionados con las cargas en reposo.
  - ESTADOS ELÉCTRICOS
    - -Estado eléctrico negativo si el número de electrones es mayor que el número de protones
    - -Estado eléctrico positivo si el número de electrones es menor que el número de protones
    - -Un cuerpo es eléctricamente neutro si el número de electrones es igual al número de protones
  - CARGA DE LOS CUERPOS
    - ELECTRICIDAD POR FROTAMIENTO
      - Determinados objetos pueden cargarse eléctricamente tras ser frotados el uno contra el otro, ya que este contacto despoja de los electrones externos a uno y los transfiere al otro. Un objeto queda, entonces, cargado electronegativamente, mientras que el otro queda cargado electropositivamente.
    - ELECTRICIDAD POR CONTACTO
      - Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, la carga eléctrica se distribuye entre los dos y, de esta manera, los dos cuerpos quedan cargados con el mismo tipo de carga.
    - ELECTRICIDAD POR INDUCCIÓN
      - Cuando un objeto cargado se acerca a otro punto neutro, la redistribución de la carga se produce debido a la fuerza repulsiva generada por la carga del material cargado, por lo que hay carga o carga inductiva.
  - LEY DE COULOMB
    - La fuerza de atracción o de repulsión de dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que la separan
      - FUERZA ELÉCTRICA
        Es la fuerza atractiva o repulsiva entre dos objetos cargados. La fuerza eléctrica con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las mismas, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y actúa en la dirección de la recta que las une.
Ejemplos de aplicación
- Campo eléctrico
  - Pasar por delante de una Tv y que se erice la piel
- Flujo eléctrico y Ley de Gauss
  - Demostración de que no existe campo eléctrico dentro de una jaula de Faraday.
- Potencial eléctrico
  - Iluminación de viviendas y alumbrado público.
- Condensadores
  - el mecanismo de iluminación "Flash" de las cámaras fotográficas posee un condensador que almacena la energía necesaria proporcionar un destello parasúbito de luz.
- Ley de coulomb
  - Fuerza de atracción que se produce entre imanes