Campo Eléctrico I

Campo Eléctrico I

1. La electricidad abarca la mayor parte de la vida cotidiana de los seres humanos, es necesaria y fundamental para el desarrollo de diversas actividades.

   • Automóviles híbridos
   • Plantas de producción eléctrica
   • Funcionamiento de equipos tecnológicos
   • HISTORIA
     • Los griegos realizaron experimentos de diversos tipos entre ellos frotar el ámbar haciendo que este atraiga objetos pequeños.
       • Vocablo griego: Eléctrico – Elektrón

2. ELECTROSTÁTICA

   • Carga Eléctrica
     • Cualquier objeto tiene una cantidad normal de electricidad y que al estar próximos dos objetos estos dependiendo de su carga pueden repelerse o atraerse.
       • Carga positiva + carga negativa = atraen
       • Carga positiva + carga positiva = repelen
       • Carga negativa + carga negativa = repelen
       • Contacto por rozamiento
         • Transferencia de electrones de la zona superior a la parte inferior
     • Interacciones electromagnéticas entre partículas
   • Cuantización de la carga
     • La carga se presenta en números enteros en base a la unidad fundamental de la carga que es el electrón.
       • Fórmula: Q = ± Ne
         • Q = Carga
         • N = Número entero
         • e = carga del electrón
     • Átomo
       • Protones y neutrones en su núcleo
         • Protones (carga positiva) Neutrones (carga neutra)
       • Electrones en su órbita
         • Carga negativa
   • Conservación de la carga
     • Al frotar dos objetos cada uno queda con cierto déficit o exceso de electrones.
       • Exceso de electrones – Carga negativa
       • Déficit de electrones – Carga positiva
       • Ley de conservación de la carga
         • La suma de las cargas (carga total) no cambia, manteniéndose constante
     • Los electrones pueden crearse y destruirse, sin embargo, en estos procesos lo hacen en cantidades iguales de cargas positivas y negativas, sin alterar la carga total.
       • Unidad de medida Coulomb [C]
         • Forma de representar el e (unidad fundamental de carga eléctrica) e ≈ C = 1,60 x 10^(-19)

3. Conductores y Aislantes

   • Conductores: Materiales donde los electrones pueden distribuirse libremente
     • Metales
   • Aislantes: Los electrones en estos materiales están sujetos a átomos próximos impidiendo su distribución en este mismo.
     • Madera o vidrio
   • Átomo de cobre aislado
     • Ciertos electrones que se encuentras más alejados del núcleo poseen una débil fuerza de ligadura
     • La liberación de electrones se da debido a las interacciones entre un gran número de átomos del mismo cobre que hace que los enlaces sean más débiles
     • Los números de electrones libre depende del átomo (un electrón por átomo)
       • Conductor (carga neta negativa)
         • Exceso de electrones libres
       • Conductor (carga neta positiva)
         • Déficit de electrones libres

4. Carga por inducción

   • Conservación de la carga
     • Cargar un conductor
   • Ejemplo
     • Esferas metálicas con carga neutra que están en presencia de una barra cargada – los electrones pasan de una esfera a otra.
       • Conductor de cargas separadas iguales y opuestas – polarizado
     • Barra cargada positivamente
       • Atrae electrones
         • Esfera más próxima adquiere los electrones
           • Esfera más cercana carga negativa
             • Esfera más lejana carga neta igual, pero positiva
   • Tierra - suministro de carga libre abundante
     • Conductor en contacto con la tierra
       • Transferencia de electrones desde el suelo seguido de la interrupción de la conexión a tierra.

5. LEY DE COULOMB

   • La carga puntual ejerce una fuerza sobre otra a lo largo de las líneas que junta ambas cargas, esta misma fuerza cambia de forma inversa con el cuadrado de la distancia que separa dichas cargas y se considera proporcional al resultado de las mismas.
     • Repulsiva – Cargas del mismo signo
     • Atractiva – Cargas de signos opuestos
     • Ley de Coulomb – Ley de Newton
       • Dependen de la inversa del cuadrado de la distancia
         • La fuerza gravitatoria es pequeña a diferencia de la fuerza eléctrica, pero aún así la gravedad es la fuerza dominante a nivel astronómico en relación a los planetas y demás.

6. Fuerza ejercida por un sistema de cargas

   • Regido por un sistema de cargas
     • La fuerza neta que actúa en las cargas es la suma vectorial de las individuales ejercidas ejercida en dicha carga por las faltantes del sistema
   • Estacionario
     • Existencia de fuerzas no eléctricas sobre las carga
       • Fuerza resultante de todas las cargas participantes = 0

7. Campo eléctrico

   • Vector que define la condición en un determinado espacio formada por un sistema de cargas puntuales
     • La carga para evitar el problema de acción a distancias crea un campo eléctrico en todo su determinado espacio y este propaga una fuerza sobre las otras cargas
       • Propagación a través del espacio con la velocidad de la luz
   • Unidad del campo eléctrico = newton por coulomb (N/C)
   • Ley de coulomb para el campo eléctrica
   • Dipolos eléctricos
     • Sistema compuesto por cargas opuestas o iguales separados por una distancia
       • Intensidad y orientación – momento dipolar eléctrico
         • Módulo del campo eléctrico
           • Proporcional al momento dipolar
           • En torno al cubo de la distancia este decrece.
     • Movimiento de cargas puntuales en campos eléctricos
       • Si se coloca una partícula con carga q en un campo eléctrico este experimenta una fuerza que hace que adquiera una aceleración
         • Relación carga-masa se puede determinar en base a la medición de su aceleración
     • Dipolos eléctricos en campos eléctricos
       • Moléculas polares
         • Momento dipolar permanente
       • Moléculas no polares
         • No tienen momento dipolar eléctrico permanente
       • Moléculas neutras
         • Igual número de cargas + y –
       • Campo eléctrico no uniforme: Al dipolo eléctrico se le ejerce una fuerza neta debido al diferente campo eléctrico que poseen sus módulos.
   • Líneas de campo eléctrico
     • Se representa por medio de líneas que den su dirección
     • Vector de campo E tangente a las líneas de campo eléctrico
     • Las líneas de campo eléctrico tienden a convergen en un punto donde se concentra la carga negativa
     • Espaciado de las líneas – intensidad del campo eléctrico
     • Si se aleja de la carga entonces el campo eléctrico se debilita separándose así las líneas
       • A mayor proximidad de las líneas se vuelve más intenso el campo eléctrico.

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