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Cards in this deck (39)
- 1FISICA II PATRICIA AVILA PALMAGLOSARIO DEL CURSO
>LEY DE COULUMB
>LEY DE GAUSS
>FLUJO ELECTRICO
>POTENCIAL ELECTRICO
>CAPACITANCIA
- 2LEY DE COULUMB CHARLES Físico francés (1736-1806)Coulumb midió las magnitudes de las fuerzas eléctricas entre objetos
con carga; para hacerlo usó la balanza de torsión, que él mismo inventó. El
principio de operación de la balanza de torsión es el mismo que el del aparato usado por Cavendish para medir la constante de la gravedad
- 3Balanza de torsión de Coulomb, utilizada para determinar la ley del cuadrado inverso para una fuerza eléctrica entre dos cargas.La fuerza eléctrica entre las esferas
A y B, provoca que se atraigan o se repelan, y el movimiento resultante
provoca que la fibra suspendida se tuerza. . Gracias a que el momento de torsión de recuperación de la fibra torcida es proporcional al ángulo de rotación de la fibra, una lectura de
este ángulo da una medida cuantitativa de la fuerza eléctrica de atracción o de repulsión.
- 4Debido a observaciones experimentales es posible encontrar la magnitud de una fuerza eléctrica (a veces llamada fuerza de Coulomb) entre dos cargas puntuales establecidas por la ley de Coulomb:k e= una constante conocida como constante de Coulomb.
(ke 8.987 6 109N m2/C2)
Esta constante se expresa como:
ke =1/4pe0
Donde la constante e0 (griega minúscula épsilon) se conoce como la permitividad del vacío, cuyo valor es
e0 =8.854 2 1012C2/N m2
La unidad de carga más pequeña e conocida en la naturaleza,2
es la carga de un electrón
(e) o de un protón (e), con una magnitud de
e =1.602 18 1019C (23.5)
- 5Las fuerzas eléctrica y gravitacional se evaluarán a partir de leyes de fuerza universalesLa ley de Coulomb para encontrar la magnitud de la fuerza eléctrica
La ley de gravitación universal de Newton para la magnitud de la fuerza gravitacional.
La fuerza eléctrica es conservativa como la fuerza de gravedad.
- 6Forma vectorial de la ley de CoulombCuando se relaciona con la ley de Coulomb, es necesario recordar que la fuerza es una cantidad vectorial que deberá ser tratada como corresponde. La ley de Coulomb, expresada
en forma vectorial para una fuerza eléctrica ejercida por una carga q1 sobre una segunda carga q2, ya que la fuerza eléctrica obedece a la tercera ley de Newton, la fuerza eléctrica ejercida por q 2 sobre q 1 es igual en magnitud pero en sentido opuesto a.
- 7—
- 8—La fuerza que ejerce q1 sobre q2
es FS13.
La fuerza que ejerce q2 sobre q3
es FS23.
La fuerza resultante FS3 que se
ejerce sobre q3
es la suma vectorialFS13 FS23.
- 9KARL FRIEDRICH GAUSS Matemático y astrónomo alemán (1777-1855)Además de su trabajo en el área
del electromagnetismo, contribuyó en los campos de las matemáticas y la ciencia en la teoría de números, la estadística, la geometría no euclidiana y en la mecánica orbital de los cometas. Fue uno de los fundadores de la German Magnetic Union, la cual estudia en forma continua el campo magnético de la Tierra.
- 10—El flujo eléctrico neto a través de una superficie cerrada (con frecuencia considerada como superficie gaussiana) y la carga encerrada en la superficie. Esta correspondencia, conocida como ley de Gauss, es de importancia fundamental en el estudio de los campos eléctricos.
- 11—Superficies cerradas de diversas formas que rodean una carga q. El flujo eléctrico neto es el mismo a través de todas las superficies.
El flujo neto a través de cualquier superficie cerrada que rodea a una carga puntual q tiene un valor de q/e0 y es independiente de la forma de la superficie.
- 12—Carga puntual localizada fuera de una superficie cerrada. El número de líneas que entran a la superficie es igual al número de líneas que salen de la misma.
El flujo eléctrico neto a través de una superficie cerrada que no rodea a ninguna carga es igual a cero
- 13—El flujo eléctrico neto
a través de cualquier superficie
cerrada depende sólo de la carga
en el interior de dicha superficie. El
flujo neto a través de la superficie
S es q1/e0, el flujo neto a través de
S es (q2 q3)/e0, y el flujo neto a
través de la superficie S es igual a
cero. La carga q4 no contribuye al
flujo por las superficies, ya que está
en el exterior de todas ellas.
- 14—: 1) el correspondiente a muchas cargas puntuales y 2) el de una distribución continua de la carga. Utilice otra vez el
principio de sobreposición, que dice que el campo eléctrico debido a muchas cargas es igual a la suma vectorial de los campos eléctricos producidos por cada una de las cargas individuales. Por lo tanto, puede expresar el flujo a través de cualquier superficie cerrada
de la forma
- 15Un flujo nulo no significa un campo nuloConsidere dos situaciones en las
cuales a través de una superficie
cerrada el flujo es cero, ya sea
porque no hay partículas con
carga rodeadas por la superficie,
o porque existen partículas con
carga rodeadas por la superficie,
pero la carga neta interior es cero.
En cualquiera de estas situaciones,
es incorrecto concluir que el campo
eléctrico sobre la superficie es
igual a cero. La ley de Gauss
dice que el flujo eléctrico es
proporcional a la carga encerrada,
no al campo eléctrico.
- 16Las superficies gaussianas no son realesLa superficie gaussiana es
una superficie imaginaria
que se elige para satisfacer las
condiciones mencionadas en
este caso. No tiene que coincidir
con una superficie física en una
situación determinada.
- 17—La Gráfica de E en función de r para una esfera aislante con carga uniforme. El campo eléctrico dentro de la esfera (r < a) varía linealmente con r. El campo afuera de la esfera (r > a) es el mismo que el de una carga puntual Q ubicada en r = 0.
- 18—Línea infinita de carga rodeada
por una superficie gaussiana cilíndrica concéntrica con la línea.
b) Una vista lateral muestra que el campo eléctrico en la superficie cilíndrica es constante en magnitud y perpendicular a la superficie.
- 19—Superficie gaussiana cilíndrica que
penetra un plano infinito de carga.
El flujo de EA a través de cada
extremo de la superficie gaussiana y
cero a través de su superficie curva.
- 20FLUJO ELECTRICOLíneas de campo
que representan un campo
eléctrico uniforme que penetra en
un plano de área A perpendicular
al campo. El flujo eléctrico E que
cruza esta superficie es igual a EA.
- 21—Líneas de campo
que representan un campo
eléctrico uniforme que penetra en
un área A la cual forma un ángulo
u en relación con el campo. Ya que el número de líneas que atraviesan el área A⊥ es el mismo número que pasa a través de A, el flujo a través de A⊥ es igual al flujo que pasa a través de A y se conoce por E EA cos u.
- 22—El total de líneas que penetran en la superficie es proporcional al producto EA. A este producto de la magnitud del campo eléctrico E y al área superficial A, perpendicular al campo, se le conoce como flujo eléctrico E (phi mayúscula):
£ (24.1) E EA
- 23—El flujo eléctrico es proporcional al número de las líneas de campo eléctrico que penetran en una superficie
- 24—A partir de este resultado, se observa que el flujo que atraviesa una superficie de área A fija tiene un valor máximo EA cuando la superficie es perpendicular al campo (cuando
la normal de la superficie es paralela al campo, u 0° el flujo es cero
si la superficie es paralela al campo (cuando la normal de la superficie es perpendicular
al campo, u 90°).
- 25—La ecuación es una integral de superficie, lo que significa que debe ser evaluada sobre la superficie en cuestión. En general, el valor de E depende tanto del patrón de campo como de la superficie
- 26—Superficie cerrada dentro de un
campo eléctrico. Los vectores
de área son, por convención,
normales a la superficie y apuntan
hacia afuera. El flujo a través
de un elemento de área puede
ser positivo (elemento 1),
cero (elemento 2) o negativo
(elemento 3)
- 27—Superficie cerrada con forma
de cubo en un campo eléctrico
uniforme con orientación
paralela al eje x. El lado 4, es
la parte baja del cubo, y el lado
1, es el lado opuesto a 2.
- 28POTENCIAL ELECTRICOAl aplicar la ley de conservación de energía, es posible evitar el trabajar directamente con fuerzas al resolver diferentes problemas de mecánica. además el concepto de energía potencial es de gran valor para el estudio de la electricidad. Ya que la fuerza electrostática es conservativa, los fenómenos de esta clase pueden describirse de manera conveniente en términos de una energía potencial eléctrica. Esta idea permite definir una cantidad escalar conocida como potencial eléctrico.
- 29—El potencial es sólo una característica del campo sin importar
cualquier partícula de prueba
con carga que pueda estar
colocada en el campo. La energía potencial es característica del
sistema carga-campo debido a la
interacción del campo con una
partícula con carga colocada en
el mismo.
- 30—Voltaje
Para describir la diferencia de
potencial entre dos puntos se
utiliza una gran variedad de términos; el más común es voltaje,
que surge de la unidad utilizada
para el potencial. Un voltaje
aplicado a un aparato, como una
televisión, o a las terminales de un
aparato, es lo mismo que la diferencia de potencial aplicada a las
terminales del dispositivo.
- 31—Una unidad de energía comúnmente utilizada en física atómica y nuclear es el electrón volt (eV), que se define como la energía que un sistema carga-campo gana o pierde cuando se desplaza una carga de magnitud e (un electrón o un protón) a causa de una diferencia de potencial de 1 V. Porque 1 V 1 J/C y la carga fundamental es 1.60 1019
C, el electrón volt se relaciona con el joule de esta manera:
1 eV 1.60 10 19 C # V 1.60 10 19 J
- 32—. De esto se concluye que la unidad del SI del campo eléctrico (N/C) también puede expresarse en volts por cada metro:
1 N>C 1 V>m
Por lo tanto, el campo eléctrico es una medida de la relación de cambio en función de la
posición del potencial eléctrico.
- 33—El electrón volt
El electrón volt es una unidad
de energía, NO de potencial. La
energía de cualquier sistema
puede expresarse en eV, pero
esta unidad es la más conveniente para describir la emisión
y absorción de la luz visible de
los átomos. A menudo las energías en los procesos nucleares se
expresan en MeV.
- 34—Las líneas de campo eléctrico siempre apuntan en dirección en que
disminuye el potencial eléctrico un sistema consistente de una carga positiva y un campo eléctrico pierde energía potencial eléctrica cuando la carga se mueve en la dirección del campo. Esto significa que un
campo eléctrico realiza trabajo en una carga positiva cuando ésta se mueve en la dirección del campo eléctrico.
- 35—Conforme esta partícula con carga adquiere energía cinética, el sistema carga-campo pierde una cantidad igual de energía potencial. Esto no debe sorprenderle, simplemente es la conservación de la energía mecánica en un sistema aislado. Un sistema formado por una carga negativa y un campo eléctrico adquiere energía potencial eléctrica cuando la carga se mueve en la dirección del campo.
- 36CAPACITANCIALa capacitancia
es una capacidad
A fin de comprender mejor
la capacitancia, piense en
conceptos similares que usan
una palabra parecida. La
capacidad de un cartón de leche
es el volumen de leche que
almacena. La capacidad térmica
de un objeto es la cantidad de
energía que el objeto almacena
por unidad de diferencia de
temperatura. La capacitancia
de un capacitor es la carga que
éste almacena por unidad de
diferencia de potencial.
- 37—Un capacitor de placas paralelas consiste en dos placas conductoras paralelas, cada una con una superficie A, separadas una distancia d. Cuando se carga el capacitor al conectar las placas a las terminales de una batería, las placas adquieren cargas de igual magnitud. Una de las placas tiene carga positiva y la otra carga negativa
- 38—Un capacitor está
formado por dos conductores.
Cuando está cargado, cada conductor
tiene una carga de igual magnitud
y de signos opuestos.
- 39—La capacitancia de un capacitor de placas paralelas es proporcional al área de sus
placas e inversamente proporcional a la separación de las placas.
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- patricia avila palma valdez
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