ELECTROSTÁTICA

ELECTROSTÁTICA

1. es el estudio de los fenómenos asociados a los cuerpos cargados en reposo

   • Ley de Coulomb
     • las cargas muestran que si dos objetos tienen carga, ejercen una fuerza eléctrica entre sí. La magnitud de la fuerza es proporcional a la carga total de cada objeto e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos (curiosamente, la fuerza no depende del peso del objeto). La dirección del vector fuerza corre a lo largo de una línea imaginaria que conecta ambos cuerpos y está determinada por el signo de las cargas involucradas.Supongamos que q1,q2= las cargas eléctricas netas de los dos objetos; r12= el desplazamiento vectorial de q1 a q2 .
       • sabiendo esto podemos decir que La magnitud de la fuerza eléctrica (o fuerza de Coulomb) entre dos partículas cargadas eléctricamente es igual a
         • ELECTROSTÁTICA
         • Donde 1/4πє es una constante, a menudo expresada en otros textos como "k" y r₁₂ es un vector unitario dirigido de la carga puntual q₁ hacia la carga puntual q₂. y E0 es una constante conocida como permitividad eléctrica o en este caso la permitividad del vacio.
           • Como las cargas elementales no aparecen por sí solas, deben ser consideradas como su distribución. Por esta razón, se debe implementar el concepto de campo, que se define como una región del espacio en la que existe una cantidad escalar o vectorial, dependiente o independiente del tiempo. Por tanto, el campo eléctrico se define como el área espacial sobre la que actúa la fuerza eléctrica. Su magnitud se define como el límite en el que la distribución de fuerza de una carga sobre una carga positiva tiende a ser cero, Por lo tanto se define el campo eléctrico:
             • Las dimensiones del campo eléctrico son newtons/coulomb,{N/C}.Una forma de obtener qué cantidad de fuerza eléctrica pasa por cierto punto o superficie del campo eléctrico es usar el concepto de flujo eléctrico. Este flujo eléctrico se define como la suma de la cantidad de campo que atraviesa un área determinada, así:
               • conociendo esto la Ley de Gauss es el flujo del campo eléctrico a través de cualquier superficie cerrada es igual a la carga q contenida dentro de la superficie, dividida por la constante ε0.
   • Energía almacenada en el campo eléctrico
     • La energía UC almacenada en el capacitor es potencial electrostático y por lo tanto está relacionada con la carga Q y la diferencia de potencial V entre las placas del capacitor. Un capacitor cargado almacena energía en el campo eléctrico entre las placas del capacitor. Cuando el condensador se carga, se forma un campo eléctrico. Cuando un capacitor cargado se desconecta de una batería, su energía permanece en el campo en el espacio entre sus placas.
       • consideremos un condensador cargado, vacío y de placas paralelas; es decir, un condensador sin dieléctrico pero con el vacío entre sus placas. Si multiplicamos la densidad de energía por el volumen entre las placas, obtenemos la cantidad de energía almacenada entre las placas de un condensador de placas paralelas, utilizamos el hecho de que el campo eléctrico entre las placas es uniforme, obtenemos la siguiente expresion
         • esta es generalmente válida para todos los tipos de condensadores.Para probar esto, considere cada condensador descargado (no necesariamente un condensador de placa). En algún punto lo conectamos a la batería, dándole una diferencia de potencial de V = q/C entre sus placas. Inicialmente, la carga en las placas es igual a Q = 0. Cuando se carga el condensador, la carga se acumula en sus placas y después de un tiempo alcanza el valor Q. Para transferir una carga infinitamente pequeña dq de la placa negativa a la placa positiva (de un potencial más bajo a un potencial más alto), el trabajo dW que se debe realizar en dq es
           • Este trabajo se convierte en energía almacenada en el campo eléctrico del condensador. Para cargar el condensador Q, se debe realizar un trabajo:
             • Cuando la carga se expresa en culombios, el potencial se expresa en voltios y la capacitancia se expresa en faradios, esta relación da la energía en julios. entonces sabemos que Sabiendo que la energía almacenada en el capacitor es UC=W = Q2 / (2C)
   • Dipolo Eléctrico
     • Un dipolo eléctrico es un conjunto de dos cargas puntuales del mismo signo pero opuesto, colocadas a poca distancia una de otra. Puedes pensar en un dipolo eléctrico formado por dos cargas, una carga negativa -q y una carga positiva q, de la misma magnitud y normalmente separadas por una pequeña distancia d.La separación resultante de la carga positiva y negativa se denomina polarización
       • la distancia entre las cargas suele tomarse como 2d y la distancia r se mide desde el centro de la carga. separar los cargos. Junto con el campo eléctrico, se conecta un potencial, este
         • r > > d r2=r1=r r1-r2=dcosθ
           • donde r y θ son puntos del campo Ahora bien, como se sabe el campo electrico esta dado por E=−∇V(r ⃗) En coordenadas esfericas queda:
             • se dice que Q y d son parámetros asociados al dipolo. θ relaciona la ubicación del punto del campo con respecto a la fuente, Y puede simplificarse utilizando el concepto del momento dipolar. Primero se identifica el segmento vectorial dirigido de −Q a +Q con la letra d, luego se define el momento dipolar como Qd y se le asigna el simbolo p. De manera que, p=Qd Y como d⋅ar=dcosθ se obtiene entonces
               • y resolviendo el vector de dirección queda
                 • Un dipolo eléctrico en un campo exterior tiende a alinearse al campo (dado que las dos cargas no pueden separarse). Aparece un par de fuerzas ~τ = p~ × E
   • Materiales conductores y dieléctricos
     • Un objeto cargado puede transferir esta carga a otros objetos con los que entra en contacto, llamados objeto, material o elemento conductor. Hay otros órganos a los que no se puede transferir esta carga, llamados aislantes o dieléctricos. De hecho, los conductores son materiales con pocos electrones de valencia y tienden a donar electrones fácilmente. Los dieléctricos tienen cargas relativamente estacionarias, tienen muchos electrones de valencia y son muy estables, por lo que, al generar una carga en un punto, aparecen solo en este punto.
       • Los materiales que no conducen la electricidad se denominan dieléctricos, por lo que pueden utilizarse como aislantes. Ejemplos de este tipo de materiales son el vidrio, la cerámica, el caucho, la mica, la cera, el papel, etc. Material dieléctrico o aislante que no tiene electrones libres que los atraviesen; todos están ligados a sus átomos. Por lo tanto, cuando se aplica un campo externo a un dieléctrico, su comportamiento es muy diferente al de los conductores. Las partículas dieléctricas pueden ser de dos tipos: polares y no polares.
         • DIELECTRICOS POLARES: En estas moléculas, las cargas positivas y negativas no tienen la misma distribución espacial y sus centros geométricos no coinciden incluso en ausencia de un campo externo. Las cargas se separan y forman el llamado dipolo eléctrico. Su propiedad más interesante es su capacidad direccional con respecto al campo exterior E0. En efecto, el campo actúa sobre los centros de carga i, dos fuerzas opuestas, creando un momento P que hace girar la molécula hasta que apunta hacia el campo eléctrico. Cuanto más fuerte es el par de fuerzas, mayor es la carga y mayor la distancia entre ellas:
           • DIELECTRICOS NO POLARESEn las moléculas no polares, los centros geométricos de las cargas positivas y negativas coinciden debido a su disposición simétrica. En ausencia de campo, no hay separación de carga y por lo tanto p = 0. El campo externo atrae las cargas negativas y repele las cargas positivas, haciendo que la molécula se deforme, separando ligeramente las cargas. Para el campo, surge un momento dipolar y desaparece cuando el campo se detiene. Así, existen dos tipos de dieléctricos (polares y no polares) y dos mecanismos de polarización (orientación de dipolos fijos y polarización de moléculas no polares).
             • ley de ohm microscópica
   • Aplicaciones
     • El estudio de la electroestática ha resultado útil en muchos ámbitos.
       • La ley de Gauss es útil para determinar expresiones para campos eléctricos, aunque la ley no se aplica directamente a campos eléctricos sino a corrientes eléctricas. Resulta que en situaciones donde existe cierta simetría (esférica, cilíndrica o plana) en la distribución de cargas, podemos inferir campos eléctricos a partir del conocimiento de las corrientes.
         • El generador Van de Graaff es una de las aplicaciones
           • Impresoras de inyección de tinta y pintura electroestática: La impresora de inyección de tinta, utilizada habitualmente para imprimir textos y gráficos generados por computador, también emplea la electroestática. Una boquilla produce una fina pulverización de pequeñas gotas de tinta, a las que se les aplica una carga electroestática
             • Las impresoras láser utilizan el proceso xerográfico para crear imágenes de alta calidad en el papel, empleando un láser para producir una imagen en el tambor fotoconductor,
               • Xerografía La mayoría de las fotocopiadoras utilizan un proceso electroestático denominado xerografía, palabra acuñada a partir de las palabras griegas xeros, que significa seco, y graphos, que significa escritura.
                 • Precipitadores de humo y limpieza electroestática del aire Otra aplicación importante de la electroestática se encuentra en los limpiadores de aire, tanto grandes como pequeños. La parte electroestática del proceso coloca un exceso de carga (normalmente positiva) en el humo, el polvo, el polen y otras partículas del aire
                   • Muchos fenómenos cotidianos nos permiten experimentar la electricidad estática, como por ejemplo: Al peinarse el cabello Si el peine tiene un material plástico aislante, el frotamiento constante sobre el cabello lo cargará y lo jalará hacia el cabello, lo que hará que el peine se pare o se pare. Incluso puedes usar este peine cargado para aspirar pequeños trozos de papel.
                     • En conclusión la electrostática tiene muchos usos tanto industriales como médicos y hasta en la vida cotidiana, por ello es esencial en la ingenierias.

Imágenes y archivos del mapa