Fundamentos de la Electroestática

Fundamentos de la Electroestática

1. Carga Eléctrica

   • Es una propiedad de la materia responsable de los fenómenos eléctricos.
   • Puede ser positiva (+) o negativa (−).
   • Fórmula: 𝑄 = 𝑛 ⋅ 𝑒
   • Ejemplo: Al frotar un globo con el cabello, el globo gana electrones y se carga negativamente.

2. Ley de Coulomb

   • Describe la fuerza entre dos cargas.
   • Describe la fuerza entre dos cargas.
   • Fórmula: 𝐹 = 𝑘 ⋅ 𝑞 1 𝑞 2/ 𝑟 2 ​
   • Ejemplo: Dos globos cargados con el mismo signo se repelen.

3. Campo Eléctrico

   • Es una región del espacio donde actúa una fuerza eléctrica.
   • Se representa con líneas de campo.
   • Fórmula: 𝐸 ⃗ = 𝐹 ⃗ /𝑞
   • Para una carga puntual: 𝐸 = 𝑘 ⋅ 𝑄 /𝑟 2
   • Ejemplo: El campo alrededor de una esfera cargada atrae una carga opuesta.

4. Líneas de Campo

   • Representan la dirección e intensidad del campo eléctrico.
   • Salen de cargas positivas y entran en negativas.
   • Ejemplo: Visualización con limaduras de hierro y papel sobre un imán o una carga.

5. Potencial Eléctrico

   • Energía por unidad de carga en un punto del campo eléctrico.
   • Fórmula: 𝑉 = 𝑘 ⋅ 𝑄 /𝑟
   • Ejemplo: Un generador Van de Graaff acumula potencial eléctrico elevado en su superficie.

6. Diferencia de Potencial (Voltaje)

   • Es el trabajo necesario para mover una carga entre dos puntos.
   • Fórmula: Δ 𝑉 = 𝑉 𝐵 − 𝑉 𝐴 = 𝑊 /𝑞
   • Ejemplo: Una pila AA tiene 1.5 V de diferencia de potencial entre sus terminales.

7. Energía Potencial Electroestática

   • Energía almacenada debido a la posición de cargas.
   • Fórmula: 𝑈 = 𝑘 ⋅ 𝑞 1 𝑞 2 /𝑟
   • Ejemplo: Condensadores cargados almacenan energía en circuitos eléctricos.

8. Flujo Eléctrico

   • Es la cantidad de campo eléctrico que atraviesa una superficie.
   • Fórmula: Φ 𝐸 = ∫ 𝐸 ⃗ ⋅ 𝑑 𝐴 ⃗
   • Ejemplo: Medición del flujo en una lámina metálica para calcular carga acumulada.

9. Ley de Gauss

   • El flujo eléctrico total que atraviesa una superficie cerrada es proporcional a la carga encerrada.
   • Fórmula: Φ 𝐸 = 𝑄 enc 𝜀 0
   • Ejemplo: Cálculo del campo eléctrico de una esfera metálica cargada.
   • Aplicaciones de la Ley de Gauss
     • Sirve para calcular campos eléctricos en simetrías:
       • Esférica
       • Cilíndrica
       • Plana
       • Ejemplo: Campo dentro y fuera de un cable largo cargado (simetría cilíndrica).

10. Conductores

    • Materiales con electrones libres; la carga se redistribuye.
    • En equilibrio, el campo eléctrico interno es cero.
    • Ejemplo: El metal de una jaula de Faraday bloquea campos externos.

11. Aislantes

    • No permiten el libre movimiento de cargas.
    • La carga permanece donde se aplica.
    • Ejemplo: Revestimiento plástico de un cable evita descargas.