ELECTROSTATICA

ELECTROSTÁTICA

• ORLANDO ANDRÉS MEZA RIVERA
• CURSO: 1106
• CÓDIGO: 03
• FÍSICA
• DOCENTE: MARCO AURELIO NAVARRO
• I.E SAGRADO CORAZÓN DE JESÚS
• 2017
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INTRODUCCIÓN

• La electrostática es la rama de la Física que analiza los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
• Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la ley de coulumb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden ser analizadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo

LA CARGA ELÉCTRICA

• 1 LA ELECTRICIDAD
• Forma de energía que produce efectos luminosos, mecánicos, caloríficos, químicos, etc., y que se debe a la separación o movimiento de los electrones que forman los átomos.
• Desde la Grecia clásica se ha estudiado un fenómeno especial llamado: la propiedad que tenían ciertos cuerpos de atraer objetos livianos después de haber sido frotados con un tejido. Al principio de tomo se creía que la resina fósil era el único material que presentaba esta propiedad, a través de la historia varios físicos iban plateando diferentes pensamientos.
• -Tales de Mileto: realizo experimentos en los cuales demostró que la resina fósil, después de ser frotado con la piel de un animal, atraía ciertas semillas, él creía que el ámbar o resina fósil tenía una propiedad vital.
• -William Gilbert: físico inglés, logro descubrir que otras sustancias también podían adquirir la propiedad reseñada. A estas sustancias se les denomino como sustancias eléctricas y a la propiedad se le denomino como ELECTRICIDAD. Gilbert logro descubrir que existían dos tipos de carga:
• 1 Era la que adquiría un vidrio (ELECTRICIDAD VITREA)
• 2 La correspondiente al ámbar y otros cuerpos semejantes (ELECTRICIDAD RESINOSA).
• -Charles du Fay: físico francés, estudio las interacciones repulsivas de la electricidad, y encontró que materiales electrizados del mismo tipo se repelían

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ELECTRIZACIÓN

• Electrización es el efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro.
• Existen tres formas de electrizar un cuerpo: electrización por frotación, contacto e inducción.1​ En estos procedimientos siempre está presente el principio deconcervacion de la carga y la regla fundamental de la electrostatica.
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• Frotación
• En la electrización por frotación, el cuerpo menos conductor retira electrones de las capas exteriores de los átomos del otro cuerpo, quedando cargado de forma negativa, y el que libera electrones queda cargado de forma positiva.
• Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones igual al número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Si se frota una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda. Si se frota un lapiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño al lápiz.
• El vidrio adquiere una carga eléctrica positiva al perder un determinado número de cargas negativas (electrones); estas cargas negativas son atraídas por la seda,
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• Legenda: con lo cual se satura de cargas negativas. Al quedar cargados eléctricamente ambos cuerpos, ejercen una influencia eléctrica en una zona determinada, que depende de la cantidad de carga ganada o perdida, dicha zona se llama campo eléctrico, una explicación sobre los materiales y cómo se cargan puede hallarse en el efecto triboeléctrico.

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• Legenda: Contacto En la electrización por contacto el cuerpo conductor es puesto en contacto con otro cuya carga no es nula. Aquel cuerpo que presente un exceso relativo de electrones los transferirá al otro. Al finalizar la transferencia los dos cuerpos quedan con carga de igual signo.
• Legenda: Inducción En la electrización por inducción, el cuerpo inductor (cargado) es aproximado a un conductor neutro, los electrones de este último se desplazan de tal manera que se alejan o acercan al cuerpo cargado, de esta forma el conductor queda inducido en la Forma.

CARGAS ELÉCTRICAS

• Benjamín Franklin, fue el norteamericano quien realizo distintos descubrimientos en la electricidad, sugirió la existencia de un único tipo de carga o fluido eléctrico. Cuando la cantidad de la misma en un cuerpo era superior a lo normal, este presentaba ELECTRICIDAD POSITIVA (+), la adquirida por el vidrio, y cuando la misma era inferior a lo normal, el cuerpo tenia ELECTRICIDAD NEGATIVA (-). También propuso que las fuerzas ejercidas entre cuerpos electrizados eran acciones a distancias, unas de atracción y otras de repulsión, cuya ocurrencia dependía del tipo de electrización de dichos cuerpos.
• La transferencia y la interacción entre las cargas producen los fenómenos eléctricos. Esta interacción responde a la ley de signos; según la cual, los cuerpos que tienen carga eléctrica del mismo signo se repelamos y los cuerpos que tienen cargas de diferente signo se atraen.
• La magnitud física que nos indica la cantidad de esa propiedad de la materia se le llama CARGA ELECTRICA. En el SI la unidad de la carga eléctrica se denomina culombio y su símbolo es C.

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CONSERVACIÓN DE LA CARGA

• En un proceso de electrizacion, el número total de protones y electrones no se altera, sólo existe una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.
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CONDUCTORES Y AISLANTES

• Conductores
• son los que dejan traspasar a través de ellos la electricidad.
• Entre éstos tenemos a los metales como el cobre.
• En general, los metales son conductores de la electricidad.
• Aisladores o malos conductores
• son los que no permiten el paso de la corriente eléctrica, ejemplo: madera, plástico, etc.
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POLARIZACION

• En estas condiciones, las moléculas de esta sustancia están distribuidas al azar, como se representa en la figura A. Al acercar a este dieléctrico un cuerpo electrizado (por ejemplo, con carga positiva), la carga de este último actuará sobre las moléculas del aislante, haciendo que se orienten y alineen en la forma indicada en la figura B. Cuando esto sucede, se dice que el dieléctrico está polarizado.
• La figura C muestra que el efecto final de esta polarización consiste en la aparición de cargas negativas y positivas distribuidas tal como se ve en la ilustración. Obsérvese que aún cuando la carga total del dieléctrico es nula, la polarización hace que se manifiesten cargas eléctricas de signos opuestos de manera similar a lo que sucede cuando se carga un conductor por inducción.2​
• Si el dieléctrico estuviese constituido por moléculas apolares, se observaría el mismo efecto final, ya que con la aproximación del cuerpo electrizado, las moléculas se volverían polares y, por consiguiente, se alinearían como se muestra en la figura B.

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LEY DE COULOMB

• La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.
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• La ley de Coulomb es válida solo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostática.
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• Legenda: En términos matemáticos, la magnitud (F) de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales q1 q2 ejerce sobre la otra separadas por una distancia d que se expresa arriba

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• Legenda: Dadas dos cargas puntuales q1 q2 separadas una distancia d en el vacío, se atraen o repelen entre sí con una fuerza cuya magnitud está dada como esta arriba
• Legenda: La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitudes vectoriales:

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• donde Ud es un vector unitario (que va de la carga 1 a la carga 2), siendo su dirección desde la cargas que produce la fuerza hacia la carga que la experimenta; r12 es el vector de separación entre las cargas. Al aplicar esta fórmula en un ejercicio, se debe colocar el signo de las cargas q1 o q2
• Según sean estas positivas o negativas.
• El exponente de la distancia, de la ley de Coulomb es, hasta donde se sabe hoy en día, exactamente 2. Experimentalmente se sabe que, si el exponente fuera de la forma (2+x) donde x= <10^-16
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• Legenda: Obsérvese que esto satisface la tercera de la ley de Newton debido a que implica que fuerzas de igual magnitud actúan sobre q1 y q2. La ley de Coulomb es una ecuación vectorial e incluye el hecho de que la fuerza actúa a lo largo de la línea de unión entre las cargas.

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• La fuerza electrica depende de la constante electrostatica K, la cual se definio para el vacio y que en terminos practicos es la misma para el aire. Si el medio es otro, esta constante presenta variaciones notables de tal forma que la forma electrostica entre los cuerpos cargados presenta variaciones segun el medio la constante electrostatica K, se expresa como
• k=9x10^9 N.m^2/c^2
• Kd
• Legenda: La constante Kd es la constante dielectrica del medio material y no tiene unidades en la tabla se muestran algunos valores para la constante dielectrica