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UNIDAD ELECTROMAGNETISMO Efectos cualitativos entre cuerpos cargados eléctricamente La primera ley de la electrostática enuncia que “Cuando dos cuerpos están eléctricamente cargados con la misma carga se repelen, mientras que si están cargados con cargas distintas se atraen”.

+

+

Repulsión

-

+

Atracción

La teoría atómica moderna sobre la materia sostiene que todas las sustancias están formadas por átomos y moléculas. Cada átomo tiene una parte central cargada positivamente a la que se le llama núcleo, que está rodeado de una nube de electrones cargados negativamente. El núcleo consta de cierto número de protones (cargas positivas), cada uno de ellos con una sola unidad de carga positiva y uno o más neutrones (partículas eléctricamente neutras). Un ión es una partícula cargada constituida por un átomo o conjunto de átomos neutros que ganaron o perdieron electrones, fenómeno que se conoce como ionización. Los iones cargados negativamente, producidos por la ganancia de electrones, se conocen como aniones (que son atraídos por el ánodo) y los cargados positivamente, consecuencia de una pérdida de electrones, se conocen

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como cationes (los atraídos por el cátodo). • •

que

son

Anión: Tiene carga eléctrica negativa. Catión: Tiene carga eléctrica positiva.

La electrostática es la parte de la física que estudia los fenómenos que se presentan cuando las cargas de un cuerpo están en reposo y adquieren energía de otro, ya sea por frotamiento, contacto o inducción.

A los materiales que tienen la habilidad de transferir carga de un objeto a otro se les conoce como conductores. Un conductor es un material a través del cual se transfiere fácilmente la carga la mayoría de los metales son buenos conductores). A los materiales que son malos conductores se les conoce como aislantes. Un aislante es un material que se resiste al flujo de carga (unos ejemplos son la ebonita, plástico, mica, baquelita, azufre y el aire). Ley de Eléctrico

Coulomb.

q

Campo q'

F F

q

q'

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F2=kq2q3r2 F1=(9×109N∙m2C2)(12×10-6C) (4×10-6C)(0.06m)2

r

F1=120 N, atracción (a la derecha) Finalmente, la fuerza resultante es la suma de vectores de F1 y F2 F

F

F=F1+F2=80 N+120 N F=200 N, a la derecha F F2 F1 q231cm 6

Campo eléctrico

q231cm 6

+Q

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eSe dice que existe un campo eléctrico en una región del espacio en la que una carga eléctrica experimentará una fuerza eléctrica. La magnitud de la intensidad del campo eléctrico E está determinada por la fuerza F por unidad de carga q.

E

Solución: La carga sobre un electrón es negativa (qe=-1.6x10-19C), lo que implica que la fuerza sobre electrón es hacia arriba (opuesta a la dirección del campo).

E=Fq E=Fq E Intensidad del campo eléctrico (N/C) F Fuerza que experimenta la carga (N) q Carga eléctrica (C) La unidad métrica para la intensidad del campo eléctrico es el newton por coulomb (N/C). La dirección de la intensidad del campo eléctrico E en un punto en el espacio es la misma que la dirección en la que una carga positiva se movería si se colocara en ese punto. Si q es positiva, E y F tendrán la misma dirección; si q es negativa, la fuerza F estaría opuesta al campo E. Ejemplo: La intensidad del campo eléctrico entre dos placas es constante y está dirigida hacia abajo. La magnitud de la intensidad del campo eléctrico es 6 x 104 N/C. ¿Cuáles son la magnitud y la dirección de la fuerza eléctrica ejercida sobre un electrón proyectado horizontalmente entre las dos placas? F=qE ev

e-

F=qE=1.6×10-19 C(6×104N/C) F=9.6×10-15N (hacia arriba) Supongamos que deseamos calcular la intensidad del campo E a una distancia r de una sola carga Q. P

E

r

Q

La fuerza F que ejerce Q sobre la carga de prueba q en ese punto es, a partir de la ley de Coulomb, F=kQqr2 Sustituyendo el valor de F en la ecuación de la intensidad de campo E obtenemos: E=Fq=kQqr2q=kQr2 Donde k=9x109 N·m2/C2. La dirección del campo se aleja de Q si Q es positiva y, viceversa, es hacia Q si Q es negativa.

UNIDAD ELECTROMAGNETISMO Ejemplo: ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 2 m de una carga de -12µC? Solución:

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