Unidad I Electricidad y Magnetismo Flashcards
(30 cards)
Carga Eléctrica
Definición
La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia que determina su interacción electromagnética. Existen dos tipos de carga, positiva y negativa.
Eléctrico
Origen del término
Deriva del vocablo griego elektron, que significa ámbar.
Electroestática
Rama de la física que se encarga del estudio y análisis del comportamiento de las cargas eléctricas en estado de equilibrio (interacción entre cargas eléctricas en reposo o casi en reposo).
Atracción y repulsión eléctricas
“Cargas iguales se repelen, y cargas opuestas se
atraen” (refiriéndonos a mismo o diferente signo algebraico).
Dos cargas positivas se repelen entre sí, al igual que dos cargas negativas. Una carga positiva y una negativa se atraen.
Experimentos de electroestática
Al cargar dos varillas de plásticos frotándolas contra
un trozo de piel, las varillas se repelen (cargas negativas). Cuando frotamos varillas de vidrio con seda, las varillas de vidrio también se cargan (positivamente) y se repelen entre sí. Sin embargo, una varilla de plástico cargada atrae otra varilla de vidrio también cargada; además, la varilla de plástico y la piel se atraen, al igual que el vidrio y la seda.
Estructura de un átomo
La estructura de los átomos se describe en términos de tres partículas: el electrón, con carga negativa; el protón, cuya carga es positiva; y el neutrón, sin carga.
El protón y el neutrón son combinaciones de otras entidades llamadas quarks, que tienen cargas de y de la carga del electrón.
En un átomo neutral, el número de
electrones es igual al número de protones en el núcleo; en tanto que la carga eléctrica
neta (la suma algebraica de todas las cargas) es exactamente igual a cero. Si se pierden uno o más electrones, la estructura con carga positiva que queda se llama ion positivo. Un átomo
negativo es aquel que ha ganado uno o más electrones. Tal ganancia o
pérdida de electrones recibe el nombre de ionización.
Primer principio de conservación de la carga
La suma algebraica de todas las cargas eléctricas en cualquier sistema cerrado es constante.
En cualquier proceso de carga, ésta no se crea ni se
destruye, solo se transfiere de un cuerpo a otro.
Segundo principio de conservación de la carga
La magnitud de la carga del electrón o del protón es la unidad natural de carga
Conductores, aislantes y semiconductores
Los conductores permiten que las cargas, específicamente los electrones libres, se desplacen fácilmente a través del material.
Los aislantes no permiten el movimiento de cargas.
Los materiales llamados semiconductores tienen propiedades intermedias entre conductores y aislantes
Carga por inducción
Es un proceso mediante el cual un objeto adquiere carga eléctrica sin necesidad de contacto directo con otro objeto cargado. Se basa en la redistribución de cargas, generando zonas con exceso y déficit de carga de signos opuestos.
Polarización
La polarización es el proceso en el que las cargas dentro de un material se redistribuyen debido a la influencia de un campo eléctrico externo, sin que haya transferencia neta de carga.
¿Qué establece la Ley de Coulomb?
Estable la fuerza electrica entre dos cargas puntuales.
¿Qué establece la Ley de Gravitación Universal y cuál es su fórmula?
Estable la fuerza gravitacional de atracción entre dos cuerpos con masa.
¿Cuándo es negativa o positiva la fuerza en la interacción eléctrica?
Es negativa cuando es de atracción y positiva cuando es de repulsión.
Principio de superposición de fuerzas
Cuando dos cargas ejercen fuerzas de manera simultánea sobre una tercera carga, la fuerza total que actúa sobre esa carga es la suma vectorial de las fuerzas que las dos cargas ejercerían individualmente. (Se cumple para cualquier número de cargas)
Ley de Coulomb
En 1784, Charles Augustin de Coulomb investigó las fuerzas entre partículas cargadas utilizando una balanza de torsión.
La magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Si la distancia se duplica, la fuerza disminuye a 1/4 de su valor. Si la distancia se reduce a la mitad, la fuerza aumenta 4 veces.
Fuerza entre cargas
Las fuerzas que las cargas ejercen entre sí obedecen la tercera ley de Newton: tienen igual magnitud pero dirección opuesta, incluso si las cargas son diferentes.
Diferencia entre fuerzas eléctricas y gravitatorias
Las fuerzas eléctricas dependen de las cargas y pueden ser de atracción o repulsión.
Las fuerzas gravitatorias dependen de las masas y siempre son de atracción (no existe masa
negativa).
Definición de Coulomb
Es la unidad del SI para la carga eléctrica.
Se puede considerar el valor de k como una definición operacional del coulomb. Por razones de
precisión experimental, es mejor definir el coulomb en términos de la unidad de corriente eléctrica (carga por unidad de tiempo), el ampere, que es igual a 1 coulomb por segundo.
Definición de campo eléctrico
Se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga que una carga de prueba experimenta en un punto (unidades Newton por Coulomb N/C)
Fuerza eléctrica vs. Campo eléctrico
- Una carga modifica el espacio que la rodea (exista o no otra carga), creando un campo eléctrico.
- Otra carga responde al campo, experimentando una fuerza.
La fuerza eléctrica sobre un cuerpo cargado es ejercida por el campo eléctrico que otros cuerpos cargados originan.
Características del Campo Eléctrico
- Vectorial (margnitud y dirección). Si es positivo, la fuerza tiene la misma dirección que el campo eléctrico. Si es negativo la fuerza tiene dirección opuesta que el campo eléctrico.
- Interacción entre dos cuerpos cargados.
- El campo producido por una carga puntual positiva apunta en una dirección que se aleja de la carga.
- El campo producido por una carga puntual negativa apunta hacia la carga.
Principio de superposición de campos eléctricos
El campo eléctrico total en P es la suma vectorial de los campos en P debidos a cada carga puntual en la distribución de carga.
Densidad lineal, superficial y volumétrica de carga
Para una distribución de carga en línea, usamos l (letra griega lambda) para representar la densidad lineal de carga (carga por unidad de longitud, medida en C/m). Cuando la carga está distribuida sobre una superficie, se usa s (sigma) para representar la densidad superficial de carga (carga por unidad de área, se mide en C/m^2). Y cuando la carga se distribuye en un volumen, se usa p (ro) para representar la densidad volumétrica de carga (carga por unidad de volumen, C/m^3).
