miércoles, 18 de abril de 2012

Folleto de Electrostatica



ELECTROSTATICA



La palabra estática significa en reposo y la electricidad puede encontrarse en reposo.  Cuando se frotan ciertos materiales entre sí, la fricción causa una transferencia de electrones de un material al otro.  Un material puede perder electrones en tanto otro los ganará.  Alrededor de cada uno de estos materiales existirá un campo electrostático y una diferencia de potencial, entre los materiales de diferentes cargas.  Un material que gana electrones se carga negativamente, y uno que entrega electrones se carga positivamente.
Una de las leyes básicas de la electricidad es:
Los cuerpos con cargas diferentes se atraen.
Los cuerpos con cargas semejantes se repelen.
El campo eléctrico invisible de fuerza que existe alrededor de un cuerpo cargado, puede detectarse con un electroscopio. Por lo tanto llamaremos electricidad al movimiento de electrones.
Electrostática.  Estudio de la electricidad en reposo.
Ionización.  La capacidad de desprender un electrón.  Cargas iguales se repelen. Cargar es ionizar.
1.2. Sistema de unidades
http://sistemas.itlp.edu.mx/tutoriales/electymagnet/imagen1.gif
1.3. Carga eléctrica y sus propiedades
Es posible llevar a cabo cierto número de experimentos para demostrar la existencia de fuerzas y cargas eléctricas. Por ejemplo, si frotamos un peine contra nuestro pelo, se observará que aquél atraerá pedacitos de papel.  A menudo la fuerza de atracción es lo suficientemente fuerte como para mantener suspendidos los pedacitos de papel.  El mismo efecto ocurre al frotar otros materiales, tales como vidrio o el caucho.
En una sucesión sistemática de experimentos un tanto simples, se encuentra que existen dos tipos de cargas eléctricas a las cuales Benjamín Franklin les dio el nombre de positiva y negativa.
Para demostrar este hecho, considérese que se frota una barra dura de caucho contra una piel y a continuación se suspende de un hilo no metálico, como se muestra en la fig. 1.1.  Cuando una barra de vidrio frotada con una tela de seda se acerca a la barra de caucho, ésta será atraída hacia la barra de vidrio.  Por otro lado, si dos barras de caucho cargadas (o bien dos barras de vidrio cargadas) se aproximan una a la otra, como se muestra en figura 1.1.b., la fuerza entre ellas será de repulsión.  Esta observación demuestra que el caucho y el vidrio se encuentran en dos estados de electrificación diferentes.  Con base en estas observaciones, podemos concluir que cargas iguales se repelen y cargas diferentes se atraen.
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Figura 1.1. a). La barra de caucho cargada negativamente, suspendida por un hilo, es atraída hacia la barra de vidrio cargada positivamente.  b).  La barra de caucho cargada negativamente es repelida por otra barra de caucho cargada negativamente.
Otro aspecto importante del modelo de Franklin de la electricidad es la implicación de que la carga eléctrica siempre se conserva.  Esto es, cuando se frota un cuerpo contra otro no se crea carga en el proceso.  El estado de electrificación se debe a la transferencia de carga de un cuerpo a otro.  Por lo tanto, un cuerpo gana cierta cantidad de carga negativa mientras que el otro gana la misma cantidad de carga positiva.
1.5.  Ley de Coulomb
En 1785, Coulomb estableció la ley fundamental de la fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas estacionarias.  Los experimentos muestran que la fuerza eléctrica tiene las siguientes propiedades:
·         La fuerza es inversamente proporcional al inverso del cuadrado de la distancia de separación r entre las dos partículas, medida a lo largo de la línea recta que las une.
·         La fuerza es proporcional al producto de las cargas q1 y q2 de las dos partículas.
·         La fuerza es atractiva si las cargas son de signos opuestos, y repulsiva si las cargas son del mismo signo. A partir de estas observaciones podemos expresar la fuerza eléctrica entre las dos cargas como:
Ley de Coulomb de las fuerzas electrostáticas:
F =  k  |q1|  |q2|
              r²
donde k es una constante conocida como constante de Coulomb. En sus experimentos, Coulomb, pudo demostrar que el exponente de r era 2, con sólo un pequeño porcentaje de incertidumbre.  Los experimentos modernos han demostrado que el exponente es 2 con una precisión de algunas partes en 109.
La constante de coulomb k en el SI de unidades tiene un valor de:
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La ley de Newton predice la fuerza mutua que existe entre dos masas separadas por una distancia r; la ley de Coulomb trata con la fuerza electrostática.  Al aplicar estas leyes se encuentra que es útil desarrollar ciertas propiedades del espacio que rodea a las masas o a las cargas.
Ejemplo 1.2.  El átomo de hidrógeno.
El electrón y el protón de un átomo de hidrógeno están separados en promedio por una distancia aproximada de 3.5X10-11 m.  Calcúlese la magnitud de la fuerza eléctrica y de la fuerza gravitacional entre las dos partículas.
Solución.
De la ley de Coulomb, podemos determinar que la fuerza de atracción eléctrica tiene una magnitud de
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Usando la ley de la gravitación universal de Newton y la tabla 1.2 encontramos que la fuerza gravitacional tiene una magnitud de
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La razón http://sistemas.itlp.edu.mx/tutoriales/electymagnet/imagen9.gif por lo tanto, la fuerza gravitacional entre partículas atómicas es despreciable comparada con la fuerza eléctrica entre ellas.
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Tabla 1.2.  Carga y masa del electrón, protón y neutrón.

EJEMPLO DE RESOLUCIÓN:

     Calcular la fuerza de interacción eléctrica en el vacío entre las cargas de la figura.

Datos
Fórmula
Sustitución y Resultado
r = 2 m
q1 = 2.5 x 10-6 C
q2 = 1.5 x 10-5 C
k= 9 x 109 N m2/C2
F = ¿





F = k q1 q2
           r2



F= 9x109 (2.5 x 10-6 ) (1.5 x 10-5)
                         22

F = 9 x 2.5 x 1.5 x  10 9-6-5
               4

F = 33.75 x 10 -2
              4
F = 8.4375 x 10 -2
                           
Si en tu calculadora te dio el resultado de 0.084675, no te preocupes, es lo mismo, y si no lo comprendiste es que debes repasar la notación científica.
AHORA TU: Resuelve los siguientes ejercicios y autoevalúate antes de resolver los del curso:

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