1. COLEGIO LA GIROUETTE
Electricidad
Introducción

2. ¿Qué es la electricidad?
Fenómeno de la Naturaleza.
Conocido desde la antigüedad (Griegos: el
elektron)
La materia, bajo ciertas condiciones,
adquiere propiedades especiales:
Atracciones y Repulsiones.
Estudio Científico (B. Franklin)
Propiedad general de la materia.
Necesidad de una Teoría (Modelo)

3. El Ελεκτρον (Elektron)
Piedra color ámbar que, al frotarla con seda o lana, adquiere una
propiedad nueva: la de atraer hilachas, pelusas y cuerpecitos
pequeños.
Después de ser frotado
Elektron
Seda
Atracció
n de pe qu
eños cu
erpos

4. Modelo eléctrico de la materia.
Cualitativo
La materia estaría constituida Al frotar dos cuerpos neutros, pero
por dos tipos de partículas, que de distinto material, pasa un tipo
denominaremos Cargas. (P) de carga de uno al otro, quedando
Cuando estas partículas se ambos electrizados con diferente
encuentran en igual cantidad, el tipo de carga. (P)
cuerpo esta Neutro. (D) Al frotar VIDRIO con SEDA, el
Si ellas se encuentran en vidrio adquiere electricidad
distinta cantidad, el cuerpo esta POSITIVA y la SEDA, electricidad
electrizado. (D) NEGATIVA. (D)
Las cargas del mismo tipo se Las fuerzas eléctricas (de
repelen entre si y las de distinto atracción o repulsión dependen de
tipo se atraen. (L) la distancia entre las cargas. A
mayor distancia menor fuerza. (L)
¿Qué significan la (P), la (D) y la (L)

5. El Modelo Atómico
Se trata de un Modelo para la materia que da cuenta de
muchas de sus propiedades, incluida las eléctricas; pero
es más reciente, más compleja y, la idea es, en lo posible
llegar a entender, por lo menos, sus orígenes.
...De
momento
Nube de podemos
electrones (-) olvidarlo.
Núcleo (+)

6. Modelo en imágenes.
Cuerpo NEUTRO y Cuerpo ELECTRIZADO
Cargas Representación
Cuerpo
neutro
Cuerpo
positivo
Cuerpo
negativo

7. Benjamín Franklin
Para
rayos

8. Repulsiones y atracciones

9. Electrización por frotación
Cuerpos
Neutros
Frotación
Cuerpos
Electrizados

10. Electrización por frotación
Experimento
con teflón
Frotación
con los
dedos

11. Cargas Positivas y Negativas
Definición
Cuerpos VIDRIO SEDA
Neutros
Frotación
Cuerpos VIDRIO SEDA
Electrizados

12. Fuerza eléctrica y la distancia.
F F
r
F
r

13. Conductores y Aisladores
Cuerpo al cual se le
colocan cargas en la
zona que se indica
+ + + + +
Posibles + + +
comporta-
miento
+++++ + + +
Las cargas permanecen Las cargas se distribuyen
en el lugar en que se las en la periferia de todo el
coloco cuerpo.
Nombre: AISLADOR CONDUCTOR

14. Conductor electrizado
Note que en los conductores, el exceso de carga
eléctrica se distribuye en los límites del cuerpo.
+ + ++
+ + + + + + + +
+ +
+ +
+ +
++ ++ ++
+ +
+ + + + + + ++

15. Conductores y Aisladores
(Conceptos Relativos)
En general, podemos decir que, bajo determinadas
condiciones, todos los materiales son, en alguna
medida, CONDUCTORES.
Cuando veamos esto desde el punto de vista cuantitativo, podremos
asignarle a cada material un número que exprese su capacidad de
conducción.
De momento digamos que los materiales, desde este punto de vista,
se distribuyen del modo siguiente:
Silicio, Selenio,
Cerámica, H2O Gomas Al, Cu, Au
Germanio
Aisladores o malos Semi conductores Conductores
conductores

16. Conductores y Aisladores
(Conceptos Relativos)
Ciertos objetos que comúnmente consideramos aisladores, en
ciertas condiciones son conductores.

17. Conductores y Aisladores
(Conceptos Relativos)
+
H2O

18. Conductores y Aisladores
(Conceptos Relativos)
NaCl
+
H2O

19. Electrización por contacto.
Cuerpos Conductores: + + + + + +
+ + + + + A B
A, electrizado y B Neutro.
+
Contacto y
separación
+ + + + ++ + + + + ++
A B
Parte de las cargas que posee inicialmente
A, pasan al cuerpo B durante el contacto.

20. Electrización por contacto.
¿Qué ocurre si
+ + + + + +
el cuerpo B es + + + + + A
más grande que +
B
A?
Contacto y
separación

21. Electrización por contacto.
¿Qué ocurre si el
+ + + + + +
cuerpo B es más + + + + + A
grande que A? +
B
¿Qué ocurrirá si
B es infinitamente
grande en Contacto y
relación a A? separación
+ + + + + + + + +
A + + +
B

22. Conexión a Tierra
Sea un cuerpo A electrizado y B neutro e infinitamente
grande en relación al primero. Ambos conductores.
Antes del + + + + + +
contacto A
B
Después del
contacto A
B

23. Conexión a Tierra (Importancia)
Enchufe domiciliario La “Dirección General
de Servicios Eléctricos”
fiscaliza la conexión a
Rojo (Fase)
Tierra. (Es una Ley)
Verde
Blanco o negro
Seguridad para las personas

24. Conexión a Tierra (Propósito)
En los artefactos con caja
metálica, la conexión a tierra
debe estar conectada a la
caja.

25. Conexión a Tierra (Propósito)

26. Conexión a Tierra (Propósito)
Necesidad en computadores e impresoras

27. Inducción y Polarización
(Acción a distancia) (Separación de las cargas)
1º Escena: Un cuerpo conductor Neutro
2º Escena: Se aproxima un cuerpo electrizado:
+++
(Inductor) (Inducido)
Sin llegar a tocarlo.

28. Atracción entre un cuerpo electrizado
y uno neutro.
Cuerpo + + + + A
electrizado + + + +
(Inductor) + + + +
Fuerza que A
aplica sobre
las cargas
Fuerza
negativas. total sobre
Cuerpo ------ el cuerpo
Neutro neutro
(polarizado) + + + + + + Fuerza que A
aplica sobre las
cargan positivas,

29. Electrifican por Inducción.
1º Escena. Hay un cuerpo
conductor neutro.
2º Escena. Se aproxima
por la izquierda un cuerpo
electrizado (inductor).El
cuerpo se polariza
3º Escena. Se conecta y
desconecta a Tierra el
cuerpo (por la derecha)
4º Escena. Se retira el
cuerpo inductor. El cuerpo
inicial queda electrizado.

30. Algunos Experimentos
Balanza de torsión Hilo de
seda
Vidrio, plástico PVC, aluminio, etc +
+ +
+
++ +
++ +
+ +
Al acercar un objeto
electrizado se
produce una notoria
torsión en la varilla
que cuelga.

31. El Electroscopio
(En estado neutro)
Aislante
Tambor
(metal)
Eje de Giro
Soporte
(metal)

32. El Electroscopio
(En estado electrizado)
Aislante
Soporte

33. El Electroscopio
(Inducción)

34. El Electroscopio
(Contacto)

35. El Electroscopio
(Contacto)

36. Estudio cuantitativo de la
Electricidad
Esto implica:
» Definir carga eléctrica.
» Determinar los factores de los cuales
depende la fuerza eléctrica.
Lo que, a su vez, significa:
» Algunas abstracciones matemáticas.
» Algunas observaciones experimentales.

37. 1 Carga eléctrica (q, Q)
Carga eléctrica puntual:
» es un cuerpo electrizado cuyas
dimensiones resultan insignificantes en
relación as la situación en que es
considerado (es un concepto equivalente al de
partícula)
» Las designaremos con las letras “q” o “Q”
» Pueden ser positivas o negativas.

38. 2 Igualdad de carga eléctrica
Diremos que dos cargas qA y qB son iguales; es decir:
qA = q B
Si ambas producen, en igualdad de condiciones, los mismos
efectos sobre una tercera carga q.
FA
qA q
qB FB
q
Si FA = FB, entonces qA = qB. En general, Si FA = n FB,
entonces, qA = n qB.

39. 2 ¿De qué factores depende la fuerza
entre dos cuerpos electrizados?
De la cantidad de carga “q”
De la distancia “r” entre ellas
Del medio en que se encuentran
inmersas.
Fue el Físico Charles Agustín Coulomb,
basado en los trabajos de Newton, quien
aclarara los puntos anteriores.

40. a) ¿Cómo depende de la cantidad de
carga?
qA qB F
2qA qB 2F
3qA 2qB 6F
mqA nqB mnF
Es decir, lógicamente se deduce que, las fuerzas eléctricas son
directamente proporcionales al producto de las cargas; es decir
Fe = K1qAqB (K1 es una constante de proporcionalidad)

41. b) ¿Cómo depende de la distancia?
Para responder a esto la lógica no es suficiente: se
requiere de un experimento. Coulomb realizó algo como:
Fe
ángulo α tg α =
Fg
Fe Como podemos conocer
Fg = mg y medir α ,
Fg conocemos Fe
r α

42. El Experimento de Coulomb
Al medir La fuerza eléctrica (Fe) entre las cargas cuando se
encuentran a distintas distancias (r), encontramos que ella es
inversamente proporcional al cuadrado de dicha distancia; es
decir:
1
Fe = K 2
r2 K es una constante de proporcionalidad.
2
Nótese que, si la distancia entre dos cargas aumenta al
doble o al triple, entonces la fuerza eléctrica entre ellas se
reduce a la cuarta y a la novena parte respectivamente.

43. La Ley de Coulomb
Considerando lo que tenemos:
1
Fe = K1 qAqB F e = K2
r2
Se puede resumir en una sola expresión:
qAqB
Fe = K e
r2
La cual es conocida como ley de Coulomb.
Ke es una constante (constante eléctrica) cuyo valor
depende del medio en que se encuentren las cargas qA y qB

44. Comparación entre las Fuerzas
Eléctricas y Gravitacionales.
Las dos, junto con las fuerzas nucleares (Fuertes y débiles) son
básicas en nuestro universo. Sólo rigen a distinta escala.
Hay una gran semejanza en la estructura matemática de la Ley de
Coulomb y la Ley de Gravitación Universal de Newton.
qAqB mAmB
F e = Ke Fg = G
r 2 r2
Semejanzas en r2 semejanzas en los productos mAmB y qAqB
Diferencias en las constantes
Diferencias en los signos.

45. Unidad de carga eléctrica (Cb)
Diremos que una carga eléctrica es de 1
Coulomb (1 Cb), si colocada a 1 metro de otra
idéntica, se repele con ella con una fuerza de
9 x109 Newton cuando el medio en que se
encuentran es el vacío.
Vacío
9x109 N 1 Cb 1 Cb 9x109 N
1 metro
Problema histórico

46. Valor de la Constante Eléctrica
Despejando Ke de la Ley de Coulomb:
Fe r2
Ke =
qA q B
Reemplazando en ella los datos anteriores (definición de
Cb), tenemos que, en el vacío:
Nm2
Ke = 9x109
Cb2

47. Algunos datos importantes:
El electrón:
» Carga eléctrica e = - 1,6 x10-18 Cb.
» Masa de electrón me = 9,1 x 10-31 Kg.
Ke en distintos medios:
» Vacío Ke = 9x109 Nm2 /Cb2
» Aire Ke = 9x109 Nm2 /Cb2
» Agua Ke = 7,2x1011 Nm2 /Cb2

48. Algunos problemas:
El alumno debe se capaz de resolver diferentes problemas en
que interactuen hasta cuatro cargas eléctricas puntuales:
» Ejemplo 1. Una carga qA de 2x10-5 Cb mantiene en
equilibrio un pequeño cuerpo de 4x10-12 Kg, aquí en la
superficie terrestre y en el aire ¿Qué carga posee este
último cuerpo si la distancia entre sus centros es de 10
cm.?
Evidentemente la fuerza gravitacional y la
A
eléctrica que actúan sobre el cuerpo (que
designaremos por B), deben ser iguales
pero con sentidos opuestos; luego:
r
qA qB
B mg = Ke
r2

49. Concepto de Campo Eléctrico
El concepto de Campo es de una gran importancia en
Ciencias y, particularmente en Física .
La idea consiste en atribuirle propiedades al espacio en vez de
considerar a los verdaderos causantes de los fenómenos que
ocurren en dicho espacio.
Para comprender esto veamos un par de ejemplos:
 Un campo de temperaturas (Escalar)
 Un campo de velocidades (Vectorial)
 Campo gravitacional (Vectorial)
– Homogéneo
– No homogéneo

50. Concepto de Campo
Campo de Temperaturas (escalar)
Sala de clases
Termómetro
20º C
P 30º C
Puerta
40º C
50º C
Estufa
60º C
70º C
Líneas de Campo de temperaturas

51. Concepto de Campo
La intensidad del Campo de Temperaturas en el
punto P corresponde a lo que mide el termómetro
que está en él.
40ºC
Es una magnitud escalar puesto que no posee
dirección asociada .
La causa verdadera de que la temperatura de las P
isotermas sea 40º C. se debe a la estufa, la
puerta, la temperatura exterior, las dimensiones
de la sala, etc.
Evidentemente no depende del instrumento con
que se mide la Intensidad del Campo de
Temperaturas; es decir, no depende del
Termómetro.

52. Concepto de Campo
Campo de velocidades (vectorial)corriente de agua
Río o
En cada punto el agua se mueve con una velocidad
específica (dirección y módulo)

53. Concepto de Campo
Campo gravitacional homogéneo (Es, en realidad un
campo de aceleraciones gravitacionales)
Sala de clases
Todos los puntos
de la sala de clases
tienen la propiedad
de que masas
colocadas en ellos
experimentan la
misma aceleración;
es decir:
g = Cont.
Este Campo gravitacional depende del planeta en que se encuentre la sala de clases.

54. Concepto de Campo
Si consideramos el planeta Tierra en su totalidad; entonces el Campo
gravitacional presenta otro aspecto.
GM
g=
r2
Tierra
La intensidad
de campo; g,
depende de M
y r.

55. Concepto de Campo Eléctrico
Sea un punto P del espacio.
Para dicho punto se define la Intensidad del Campo
Eléctrico, que designaremos por E, del modo siguiente.
Coloquemos en dicho punto una carga de prueba q0+.
Si Fe es la fuerza eléctrica que actúa sobre ella (Debido a las
otras cargas eléctricas que existen en el espacio y que
desconocemos), entonces:
F
E= q+
0

56. Concepto de Campo Eléctrico
Como se puede ver, el Campo Eléctrico es un
campo vectorial.
Posee, en cada punto, la dirección y sentido de
Fe
Posee la dirección en que actúa la fuerza
eléctrica.
Su unidad (M.K.S.) es el Newton / Coulomb.
No depende ni del valor de la fuerza que se mida
( F ) ni del valor de la carga de prueba que se use
( q 0 + ) (Del mismo modo que en el campo de
temperaturas no depende del termómetro).

57. Concepto de Campo Eléctrico
Ejemplo: Sea el punto P del espacio.
¿Cuál será la intensidad de Campo Eléctrico en dicho punto?
P

58. Concepto de Campo Eléctrico
Coloquemos en P una carga q0+ = 0.1 Cb.
Supongamos que sobre ella actúa una fuerza eléctrica igual a
Fe = 120 N. en la dirección...
P
q0+ = 0.1 Cb

59. Concepto de Campo Eléctrico
Tenemos que E = 120 N / 0,1 Cb = 1200 N/Cb.
En la misma dirección y sentido de Fe; es decir...
N
20
F = 1
E= q+ P
Fe
0
q0+ = 0.1 Cb

60. Concepto de Campo Eléctrico
Hemos calculado la intensidad de Campo Eléctrico (E); pero ¿qué significa?
b
N /C
0
120
=
E
P
q0+ = 0.1 Cb

61. Concepto de Campo Eléctrico
Significa que en el espacio existen otras cargas eléctricas que generan un
campo Eléctrico en él.
Puede existir, por ejemplo una carga positiva Q, o bien....
b
N /C
0
120
=
E
P
Q
+

62. Concepto de Campo Eléctrico
Una carga negativa, o una positiva y una negativa.
muchas cargas que producen el mismo efecto.
Q -
b
N /C
0
120
=
E
P
Q
+

63. Concepto de Campo Eléctrico
Una carga negativa, o una positiva y una negativa.
muchas cargas que producen el mismo efecto.
Q -
b
N /C
0
120
Q E
=
+ P
Q
+

64. Líneas de Campo Eléctrico
En un espacio, en que existe un campo eléctrico, tiene sentido
imaginar líneas por donde acelerarían cargas eléctricas
puntuales q0+ que fueran colocados en ellos.
Estas cargas de pruebas son imaginarias, y su valor no
interesa.
Si en cierto experimento fueran reales, al dejarlas libres en un
espacio en que existe un Campo Eléctrico, las veríamos
acelerar siguiendo trayectorias que nos mostrarían la forma
de dicho campo

65. Campo Eléctrico (para una carga puntual Q ) +
Se parecen mucho a las líneas del campo gravitacional de un planeta
Q+
q0+

66. Campo Eléctrico (para una carga puntual Q ) -
Se parecen mucho a las líneas del campo gravitacional de un planeta
Q-
q0+

67. Campo Eléctrico (para una carga puntual Q)
A una Distancia r de una carga eléctrica Q, la intensidad
de Campo Eléctrico (E) es, según la Ley de Coulomb:
q0+
Q q0
Fe = Ke q0
Q r2
r Fe Q
= Ke
q0 r2
Q
E = Ke
r2

68. Campo Eléctrico (para un par de carga Q 1 , Q2 )
Las líneas de campo son, si ambas cargas son de signo contrario:

69. Campo Eléctrico (para un par de carga Q 1 , Q2 )
Las líneas de campo son, si ambas cargas son del mismo signo:

70. ¿Qué puede decirse de las cargas?

71. ¿Qué puede decirse de las cargas?

72. Potencial Eléctrico (V)
Sea un punto P cualquiera de un espacio
en que existe un campo eléctrico
Sea E la Energía que se requiere para P
trasladar una carga de prueba (q0) desde
un punto definido como de potencial cero
hasta el punto P; entonces,
el potencial de P es: V = E/q0 q0
Como E se mide en Joules y q en Coulomb,
entonces:
V se mide en V=0
Joules/Coulomb = J/C = Volts = V

73. Potencial Eléctrico (V)
¿Qué significa...
+
+
12 Volts 220 Volts 1,5 Volts