Introducción a la teoría electromagnética clase 1

1. Introducción a la teoría
electromagnética
Clase 1
17/09/2013

2. • El electromagnetismo es una rama de la física
que estudia y unifica los fenómenos eléctricos
y magnéticos en una sola teoría, cuyos
fundamentos fueron sentados por Michael
Faraday y formulados por primera vez de
modo completo por James Clerk Maxwell.

3. • La formulación consiste en cuatro ecuaciones
diferenciales vectoriales que relacionan el
campo eléctrico, el campo magnético y sus
respectivas fuentes materiales (corriente
eléctrica, polarización eléctrica y polarización
magnética), conocidas como ecuaciones de
Maxwell.

4. • El electromagnetismo es una teoría de
campos; es decir, las explicaciones y
predicciones que provee se basan en
magnitudes físicas vectoriales o tensoriales
dependientes de la posición en el espacio y del
tiempo.

5. • El electromagnetismo describe los fenómenos
físicos macroscópicos en los cuales
intervienen cargas eléctricas en reposo y en
movimiento, usando para ello campos
eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las
sustancias sólidas, líquidas y gaseosas.

6. • Por ser una teoría macroscópica, es
decir, aplicable sólo a un número muy grande
de partículas y a distancias grandes respecto
de las dimensiones de éstas, el
electromagnetismo no describe los fenómenos
atómicos y moleculares, para los que es
necesario usar la mecánica cuántica.

7. Carga Eléctrica
• Hay dos tipos de carga en la
naturaleza, llamadas positivas y negativas, es
decir con la propiedad de que cargas
diferentes se atraen unas y otras y cargas
similares se rechazan entre sí.

8. Carga Eléctrica
• Por lo tanto propiedades fundamentales de la
carga eléctrica son:
• Cuantización. Todas las cargas observables se
presentan en cantidades enteras de la unidad
fundamental de la carga e. Es decir la carga
esta cuantizada.

9. Carga Eléctrica
• Por lo tanto propiedades fundamentales de la
carga eléctrica son:
• Cuantización. Todas las cargas observables se
presentan en cantidades enteras de la unidad
fundamental de la carga e. Es decir la carga
esta cuantizada.
• La carga del electrón es –e y la del protón es
+e
• e = 1.60x10-19 C

10. Carga Eléctrica
• Toda carga presente en la naturaleza puede
escribirse en la forma
• Siendo N un numero entero. Sin embargo, en
objetos ordinarios N es usualmente muy grande y
la carga parece ser continua, del mismo modo
que el aire parece ser un medio continuo y
realmente consta de muchas moléculas discretas.
Q Ne

11. Carga Eléctrica
• Por ejemplo, al cargar una barra de plástico
frotándola con un trozo de piel se transfiere
del orden de 1010 electrones de la barra.

12. Carga Eléctrica
• Conservación de la energía. La carga se
conserva, es decir, en cualquier proceso ni se
crea ni se destruye; simplemente se transfiere.
• Por lo tanto la unidad del SI de carga es el
coulomb, el cual se define en función de la
unidad de la corriente o intensidad eléctrica, el
amper (A, es la unidad de corriente utilizada
en los circuitos eléctricos habituales)

13. Carga Eléctrica
• El coulomb (C) es la cantidad de carga que
fluye a través de un cable de un conductor en
un segundo cuando la intensidad de corriente
en el mismo es de un Amper. La unidad
fundamental de carga eléctrica e esta
relacionada con el coulomb por:
• e = 1.602177 x 10-19 C ≈ 1.60 x 10-19 C

14. Carga Eléctrica
• Existen tres procesos, para cargar un cuerpo:
• Por Frotamiento . Cuando la ebonita y la lana
se ponen en contacto por frotamiento, hay un
paso espontaneo de electrones de la lana a la
ebonita esto adquiere por lo tanto, un exceso
de electrones y resulta cargada
negativamente, mientras que la lana que ha
perdido electrones se carga positivamente.

15. Carga Eléctrica
Como se muestra en la siguiente figura:

16. Carga Eléctrica
Como se muestra en la siguiente figura:

17. Carga Eléctrica
• Las características de este proceso son:
• Los cuerpos inicialmente se encuentran
neutros (carga neta nula).
• Hay transmisión de carga
• No hay creación de carga eléctrica
• La cantidad de carga es la misma en ambos
cuerpos, pero de signo opuesto, al final del
proceso.

18. Carga Eléctrica
• Por contacto. En este caso uno de los cuerpos
tiene que estar cargado, ya se apositivo o
negativo.
• Cuando los cuerpos se ponen en contacto, el
cuerpo cargado (inductor) atrae las cargas de
signo opuesto y repele la de igual signo. Al
producirse el contacto instantáneo, las cargas
negativas pasan al inductor (si es positivo) y las
cargas positivas se repelen y quedan en exceso en
el cuerpo que se quiere cargar.

19. Carga Eléctrica
• Como se muestra en la siguiente figura:

20. Carga Eléctrica
• Como se muestra en la siguiente figura:

21. Carga Eléctrica
• Como se puede observar el cuerpo queda
cargado, de igual signo, que el inductor.
• Por inducción. En este caso es necesario que
uno de los cuerpos este cargado (inductor), al
acercarse al cuerpo, se atrae las cargas de
signo opuesto y se repele las cargas de igual
signo.

22. Carga Eléctrica
• A continuación, el cuerpo que se quiere cargar
(inducido) se coloca a tierra y las cargas
negativas van a tierra, si el inductor es
negativo. Ascienden cargas negativas, si el
inductor tiene cargas de signo positivo. Al final
el cuerpo se carga de signo opuesto al
inductor.

23. Carga Eléctrica
Como se muestra en la siguiente figura:

24. Carga Eléctrica
Como se muestra en la siguiente figura:

25. Resumen
• Carga Eléctrica
• La carga eléctrica es una propiedad
fundamental de la materia.
• Propiedades de las cargas eléctricas
• Las cargas eléctricas pueden ser de dos tipos:
positivas y negativas.
• Las cargas distintas de signo distinto se atraen
y las del mismo signo se repelen.

26. Resumen
• Carga Eléctrica
• La carga esta cuantizada, es decir, existe en
múltiplos enteros de la carga del electrón.
• La carga eléctrica siempre se conserva en los
sitemas.
Carga electrica = número entero carga del electrón
q Ne

27. Resumen
• Carga Eléctrica
• La unidad de la carga eléctrica en el SI es el
coulomb (C)
• La carga del electrón es de

28. Problemas de Carga Eléctrica
• Problema 1
• Al frotar una barra de plástico con un paño de
lana aquella adquiere una carga de -0.8 µC.
¿Cuántos electrones se transfieren del paño
de la lana a la barra de plástico?

29. Solución
e
q n e

30. Solución
12
19
0.8
5.00 10
1.6 10
e
q C
n
e C

31. Problemas de Carga Eléctrica

32. Solución
23 19 4
1 6.02 10 1.6 10 / 9.63 10A
faraday N e electrones C electrones C

33. Problemas de carga eléctrica

34. Solución
• La carga neta en una partícula esta dada por
13
13 -19
carga
) 5 10 electrones
0 - 5 10 1.6 10 8
protones electrones protón
electrones
q N N
a N
q q uC
14 14
14 14 19
) 4.3 10 protones, 2.5 10 electrones
4.3 10 2.5 10 1.6 10
28.8
protones electrones
b N N
q
q C

35. • Es conveniente clasificar las sustancias en
términos de su capacidad para conducir carga
eléctrica:
• Los conductores eléctricos son materiales en
que las cargas eléctricas se mueven con
bastante libertad, en tanto que los aislantes
eléctricos son materiales en los que las cargas
eléctricas no se mueven con tanta libertad.

36. • Los semiconductores son una tercera clase de
materiales y sus propiedades eléctricas se
encuentran entre los aislante y la de los
conductores. El silicio y el germanio son
ejemplos bien conocidos de semiconductores
utilizados comúnmente en la fabricación de
diversos dispositivos electrónicos tales como
transistores y diodos emisores de luz.

37. • Las propiedades eléctricas de los
semiconductores pueden cambiar en varios
ordenes de magnitud añadiendo a los
materiales cantidades controladas de ciertos
átomos.

38. • Cuando un conductor se conecta a la tierra por
medio de un alambre o tubo de conducción se
dice que esta aterrizado. La tierra puede
considerarse entonces un sumidero infinito al
cual las cargas eléctricas pueden emigrar
fácilmente. Con esto en mente se puede
entender de que manera se carga un
conductor por medio de un proceso conocido
por inducción.