Se estudia las propiedades eléctricas de la materia y la ley de Coulomb

1. Silabo del curso. Carga eléctrica. Propiedades
de la carga eléctrica. Ley de Coulomb.
Principio de Superposición.
Semana 1
Ley de Coulomb

2. ¿Cuál fue la causa del incendio?
20/08/2013 Yuri Milachay 2
http://www.youtube.com/watch?v=tuZxFL9cGkI

3. Lluvia de ideas
1. En general, ¿cómo se produce fuego?
2. En nuestro caso,
a) ¿Qué sustancia actuó de combustible?
b) ¿Cómo se desencadena el fuego? Plantee una hipótesis.
20/08/2013 Yuri Milachay 3

4. Logros de la sesión
 Al finalizar la sesión, el estudiante:
 Reconoce las características y propiedades que presentan los
cuerpos con carga eléctrica.
 Describe las características eléctricas de los materiales
aislantes y conductores.
 Explica los procesos de carga y descarga eléctricos.
 Calcula las fuerzas eléctricas de atracción o repulsión
aplicando la ley de Coulomb.
20/08/2013 Yuri Milachay 4

5. La carga eléctrica
La carga eléctrica es la propiedad
fundamental de la materia.
Explica la estabilidad de los
átomos y sus propiedades.
La unidad SI de la carga eléctrica
es el coulomb (C).
La carga fundamental se
representa como «e» y su valor
es
e = 1,602 1 × 10– 19 C
 Prefijos usados comúnmente
 micro ( = 10–6) 1 C = 10–6 C
 nano ( = 10–9) 1 C = 10–9 C
 pico (p = 10– 2) 1 pC = 10–12 C
20/08/2013 Yuri Milachay 5

6. Propiedades de la carga eléctrica
La unidad básica de carga
negativa lo posee el electrón, y la
unidad básica de carga positiva lo
posee el protón.
La carga neta de un cuerpo es
cero.
Los cuerpos se cargan o
descargan por exceso o defecto
de electrones.
 La carga está cuantizada, es
decir, todas las cargas Q son un
múltiplo de la carga
fundamental e:
Donde n es un número entero
positivo.
20/08/2013 Yuri Milachay 6
enQ 

7. Producción de carga negativa
20/08/2013 Yuri Milachay 7
Cuando una barra de caucho se frota con piel, se remueven
electrones de la piel y se depositan en la barra.
Se dice que la barra se cargó negativamente debido a un exceso
de electrones. Se dice que la piel se cargó positivamente
debido a una deficiencia de electrones.
Los electrones
se mueven de
la piel a la
barra de
caucho.
positivo
negativo
+ + + +
-
-
-
-
Piel
Caucho

8. Producción de carga positiva
20/08/2013 Yuri Milachay 8
Cuando una barra de vidrio se frota con seda, se remueven
electrones del vidrio y se depositan en la seda.
Se dice que el vidrio está cargado positivamente debido a una
deficiencia de electrones. También se dice que la seda está
cargada negativamente debido a un exceso de electrones.
Los electrones
de mueven
del vidrio a la
seda.
positivo
negativo
- - - -
+
+
+
+
seda
vidrio

9. Dos cargas negativas se repelen
20/08/2013 Yuri Milachay 9
1. Cargue la barra de caucho al frotarla con piel.
2. Por contacto, transfiera electrones de la barra a cada
esfera.
Observará que dos cargas negativas se repelen

10. Dos cargas positivas se repelen
20/08/2013 Yuri Milachay 10
1. Cargue la barra de vidrio al frotarla con seda.
2. Toque las esferas con la barra. Los electrones libres en las
esferas se mueven para llenar los vacíos en el vidrio, lo que
deja a cada esfera con deficiencia; es decir, se cargan
positivamente.
Las cargas positivas se repelen.

11. Los dos tipos de carga
20/08/2013 Yuri Milachay 11
piel
caucho
Atracción
¿Qué cargas tienen las esferas?
¡Cargas opuestas se atraen!
seda
vidrio

12. Primera ley de la electrostática
20/08/2013 Yuri Milachay 12
Cargas iguales se repelen;
cargas opuestas se atraen.
NegNeg PosNegPosPos

13. Producción de cargas por inducción
20/08/2013 Yuri Milachay 13
-
- - - -
Esferas no cargadas Separación de carga
-
- - - -
Aislamiento de esferas Cargadas por inducción
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+ +
+
+ +
-
-
- -
Inducción
Electrones
repelidos

14. Efecto «tierra»
20/08/2013 Yuri Milachay 14
-
- - - -
Esfera no cargada Separación de carga
Los electrones se
mueven a tierra
Cargada por inducción
+
+
+ +
Inducción
-
-
-
-
-
- - - -
+
+
+
+
-
-
-
-
- - - -
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
-

15. ¿Cómo se aplica el concepto de “tierra”?
20/08/2013 Yuri Milachay 15

16. 20/08/2013 Yuri Milachay, Hugo Vizcarra 16
Aplicación tecnológica de las cargas electrostáticas
 La pintura electrostática es utilizada
para el recubrimiento eficaz de
superficies, especialmente de
vehículos y equipos sofisticados, los
cuales se pretende proteger contra la
corrosión.
 A partir de la imagen mostrada, ¿cuál
crees que es el principio de
funcionamiento de la pintura
electrostática?
++++
----

17. ¿Qué rol juega la electricidad en el fotocopiado?
20/08/2013 Yuri Milachay 17

18. Ley de Coulomb
Coulomb encontró que para dos cargas puntuales q1 y q2 (cargas de
dimensiones muy pequeñas en comparación con la distancia r entre
ellas), la fuerza eléctrica es directamente proporcional al producto de las
cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.
20/08/2013 Yuri Milachay 18
2
9
2
Nm
k 8,99 10
C
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Coulomb

19. k – constante eléctrica (o de Coulomb)
 La constante eléctrica también
se expresa como:
 Donde e se denomina
permisividad eléctrica del
medio.
20/08/2013 Yuri Milachay 19
Material k (N∙m2/C2) e (C2/N∙m2)
Vacío 8,99×109 8,85×10-12
Parafina 4,16×109 1,90×10-11
Mica 1,38×109 5,76×10-11
Papel
parafinado
4,09×109 1,95×10-11
Poliestireno 8,56×109 9,30×10-12
Baquelita 2,04×109 3,90×10-11
C-irbolito 2,25×109 3,54×10-11
Vidrio
orgánico
2,64×109 3,01×10-11

1
k
4e

20. Ejercicios
Dos bolitas de 0,10 g médula de
saúco están suspendidas del
mismo punto por cuerdas de 30,0
cm de largo. Cuando las bolitas
tienen cargas iguales, llegan al
reposo cuando están a 18,0 cm de
distancia, como se muestra en la
figura. ¿Cuál es la magnitud de la
carga en cada bolita?
20/08/2013 Yuri Milachay 20

21. Principio de superposición
Como ley básica adicional, no
deducible de la ley de Coulomb, se
encuentra el Principio de
Superposición:
"La fuerza total ejercida sobre una
carga eléctrica Q por un conjunto de
cargas q1, q2, q3, … , qn será igual a la
suma vectorial de cada una de las
fuerzas ejercidas por cada carga qi
sobre la carga Q.”
20/08/2013 Yuri Milachay 21
N N
i
i ri2
i i i
kqQ
F F u
r
  
  
q5
q4
q3
q2
q1
Q
FR
F5
F4
F3
F2
F1
r1

22. Ejercicio
Determine el módulo y la
dirección de la fuerza resultante
sobre la carga en el centro del
cuadrado.
20/08/2013 Yuri Milachay 23
q
+q
q
+q
+q
L
L
q
+q
+q
q
+q
L
L
2
e 2
q
4k cos45
2
L
2
 
  
 

23. Conclusiones
 La primera ley de la electrostática establece que las cargas del
mismo signo se repelen entre sí y las cargas de diferente signo se
atraen unas a otras.
 La ley de Coulomb determina que la fuerza de atracción o
repulsión entre dos cargas puntuales es directamente
proporcional al producto de las dos cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia (separación) entre las
dos cargas.
 La fuerza resultante sobre una carga en particular se calcula
sumando las fuerzas parciales con los métodos del álgebra
vectorial,.
20/08/2013 Yuri Milachay 24

24. Referencias Bibliográficas
20/08/2013 Yuri Milachay 25
• S. Zemansky. Física Universitaria. 12 Ed. Pearson Education.
Cap.21.
• P. Tippens . Física, Conceptos y Aplicaciones. 7° edición. Ed.
McGraw Hill. Pág. 463-475.