Presentación de la primera ley de la electrostática y la ley de coulomb

1. ELECTROSTÁTICA

2. Carga eléctrica
Cuando una barra de caucho se frota con piel, se remuevenCuando una barra de caucho se frota con piel, se remueven
electrones de la piel y se depositan en la barra.electrones de la piel y se depositan en la barra.
Se dice que la barra seSe dice que la barra se cargó negativamentecargó negativamente debido adebido a
unun excesoexceso de electrones. Se dice que la piel sede electrones. Se dice que la piel se cargócargó
positivamentepositivamente debido a unadebido a una deficienciadeficiencia de electrones.de electrones.
Los electronesLos electrones
se mueven dese mueven de
la piel a lala piel a la
barra debarra de
caucho.caucho.
positivo
negativo
+ + + +
-- --
PielPiel
CauchoCaucho

3. Vidrio y seda
Cuando una barra de vidrio se frota con seda, seCuando una barra de vidrio se frota con seda, se
remueven electrones del vidrio y se depositan en la seda.remueven electrones del vidrio y se depositan en la seda.
Se dice que el vidrio estáSe dice que el vidrio está cargado positivamentecargado positivamente debido adebido a
unauna deficienciadeficiencia de electrones. Se dice que la seda estáde electrones. Se dice que la seda está
cargada negativamentecargada negativamente debido a undebido a un excesoexceso de electrones.de electrones.
Los electronesLos electrones
de mueven delde mueven del
vidrio a lavidrio a la
seda.seda.
positivo
negativo
- - - -
+
+
+
+
seda
vidrio

4. El electroscopio
Electroscopio de
esferas de médula
de saúco
Electroscopio de
hoja de oro
Aparatos de laboratorio que se usan para estudiar
la existencia de dos tipos de carga eléctrica.
Aparatos de laboratorio que se usan para estudiar
la existencia de dos tipos de carga eléctrica.

5. Dos cargas negativas se repelen
1. Cargue la barra de caucho al frotarla con piel.1. Cargue la barra de caucho al frotarla con piel.
2. Transfiera electrones de la barra a cada esfera.2. Transfiera electrones de la barra a cada esfera.
Dos cargas negativas se repelen mutuamente.Dos cargas negativas se repelen mutuamente.

6. Dos cargas positivas se repelen
1. Cargue la barra de vidrio al frotarla con seda.1. Cargue la barra de vidrio al frotarla con seda.
2.2. Toque las esferas con la barra. Los electrones libres en lasToque las esferas con la barra. Los electrones libres en las
esferas se mueven para llenar los vacíos en la seda, lo queesferas se mueven para llenar los vacíos en la seda, lo que
deja a cada esfera con deficiencia. (Se cargandeja a cada esfera con deficiencia. (Se cargan
positivamente.)positivamente.)
Las dos cargas positivas se repelen mutuamente.Las dos cargas positivas se repelen mutuamente.Las dos cargas positivas se repelen mutuamente.Las dos cargas positivas se repelen mutuamente.

7. Los dos tipos de carga
piel
caucho
Atracción
Note que la esfera cargada negativamenteNote que la esfera cargada negativamente (verde)(verde) eses
atraídaatraída por la esfera cargada positivamentepor la esfera cargada positivamente (roja)(roja)..
¡Cargas opuestas se atraen!¡Cargas opuestas se atraen!
seda
vidrio

8. Primera ley de la
electrostática
Cargas iguales se repelen;
cargas opuestas se atraen.
Cargas iguales se repelen;
cargas opuestas se atraen.
NegNeg PosNegPosPos

9. Carga por contacto
1.1. Tome un electroscopio descargado, como se muestra abajo.Tome un electroscopio descargado, como se muestra abajo.
2.2. Ponga una barra cargada negativamente en contacto con laPonga una barra cargada negativamente en contacto con la
perilla.perilla.
3. Los electrones se mueven3. Los electrones se mueven porpor la hoja y el eje, lo quela hoja y el eje, lo que
hace que se separen. Cuando la barra se retira, elhace que se separen. Cuando la barra se retira, el
electroscopio permanece cargadoelectroscopio permanece cargado negativamentenegativamente..
---
---
-
-
-
---
---
--- - -

10. Cargue el electroscopio positivamente
mediante contacto con una barra de
vidrio:
+
+
+
+
++ ++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Repita los procedimientos usando una barra de vidrio
cargada positivamente. Los electrones se mueven desde
la esfera para llenar la deficiencia en el vidrio, lo que
deja el electroscopio con una carga neta positiva cuando
se retira el vidrio.

11. Carga de esferas por inducción
--- - -
Esferas no cargadas Separación de carga
--- - -
Aislamiento de
esferas
Cargadas por inducción
--
--
++
++
--
--
++
++ +
+
+ +
-
-
- -
Inducción
ElectronesElectrones
repelidosrepelidos

12. Inducción para una sola esfera
--- - -
Esfera no cargada Separación de carga
Los electrones se
mueven a tierra
Cargada por inducción
+
+
+ +
Inducción
--
--
--- - -
++
++
--
--
- - - -
--
--
++
++
--
--

13. La cantidad de carga
LaLa cantidad de cargacantidad de carga (q)(q) se puede definir ense puede definir en
términos del número de electrones, pero eltérminos del número de electrones, pero el CoulombCoulomb
(C)(C) es una mejor unidad para trabajo posterior. Laes una mejor unidad para trabajo posterior. La
siguiente puede ser una definiciónsiguiente puede ser una definición temporaltemporal::
Coulomb: 1 C = 6.25 x 1018
electronesCoulomb: 1 C = 6.25 x 1018
electrones
Esto significa que la carga en un solo electrón es:Esto significa que la carga en un solo electrón es:
1 electrón: e-
= -1.6 x 10-19
C1 electrón: e-
= -1.6 x 10-19
C

14. Unidades de carga
ElEl coulombcoulomb (que se selecciona para usar con(que se selecciona para usar con
corrientes eléctricas) en realidad es unacorrientes eléctricas) en realidad es una
unidad muy grandeunidad muy grande para electricidad estática.para electricidad estática.
Por ende, con frecuencia es necesario usar losPor ende, con frecuencia es necesario usar los
prefijos métricos.prefijos métricos.
1 µC = 1 x 10-6
C1 µC = 1 x 10-6
C 1 nC = 1 x 10-9
C1 nC = 1 x 10-9
C
1 pC = 1 x 10-12
C1 pC = 1 x 10-12
C

15. Ejemplo 1. Si 16 millones de electrones se
remueven de una esfera neutral, ¿cuál es la
carga en coulombs sobre la esfera?
1 electrón: e-
= -1.6 x 10-19
C
-19
6 -
-
-1.6 x 10 C
(16 x 10 e )
1 e
q
 
=  
 
q = -2.56 x 10-12
C
Dado que seDado que se remuevenremueven electrones, la carga queelectrones, la carga que
permanece sobre la esfera serápermanece sobre la esfera será positiva.positiva.
Carga final sobre la esfera: q = +2.56 pCq = +2.56 pC
+ + + +
+ + +
+ + +
+ +
+ +

16. Ley de Coulomb
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 entre ellas.
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 entre ellas.
F
r
FF
q
q q’
q’- +
- -
2
'qq
F
r
∝

17. Cálculo de fuerza eléctrica
La constante de proporcionalidadLa constante de proporcionalidad kk para lapara la ley deley de
CoulombCoulomb depende de la elección de las unidades paradepende de la elección de las unidades para
carga.carga.
Cuando la cargaCuando la carga qq está enestá en coulombscoulombs, la distancia, la distancia rr
enen metrosmetros y la fuerzay la fuerza FF enen newtonsnewtons, se tiene:, se tiene:
2 2
9
2
N m
9 x 10
' C
Fr
k
qq
⋅
= =
qq
Fr
k
r
qkq
F
′
=
′
=
2
2
donde

18. Ejemplo 2. Una carga de –5 µC se coloca a 2
de una carga de +3 µC. Encuentre la fuerza
entre las dos cargas.
- +
2 mm
+3 µC-5 µC
q q’
Dibuje y marque lo
dado en la figura: r
F
2
2
9 -6 -6Nm
C
2 -3 2
(9 x 10 )( 5 x 10 C)(3 x 10 C'
(2 x 10 m)
kqq
F
r
−
= =
F = 3.38 x 104
N; atracciónF = 3.38 x 104
N; atracción
Nota: Los signos se usan SÓLO para determinar la dirección de la fuerza.Nota: Los signos se usan SÓLO para determinar la dirección de la fuerza.