El documento trata sobre electrostática y conceptos básicos de electricidad. Explica que la electrostática describe la interacción entre objetos eléctricamente cargados en reposo. Describe que la carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia asociada con electrones y protones. También cubre la ley de Coulomb sobre fuerzas entre cargas, el concepto de campo eléctrico, y cómo se crean campos eléctricos por distribuciones de carga puntuales y continuas.

1. Electrostática

2. Resolver los siguientes problemas del capítulo 23 (a partir de la página 734) del texto guía: 7 19 25 26 28 33 34 35 40 49 50 53 59

3. ¿ Qué es la electricidad? Es la parte de la física que describe los fenómenos asociados con la interacción entre objetos eléctricamente cargados . ¿ Qué es la electrostática? Es la parte de la física que describe los fenómenos asociados con la interacción entre objetos eléctricamente cargados que se encuentran en reposo . Igual que la masa, la carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia. La carga eléctrica está asociada con partículas que constituyen el átomo: el electrón y el protón.

4. Si una barra de caucho se frota con un paño de lana, se electriza. Lo mismo sucede si una varilla de vidrio se frota con un paño de seda. A mbas varillas pueden atraer objetos ligeros, como hilos o trocitos de papel, La propiedad eléctrica adquirida no es equivalente en ambos casos. Así, puede observarse que dos barras de caucho electrizadas se repelen entre sí, y lo mismo sucede en el caso de que ambas sean de vidrio. Sin embargo, la barra de caucho es capaz de atraer a la de vidrio y viceversa.

5. Ley de las cargas Cargas iguales se repelen entre sí, y cargas desiguales se atraen entre sí.

6. ¿ Por qué tantas cosas en este mundo comparten las mismas características? ¿De qué está hecho el mundo? El hombre llegó a comprender que la materia de la que está hecho el mundo, es realmente un conglomerado de unos pocos bloques constructivos fundamentales . Cuando decimos bloques constructivos fundamentales, significa objetos que son simples y sin estructura -- no están hechos con otros objetos más chicos.

7. ¿ Es el átomo fundamental? Alrededor de 1900, la gente pensaba que los átomos eran pequeñas bolitas. ¿ Es el núcleo fundamental? Muchos años más tarde, los científicos descubrieron que el núcleo está compuesto de protones (p) y neutrones (n). ¿ Son fundamentales los protones y los neutrones? Resulta que incluso los protones y los neutrones no son fundamentales -- están compuestos por partículas más fundamentales llamadas quarks. Los físicos ahora creen que los quarks y los electrones SON fundamentales . (Sin embargo, ésta es una pregunta que sólo puede responderse en forma experimental.)

8. El modelo atómico distorsionado Si esta figura estuviera dibujada a escala, con los protones y neutrones de 1 centímetro de diámetro, entonces los electrones y los quarks serían más pequeños que el diámetro de un cabello y el diámetro del átomo entero sería más grande que el largo de 30 campos de fútbol.

9. Los quarks y la escala de las cosas Se sabe con certeza que los quarks y electrones son más pequeños que 10  18 m. También es posible que los quarks y electrones no sean fundamentales sino que estén compuestos de partículas más fundamentales.

10. Para explicar como se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está hecha de átomos, y los átomos de partículas cargadas, un núcleo rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra, tiene el mismo número de cargas positivas y negativas.

11. La carga sobre un electrón y aquella sobre un protón son iguales en magnitud, pero opuestas en signo. La magnitud de la carga sobre un electrón es abreviada con e y es la unidad de carga fundamental, ya que es la carga más pequeña observada en la naturaleza. La unidad SI de carga es el coulomb (C) , llamada así en honor del físico francés Charles Coulomb (1736-1806). Carga neta significa que el objeto tiene un exceso de cargas positivas o negativas. e = 1.6  10  19 C La carga neta en un sistema aislado permanece constante. La carga neta está “ cuantizada ”.

12. Conductores, semiconductores y aislantes

13. El electroscopio Es un dispositivo usado para demostrar la característica de la carga eléctrica.

14. Carga por fricción Es posible dar a un objeto una carga neta por carga electrostática . El término se refiere a cualquier proceso por medio del cual un aislante o un conductor aislado recibe una carga neta.

15. Carga por conducción (contacto)

16. Carga por inducción

17. Separación de carga por polarización Un objeto puede tener una carga móvil dentro de él y no obstante mantener una carga neta de cero. En este caso, la inducción genera una polarización, o separación de carga.

18. Fuerza eléctrica Charles Coulomb utilizó un péndulo de torsión para establecer la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas “puntuales” (Ley de Coulomb).

19. k en el SI es igual a: 8.988  10 9 N·m 2 /C 2 k está conformada por otras dos constantes  = 3.14159265….  0 = 8.854  10  12 C 2 /(N·m 2 ) llamada la permitividad del espacio libre (vacío)

20. Al peinar el cabello seco con un peine de caucho, el peine puede adquirir una carga neta negativa. El peine cargado puede entonces usarse para atraer y recoger pequeñas piezas de papel no cargado. Esto parecería violar la ley de la fuerza de Coulomb. Como el papel no tiene carga neta, usted podría esperar que no hubiese fuerza eléctrica sobre él. ¿Qué mecanismo de carga explica este fenómeno, y cómo lo explica? ¿El fenómeno antes descrito le da a usted el signo de la carga sobre el peine? Explique por qué sí o por qué no.

21. Dos cargas puntuales de  1.0 nC y +2.0 nC están separadas 0.30 m. ¿Cuál es la fuerza eléctrica sobre cada partícula? F 12 = F 21 = 0.20  10  6 N = 0.20  N

22. Dos cargas puntuales, Q 1 y Q 2 , interactúan simultáneamente sobre Q 3 . Determine la fuerza resultante que actúa sobre Q 3 . + + - 40 cm 30 cm Q 1 Q 2 Q 3 Q 3 = + 50  C Q 1 =  60  C Q 2 = + 40  C F 3 37º F 3 = 120 N  = 159º F 31 F 13 F 32 F 23 F 31 F 32 

23. Una configuración de tres cargas se muestra en la figura. ¿Cuál es la fuerza electrostática sobre q 3 ?

24. F 31 = F 32 = 0.27  N F 3y = 0 F 3x = 2F 31 cos37º = 0.43  N F 3 = 0.43  N i Calcule la fuerza F 1 sobre q 1 .

25. Campo El é ctrico Los campos de fuerza pueden actuar a través del espacio produciendo un efecto incluso cuando no exista contacto físico entre los objetos . Se dice que existe un campo eléctrico en la región del espacio que rodea a un objeto cargado. La intensidad (magnitud) del campo eléctrico en la ubicación de una carga de prueba se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga . Cuando otro objeto cargado ingresa a este campo eléctrico, una fuerza eléctrica actúa sobre él.

26. Unidad SI del campo eléctrico: N/C La dirección del campo eléctrico es en la dirección de la fuerza experimentada por una carga de prueba positiva

27. Campo eléctrico creado por una carga puntual

28. Para una configuración de cargas, el campo eléctrico total o neto en cualquier punto es la suma vectorial de los campos eléctricos debido a las cargas individuales.

29. Dos cargas puntuales son colocadas sobre el eje x como se muestra en la figura. Encuentre las localidades sobre el eje donde el campo eléctrico es nulo.

30. Calcule la magnitud y dirección del campo eléctrico en el origen debido a este arreglo de cargas. E 1 = 7.35  10 2 N/C E 2 = 7.20  10 2 N/C E 3 = 8.44  10 2 N/C E x = E 1 + E 2 = 1.46  10 3 N/C E y = E 3 = 8.44  10 2 N/C E = 1.69  10 3 N/C a  = 30º

31. Líneas eléctricas de fuerza (líneas de campo eléctrico) Son una visualización gráfica del campo eléctrico y son creadas conectando vectores de campo eléctrico. Están sujetas a las siguientes reglas: Entre más cerca están las líneas de campo, más intenso es el campo eléctrico. En cualquier punto, la dirección del campo eléctrico es tangente a las líneas de campo. Las líneas de campo eléctrico empiezan en cargas positivas y terminan en cargas negativas. El número de líneas que salen o entran a una carga es proporcional a la magnitud de esa carga. Las líneas de campo eléctrico nunca pueden cruzarse.

33. ¿Cuántas líneas salen de la carga mostrada?

37. Campo eléctrico de una distribución de carga continua

39. Densidad de carga

41. El campo eléctrico debido a una barra cargada

42. El campo eléctrico de un anillo de carga uniforme

43. El campo eléctrico de un disco cargado uniformemente