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Silabo del curso. Carga eléctrica. Propiedades
de la carga eléctrica. Ley de Coulomb.
Principio de Superposición.
Semana 1
Ley de Coulomb
¿Cuál fue la causa del incendio?
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http://www.youtube.com/watch?v=tuZxFL9cGkI
Lluvia de ideas
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b) ¿Cómo se desencadena el fuego? Plantee una hipótesis.
20/08/2013 Yuri Milachay 3
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
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
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 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
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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 
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
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caucho.
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negativo
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-
-
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Piel
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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
Dos cargas negativas se repelen
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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
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
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deja a cada esfera con deficiencia; es decir, se cargan
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20/08/2013 Yuri Milachay 17
Ley de Coulomb
Coulomb encontró que para dos cargas puntuales q1 y q2 (cargas de
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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
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C
 
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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
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parafinado
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Vidrio
orgánico
2,64×109 3,01×10-11

1
k
4e
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
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
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
 
  
 
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
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.

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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.