TEMA 8. ELECTROSTÁTICA

1. TEMA 8. ELECTROSTÁTICA

2. 1. ELECTRIZACIÓN DE LOS CUERPOS • CARGA ELÉCTRICA: propiedad intrínseca de la materia • Al frotar unos cuerpos con otros se produce un traspaso de carga eléctrica entre ellos • Existen dos tipos de cargas: positiva y negativa • 1er experimento sobre la electricidad realizado por Tales de Mileto (625 a.C.) • S. XVIII: Benjamin Franklin definió: • Carga positiva: la que tiene el vidrio • Carga negativa: la del ámbar

3. 2. LA CARGA ELÉCTRICA • MODELO ATÓMICO DE LA MATERIA: • Átomos formados por protones, electrones y neutrones • En el núcleo están los protones y los neutrones • Los electrones se mueven por la corteza • Los protones tienen carga positiva, los electrones negativa y los neutrones no tienen carga • Un átomo neutro tiene igual número de protones que de electrones

4. 2. LA CARGA ELÉCTRICA ANIÓN CATIÓN IONES: Átomos que han ganado o perdido electrones

5. 2. LA CARGA ELÉCTRICA • PROPIEDADES DE LA CARGA ELÉCTRICA (q): • La carga del electrón (igual a la del protón pero cambiada de signo) es la carga libre más pequeña que se conoce • Recibe el nombre de carga elemental (e) y su valor en el S.I. es e = 1,6·10-19 C (C= culombio)

6. 2. LA CARGA ELÉCTRICA • PROPIEDADES DE LA CARGA ELÉCTRICA (q): • La carga eléctrica está cuantizada (no puede tomar cualquier valor ). La carga neta de un cuerpo es un múltiplo entero de la carga elemental “e” • El culombio es una unidad demasiado grande, por lo que solemos tomar submúltiplos: • Miliculombio (1 mC = 10-3 C) • Microculombio (1 mC =10-6 C) • Nanoculombio (1 nC = 10-9 C) • Cargas eléctricas de un mismo signo se repelen y cargas eléctricas del mismo signo se atraen

7. 2. LA CARGA ELÉCTRICA

8. 2. LA CARGA ELÉCTRICA • Un cuerpo está cargado o electrizado si ha ganado o perdido electrones: • CUERPO CARGADO POSITIVAMENTE: Ha perdido electrones, lo que hace que tenga mayor cantidad de cargas positivas que de cargas negativas (ejemplo: vidrio frotado con tela de seda pierde electrones) • CUERPO CARGADO NEGATIVAMENTE: Ha ganado electrones, lo que hace que tenga mayor cantidad de cargas negativas que de cargas positivas (ejemplo: plástico frotado piel gana electrones)

9. 2. LA CARGA ELÉCTRICA • PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA CARGA ELÉCTRICA: La carga eléctrica no se crea ni desaparece: sólo se mueve de un lugar a otro • Esto significa que si un cuerpo adquiere una carga positiva, otro cuerpo adquiere una carga negativa del mismo valor

10. 3. AISLANTES Y CONDUCTORES • MATERIALES AISLANTES • No permiten el movimiento de electrones en su interior (plástico, vidrio, madera, …) Estos son algunos ejemplos de materiales ordenados de más positivo a más negativo: Piel de conejo, vidrio, pelo humano, nylon, lana, seda, papel, algodón, madera, ámbar, poliéster, poliuretano, vinilo (PVC), teflón. • MATERIALES CONDUCTORES • permiten el movimiento de electrones en su interior (metales, disolución de sal, grafito, …)

11. 3. AISLANTES Y CONDUCTORES • MATERIALES CONDUCTORES • Permiten el movimiento de electrones en su interior (metales, disolución de sal, grafito, …) • Si un material conductor se carga positiva o negativamente, los electrones no se quedan en el punto de carga  se distribuyen por todo el material

12. 3. AISLANTES Y CONDUCTORES • CARGA DE UN CONDUCTOR  2 métodos: • POR INDUCCIÓN • POR CONTACTO

13. 3. AISLANTES Y CONDUCTORES • ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN: • SE ACERCA UN CUERPO CARGADO (CONDUCTOR O AISLANTE) –barra- A UN CONDUCTOR NEUTRO - esfera- • LA CARGA DEL CUERPO CARGADO HACE QUE LAS CARGAS DEL CONDUCTOR SE REDISTRIBUYAN

14. 3. AISLANTES Y CONDUCTORES • ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO: • SE ACERCA UN CUERPO CARGADO (CONDUCTOR O AISLANTE) –barra- A UN CONDUCTOR NEUTRO - esfera- , LO QUE GENERA EN PRIMER LUGAR UNA CARGA POR INDUCCIÓN • CUANDO EL CUERPO CARGADO TOCA AL CONDUCTOR, LO HACE EN LA PARTE CARGADA CON SIGNO OPUESTO AL SUYO, CEDIÉNDOLE ASÍ PARTE DE SU CARGA

15. 3. AISLANTES Y CONDUCTORES • ELECTROSCOPIO  aparato utilizado para: • Saber si un cuerpo está cargado • Saber si esta carga es grande o pequeña • Distinguir si dos cuerpos tienen una carga del mismo signo o de signo contrario

16. 3. AISLANTES Y CONDUCTORES • FORMADO POR: • Barra metálica • Bola metálica • Láminas metálicas ligeras • Aislante que proteja el conjunto • ELECTROSCOPIO

17. 3. AISLANTES Y CONDUCTORES • ELECTROSCOPIO • Si el cuerpo está cargado, al tocar la esfera del electroscopio hace que las láminas se separen • El grado de separación de las láminas indica la magnitud de la carga • Para saber si dos cargas son iguales u opuestas: • Tocamos la esfera con una de las cargas y observamos cuánto se separan las láminas • Tocamos la esfera con la otra carga: • Si las láminas se separan más: cargas del mismo signo • Si las láminas se acercan: cargas de signo opuesto

18. 4. LEY DE COULOMB • “DOS CARGAS ELÉCTRICAS PUNTUALES SE ATRAEN O REPELEN CON UNA FUERZA DIRECTAMENTE PROPORCIONAL AL PRODUCTO DE SUS CARGAS E INVERSAMENTE PROPORCIONAL AL CUADRADO DE LA DISTANCIA ENTRE ELLAS” • ESTA FUERZA TIENE LA DIRECCIÓN DE LA RECTA QUE UNE LAS CARGAS (EL SENTIDO DEPENDERÁ DEL SIGNO DE LAS CARGAS)

19. 4. LEY DE COULOMB • K = constante de Coulomb. Depende del medio en el que se encuentren las cargas • En el vacío, K0 = 9·109 N·m2/C2

20. 4. LEY DE COULOMB • PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN DE FUERZAS: Para calcular la fuerza total que 2 o más cargas ejercen sobre otra carga, hay que tener en cuenta que: • El efecto de cada carga es independiente de la existencia de las otras • La fuerza total se calcula sumando todas las fuerzas

21. 4. LEY DE COULOMB • PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN DE FUERZAS: Para calcular la fuerza total que 2 o más cargas ejercen sobre otra carga, seguimos estos pasos: • Representamos gráficamente todas las fuerzas • Si no son paralelas ni perpendiculares, descomponemos las fuerzas y sumamos componentes

22. 5. CAMPO ELÉCTRICO • “Perturbación creada por una carga eléctrica en el espacio que la rodea” • La intensidad de campo eléctrico que crea una carga q en un punto P es la fuerza que ejercerá sobre la unidad de carga positiva colocada en ese punto

23. 5. CAMPO ELÉCTRICO • La unidad de medida de la intensidad de campo (E) en el S.I. es el N/C • La relación entre los vectores fuerza e intensidad de campo eléctrico es:

24. 6. REPRESENTACIÓN CAMPO ELÉCTRICO • Se representa a través de las líneas de campo (también llamadas líneas de fuerza): • Salen de las cargas positivas ( al infinito) • Entran en las cargas negativas (desde el infinito)

25. 7. ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA • La energía potencial eléctrica de un sistema de cargas es igual al trabajo exterior al campo eléctrico que es necesario hacer para acercar las cargas desde el infinito hasta esa posición • La energía potencial es también igual al trabajo realizado por las fuerzas del campo eléctrico para alejar infinitamente un par de cargas

26. 7. ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA Cada carga lleva su correspondiente signo en esta expresión • La energía potencial es una magnitud escalar, por lo que tendrá el signo correspondiente al producto de las dos cargas • En el infinito, Ep = 0

27. 7. ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA • Si dos cargas son del mismo signo  Ep > 0 • Corresponde a la situación en que dos cargas se repelen • Si dos cargas son de signo opuesto  Ep < 0 • Corresponde a la situación en que dos cargas se atraen • La energía potencial es una magnitud escalar, por lo que tendrá el signo correspondiente al producto de las dos cargas

28. 8. POTENCIAL ELÉCTRICO EN UN PUNTO • EL POTENCIAL ELÉCTRICO GENERADO POR UNA CARGA q EN UN PUNTO P ES IGUAL A LA ENERGÍA POTENCIAL QUE TENDRÍA LA UNIDAD DE CARGA POSITIVA SITUADA EN ESE PUNTO

29. 8. POTENCIAL ELÉCTRICO EN UN PUNTO • Es una magnitud escalar cuyo signo coincide con el de la carga que genera dicho potencial • Es igual al trabajo realizado por las fuerzas del campo eléctrico para llevar la unidad de carga positiva desde ese punto hasta el infinito • En el S.I. se mide en voltios (1 V = 1J/C)

30. 8. POTENCIAL ELÉCTRICO EN UN PUNTO • Si en el punto donde calculamos el potencial existe otra carga q’: Ep = q’·V • La diferencia de potencial entre dos puntos (DV) es el trabajo que realizan las fuerzas del campo para llevar la unidad de carga positiva desde el primer punto hasta el segundo

31. 8. POTENCIAL ELÉCTRICO EN UN PUNTO • El trabajo para llevar una carga q’ de un punto P1 donde tenemos un potencial V1 a un punto P2 donde existe un potencial V2 se calcula como: