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CAMPO ELÉCTRICO. ÍNDICE. Introducción. Ley de Coulomb. Principio de superposición. Campo eléctrico. Intensidad de campo eléctrico. Líneas de campo eléctrico Potencial eléctrico. Diferencia de potencial entre dos puntos. Energía potencial eléctrica. Flujo eléctrico. Teorema de Gauss.
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ÍNDICE • Introducción. • Ley de Coulomb. • Principio de superposición. • Campo eléctrico. • Intensidad de campo eléctrico. • Líneas de campo eléctrico • Potencial eléctrico. • Diferencia de potencial entre dos puntos. • Energía potencial eléctrica. • Flujo eléctrico. • Teorema de Gauss
Introducción. • Los efectos eléctricos y magnéticos son producidos por la misma propiedad de la materia: la carga eléctrica. • Una carga en reposo solamente origina efectos eléctricos. • Estudiaremos las características de las interacciones entre cargas eléctricas en reposo. Introducimos el concepto de campo y analizaremos las dos características que lo definen: intensidad y potencial en un punto. • Existen dos clases de cargas eléctricas: positivas y negativas. • Cargas del mismo signo se repelen y de distinto signo se atraen. • La carga se conserva. • La carga está cuantizada. Q = N |e-|
LEY DE COULOMB. • La fuerza con que se atraen o se repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de dichas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. • K = 9·109 N m2 C-2 también se suele expresar en función de la constante dieléctrica. K = 1 / 40 • El Culombio es la unidad de carga eléctrica. • Carga del electrón = - 1,6·10-19 C • Carga del protón = + 1,6·10-19 C
PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN. • “Si una carga está sometida simultáneamente a varias fuerzas independientes, la fuerza resultante se obtiene sumando vectorialmente dichas fuerzas”. • Se toma como origen del sistema de ejes cartesianos la carga que está sometida a la fuerza resultante. • Se dibuja el diagrama de las fuerzas que vamos a sumar. • Se halla el módulo de cada una de estas fuerzas por separado. • Se hace la descomposición cartesiana de las fuerzas. • Se halla la resultante de las fuerzas situadas en cada eje. • Se aplica el teorema de Pitágoras para hallar la fuerza total.
CAMPO ELÉCTRICO. • “Se dice que existe un campo eléctrico en una región del espacio si una carga de prueba positiva en reposo q, colocada en un punto de esa región, experimenta una fuerza eléctrica.” • El campo eléctrico queda determinado por estos tres elementos: Intensidad en cada uno de sus puntos. Líneas de fuerza o líneas de campo. Potencial en cada uno de sus puntos.
INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO. • Se define el vector campo E o intensidad de campo eléctrico en cualquier punto como la fuerza eléctrica F que actúa sobre la unidad de carga de prueba positiva colocada en ese punto. (Recordar el carácter vectorial). Lo mismo que en el campo gravitatorio, la intensidad de campo disminuye con el cuadrado de la distancia. Para hallar, en un punto, el campo creado por un conjunto de cargas aisladas Q1, Q2, Q3… aplicamos el Principio de Superposición
LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO • El campo eléctrico se representa gráficamente mediante las líneas de campo o líneas de fuerza, las cuales tienen la misma dirección y sentido que el vector campo en cada punto. • Cada línea indica el camino (dirección y sentido) que seguiría una carga de prueba positiva en un punto, pero no su valor. • El campo será más intenso en los lugares en que las líneas estén más juntas. • Estas líneas imaginarias tienen las siguientes propiedades: Son abiertas, salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas. Las líneas de campo no pueden cortarse. Si el campo es uniforme, las líneas de campo son rectas.
ENERGÍA POTENCIAL Y POTENCIAL ELÉCTRICO. • Al igual que en el campo gravitatorio, en el campo eléctrico existe una magnitud escalar llamada energía potencial y otra magnitud también escalar, potencial eléctrico. Por ello, ambas son fuerzas conservativas. • El trabajo realizado por una fuerza eléctrica es igual a la disminución de la energía potencial U El trabajo no depende de la trayectoria seguida por la carga sino sólo de las posiciones inicial y final • El trabajo por unidad de carga se llama potencial eléctrico Se mide en voltios.
Energía potencial y Potencial eléctrico. • El potencial V es un campo escalar. • El valor del potencial depende de la carga que crea el campo y de la distancia. • El potencial toma el mismo valor en todos los puntos que equidistan de la carga Q. • El signo del potencial coincide con el signo de la carga. • La unidad de julio/culombio se llama voltio. • 1 electrón – voltio = 1,6 . 10-19 J. • En un campo uniforme la diferencia de potencial varía linealmente con la distancia, decreciendo en el sentido del campo VB– VA= E . d
FLUJO ELÉCTRICO • Podemos establecer una relación entre el número de líneas de campo que atraviesa la superficie y la intensidad de campo eléctrico. “Llamamos flujo eléctrico a través de una superficie al número de líneas de campo que la atraviesan.” • El flujo depende de tres factores: - Es proporcional a la intensidad E. - Es proporcional al valor de la superficie. - Depende del ángulo que forman las líneas de campo con la normal a la superficie.
TEOREMA DE GAUSS • “El flujo neto que atraviesa una superficie cerrada cualquiera es igual a la suma algebraica de la cargas encerradas en su interior dividida entre la constante dieléctrica del vacío” • El flujo es una magnitud escalar. Se mide en N m2 C-1 • El flujo que atraviesa una superficie gaussiana esférica es independiente del radio de la esfera que se considere. • El flujo es proporcional a la carga contenida dentro de la superficie. El signo del flujo coincide con el signo de dicha carga.
