SEMANA 14TEMA: ELECTROSTATICA Concepto.- estudia el proceso de electrización de un cuerpo, las cargas eléctricas en reposo. Un cuerpo se electriza simplemente si alteramos el número de sus electrones. Concepto de carga eléctrica.- es aquella que adquieren los cuerpos cuando en ellos existe un exceso o defecto de electrones. LEY DE COULOMB Dos cuerpos con cargas del mismo signo se repelen y de signos diferentes se atraen. q : carga eléctrica(C) d : distancia(m) K :constante de coulomb F : fuerza(N) CAMPO ELECTRICO(E) Es aquella region del espacio que rodea a toda la carga electrica y es atravez de ella que se llevan a cabo las interaciones electricas. E : newton/coulomb POTENCIAL ELECTRICO(V) Se refiere a la energía potencial por unidad de carga. El potencial creado por una carga puntual “q” a una distancia “d” viene dado por: V:voltios TRABAJO ELECTRICO(W) W: joule CAPACITANCIA ELECTRICA(C) La capacitancia de un condensador electrostático se define como la relación entre la magnitud de la carga en cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos: Donde: C: capacitancia eléctrica, Faradio Q: carga depositada, Coulomb V: diferencia de potencial aplicada al capacitor, Voltios En el caso de un capacitor de placas paralelas, la capacitancia es proporcional al área de sus placas e inversamente proporcional a la separación de éstas: Donde: C: capacitancia eléctrica, Faradio A: área de las placas, m 2 d: distancia entre las placas, m o c : constante de permitividad eléctrica del medio, 2 2 .m N Coul CAPACIDAD EQUIVALENTE (Ceq) En serie: En paralelo: ENERGÍA ALMACENADA POR UN CAPACITOR(U) Para cuantificar la energía almacenada por un capacitor de placas paralelas se usan las siguientes formulas: Donde: U: energía almacenada por el capacitor, Joule EJERCICIOS RESUELTOS: 1. Determinar la distancia a la que se encuentran dos cargas eléctricas de 7x10 -8 C, al rechazarse con una fuerza de 4.41x10 -3 N. Solución: q 1 = 7x10 -8 C 2 r 2 q * 1 q K F = q 2 = 7 x10 -8 C F = 4.41x x10 -3 N q 2 F F q 1 ) o c 2 C 2 m * N 9 10 * 9 K = r = 0.1m = 10 cm 2. Calcular la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: q 1 = 2 milicoulombs, q 2 = 4 milicoulombs, al estar separadas en el vacío por una distancia de 30 cm. Solución: q 1 = 2x10 -3 C q 2 = 4 x10 -3 C r = 0.3 m 2 C 2 m * N 9 10 * 9 K = F = 8x10 5 N 3. Un cuerpo tiene una carga de 50.10 -15 C ¿Cuál es el potencial a una distancia de 2mm? Solución: Q=50.10 -15 C d=2.10 -3 m. EJERCICIOS PROPUESTOS: 1. se tienen dos cargas eléctricas idénticas, ambos con una carga de tres coulombs, si se encuentran separadas una distancia de 3 m. diga usted con que fuerza (10 9 N) se repelen. 2. Se tienen tres cargas como se muestra en la figura q 1 =10 -3 C; q 2 =3.10 -4 C; q 3 =16.10 -4 C calcular la fuerza resultante en “q 1 ”. 3. El sistema se encuentra en equilibrio, determinar la carga de cada esfera si son idénticas y pesan 12 dinas cada una. 4. Dos cargas eléctricas puntuales están separadas 3 metros. Determinar la intensidad de campo eléctrico en un punto ubicado a 1m. de la carga q 1 y 2m. de la carga q 2 5. Dos cargas eléctricas puntuales q 1 =1600 S.T.C y q 2 =-2400 S.T.C están separadas por una distancia de 20cm. hallar la intensidad de campo eléctrico en un punto que dista 20cm. de cada carga. √ √ √ √ √ 6. Se tienen dos cargas eléctricas puntuales q 1 =3.10 -6 y q 2 =-12.10 -6 C. separados una distancia de 60cm calcular a qué distancia de la primera carga la intensidad del campo eléctrico es nula. 7. Se tiene una carga q=2.10 -4 C como muestra la figura. Calcular el potencial en los puntos A y B y el trabajo que se debe realizar para llevar una carga de 4.10 -5 C desde A hasta B. 8. se tienen esferillas iguales de cargas iguales “q” y pesos iguales “w”. ¿a qué distancia vertical debe estar una de ellas encima de la otra fija de tal manera que se equilibren? √ √ √ √ √ 9. Un cuerpo tiene una carga de 50.10 -10 C ¿Cuál es el potencial a una distancia de 25mm.? 10. El potencial de una carga puntual a una cierta distancia es de 600V. y el campo eléctrico es 200 N/C.¿cual es la distancia a la carga puntual? ¿Cuál es la magnitud de la carga? a) 3m.; 2.10 -7 C b) 1m.; 4.10 -7 C c) 5m.; 3.10 -7 C d) 8m.; 9.10 -7 C e) 4m.; 2.10 -7 C 1m 1m A B 3 10 x 41 . 4 8 10 x 7 8 10 x 7 9 10 x 9 r ÷ | . | \ | ÷ | . | \ | ÷ = 2 r 2 q * 1 q K F = ( ) 2 3 . 0 3 10 x 4 3 10 x 2 ) 9 10 x 9 ( F | . | \ | ÷ | . | \ | ÷ = 37 q 2 q 1 q 3 11. Dos esferas metálicas poseen una carga de 10 -8 C y -3.10 -8 C respectivamente, uniformemente distribuidas en sus superficies. Si sus centros están separados 200 cm. el potencial a la mitad de sus centros vale. 12. De termine la razón de la fuerza eléctrica (10 42 N) de coulomb F E . Y la fuerza gravitacional F G entre dos electrones en el vacío. 13. Un capacitor con aire entre sus placas tiene una capacitancia de 8µF. determinar su capacitancia cuando se coloca entre sus placas un aislante de constante dieléctrica de 6. 14. Un capacitor de 1.2 µF. se carga a 3 Kv. Calcular la energía almacenada en el capacitor. 15. Se tienen dos bloques de igual masa, cargas q de 980 statcoulomb y distanciados 7 cm. si suponemos fijo al bloque A, hallar el mínimo coeficiente de fricción “µ” de modo que por atracción eléctrica, no se produzca el desplazamiento del bloque B. 16. Si un cuerpo se carga con 3,3.10 -16 C ¿Cuántos electrones (10 3 e - ) habrá perdido? (carga del electrón: 1,6.10 -19 C? 17. Se tienen 3 condensadores como se muestra la figura, determinar la capacidad equivalente entre A y B. 18. Dos discos laminares y paralelos forman un condensador, de 20 cm. de radio y están separados por 4mm. en el aire. Calcular su capacidad. 19. Tres condensadores, cuyas capacidades en el vacio son C 1 = 3µF, C 2 =5µF Y C 3 =7µF, están conectados como indica la figura. Si a cada uno se le antepone un dieléctrico, de valores 2, 5, y 4.5 respectivamente calcular su capacidad equivalente. 20. Un generador de 220 voltios está conectado a dos condensadores en serie de 60µF. y 40µF de capacidad, calcular la carga de cada condensador y la energía total almacenada. a) 5280 µC.; 0.5808 J b) 5280 µC.; 0.5508 J c) 5780 µC.; 0.5000 J d) 5280 µC.; 0.5238 J e) 528 µC.; 0.5128 J c c A c B C 2 C 3 C 1