CARGA ELÉCTRICA Y SUS PROPIEDADES

Algunos experimentos sencillos demuestran la existencia de fuerzas y cargas eléctricas. Por ejemplo, después de pasar un peine por el cabello en un día seco, descubrirá que el peine puede atraer pedacitos de papel y que la fuerza atractiva es lo suficiente mente fuerte para sostener los trocitos de papel, el mismo efecto se puede observar con el vidrio y el caucho si se frotan con seda o piel. Otro experimento es frotar con tela sintética un globo inflado el cual se adhiere a una pared durante horas. Cuando los materiales se comportan así se dice que están electrificados o se han cargado eléctricamente. Estos experimentos funcionan mejor en días secos ya que la humedad relativa en el aire puede ocasionar que la carga acumulad se escape a tierra.

Propiedades de la carga eléctrica:

La carga se conserva La carga esta cuantizada Existen dos tipos de carga en la naturaleza positivas y negativas

Conductores, aisladores y semiconductores eléctricos Los conductores son materiales en los cuales las cargas eléctricas se mueven con facilidad. Los aisladores son materiales en los que las cargas eléctricas se mueven con dificultad.

Los semiconductores son materiales cuyas propiedades se encuentran entre la de los aisladores y conductores.

Cunductores Aislantes SemiconductoresCobre

AluminioPlataOro

Vidrio CauchoMadera

SilicioGermanio

Cuando los aislantes se cargan por frotamiento, solo el área que se frota queda cargada y la carga no puede moverse a otras regiones del material. En contraste con los conductores cuando se cargan en alguna región la carga se distribuye rápidamente en toda la superficie del material, esto sugiere que la material no puede cargarse, sin embargo, si usted sostiene la barra cargada por medio de un mango de madera mientras se frota, la barra permanecerá cargada debido a que la madera aísla al conductor de la persona que la sostiene, si no se toma con el mango de madera las cargas fluirían con facilidad hacia tierra. Los semiconductores como el silicio y el germanio son elementos utilizados para la fabricación de dispositivos electrónicos (transistores y diodos) las propiedades de los semiconductores son controladas añadiendo impurezas de otros átomos.

Definiciones de conceptos

Aterrizado es cuando un objeto se conecta a tierra mediante un conductor La carga de un objeto por inducción ocurre cuando los objetos no tienen contacto físico En la carga de un objeto por conducción es necesario que exista contacto físico entre los objetos

Intensidad del Campo Eléctrico

donde Q es la carga puntual que genera el campo eléctrico r, la distancia entre la carga que genera el campoy el punto (P)donde se quiere terminar la

intensidad del campo. Si se supone que la prueba colocada en (P), se experimentara una fuerza dada por:

Se sabe que el valor del campo en P viene dado por:

Si la fuerza en la primera expresión se reemplaza por la segunda se obtiene:

La anterior formula sirve para calcular el campo eléctrico gnerado por la carga Q a una distancia r. Se observa que el campo depende de la carga que lo genera y de la distancia de la carga al punto donde se calcula.

 El campo eléctrico

El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. Así, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, de atracciones o de repulsiones sobre ella.

La fuerza eléctrica que en un punto cualquiera del campo se ejerce sobre la carga unidad positiva, tomada como elemento de comparación, recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico y se representa por la letra E. Por tratarse de una fuerza la intensidad del campo eléctrico es una magnitud vectorial que viene definida por su módulo E y por su dirección y sentido. En lo que sigue se considerarán por separado ambos aspectos del campo E.

La expresión del módulo de la intensidad de campo E puede obtenerse fácilmente para el caso sencillo del campo eléctrico creado por una carga puntual Q sin más que combinar la ley de Coulomb con la definición de E. La fuerza que Q ejercería sobre una carga unidad positiva 1+ en un punto genérico P distante r de la carga central Q viene dada, de acuerdo con la ley de Coulomb, por:

pero aquélla es precisamente la definición de E y, por tanto, ésta será también su expresión matemática

Vector normal unitario

Consideramos la longitud de arco S medida a partir de un punto fijo de C. La variación de T con respecto de S es una medida de la curvatura de C y se obtiene por dT/ds. La dirección de dT/ds en un punto cualquiera de C es la correspondiente a la normal a curva en dicho punto. El vector unitario N en la dirección de la normal se llama normal principal a la curva. Así, dT/ds = k N, siendo k la curvatura de C en el punto dado. El recíproco de la curvatura r = 1/k se llama radio de curvatura.

Vector binormal unitario

El vector unitario B definido por el producto vectorial B = T x N, perpendicular al plano formado por T y N se llama binormal a la curva. Los vectores T, N, B, forman un triedro tri-rectángulo a derechas en cualquier punto de C.

 

Vector tangente unitario

La geometría diferencial constituye el estudio de las curvas y superficies en el espacio. Sea C una curva en el espacio definida por la función R(t), dR/dt es un vector en la dirección de la tangente a C. A dicho vector le llamaremos T(t).

En donde el escalar t se llama torsión. El recíproco de la torsión s = 1/t es el radio de torsión.

V e c t o r u n i t a r i o L o s v e c t o r e s u n i t a r i o s t i e n e n d e m ó d u l o l a u n i d a d . N o r m a l i z a r u n v e c t o r N o r m a l i z a r u n v e c t o r

c o n s i t e e n o b t e n e r o t r o v e c t o r u n i t a r i o , d e l a m i s m a d i r e c c i ó n y s e n t i d o q u e e l v e c t o r d a d o . P a r a n o r m a l i z a r u n

v e c t o r s e d i v i d e é s t e p o r s u m ó d u l o .

E j e m p l o

S i e s u n v e c t o r d e c o m p o n e n t e s ( 3 , 4 ) , h a l l a r u n v e c t o r u n i t a r i o d e s u m i s m a d i r e c c i ó n y s e n t i d o .

El principio de superposición constituye la base de gran parte de la teoría del análisis estructural. Puede enunciarse como sigue: El desplazamiento o esfuerzo total en un punto de una estructura sometida a varias cargas se puede determinar sumando los desplazamientos o esfuerzos que ocasiona cada una de las cargas que actúan por separado. Para que esto sea válido, es necesario que exista una relación lineal entre las cargas, esfuerzos y desplazamientos.

1. El material estructural debe de comportarse de manera elástica-lineal, a fin de que sea válida la ley de Hooke y la carga sea proporcional al desplazamiento.

2. La geometría de la estructura no debe sufrir cambios importantes cuando se aplican las cargas. Si los desplazamientos son grandes, entonces cambian considerablemente la posición y orientación de las cargas. Un ejemplo es el caso de una columna sometida a una carga de pandeo.

fuente: Analisis Estructural, R. C. Hibbeler, tercera edicion.

De Wikipedia, la enciclopedia libreUna carga puntual es una carga eléctrica hipotética, de magnitud finita, contenida en un punto geométrico carente de toda dimensión, en otras palabras una carga puntual consiste en dos cuerpos con carga que son muy pequeños en comparación con la distancia que los separa. Esta suposición resulta muy práctica al resolver problemas de electrostática, pues los efectos derivados de una distribución de cargas en un espacio finito se anulan y el problema se simplifica enormemente.

Ya que el punto no tiene volumen, superficie ni longitud, la densidad (lineal, de superficie o volumétrica) de una carga puntual de magnitud finita es infinita; así que las cargas puntuales no existen en realidad. De cualquier modo, al resolver un problema donde las dimensiones reales del espacio en que está(n) contenida(s) la(s) carga(s) son despreciables comparándolas con otras dimensiones dadas por el problema, resulta muy útil considerar las cargas como puntuales. Éste es el caso del electrón, cuyo radio es inmensamente pequeño comparado con las distancias de las órbitas atómicas, por ejemplo.

En el caso de que la carga esté contenida dentro de una geometría esférica, ha sido demostrado que dicha carga se comporta exactamente como una carga puntual localizada en el centro de la esfera.