SEMANA-1-CARGA ELECTRICA.pdf

7/25/2019 SEMANA-1-CARGA ELECTRICA.pdf

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LIC. FIS. CARLOS LEVANO HUAMACCTO

CICLO 2013-III Mdulo: I

Unidad:1 Semana:1

FISICA III


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CARGA ELECTRICA

Electroscopio de esferasde mdula de saco


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ORIENTACIONES

Estimado alumno recuerde que para este semana tieneque revisar operaciones con vectores. Asimismo, deberleer el libro de ayuda DUED de Fsica III el primer capitulo.


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CONTENIDOS TEMTICOS

Carga elctrica

Electroscpio

Ley de las cargas elctricas Primera Ley de la Electrosttica

Cantidad de Carga

Ley de Coulomb


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Carga elctrica

Cuando una barra de caucho se frota con piel, seremueven electrones de la piel y se depositan en labarra.

Se dice que la barra se carg negativamente debido a un exceso deelectrones. Se dice que la piel se carg positivamente debido a unadeficienciade electrones.

Loselectrones

se muevende la piel ala barra decaucho.

positivo

negativo

+ + + +

-- --

Piel

Caucho


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Vidrio y seda

Cuando una barra de vidrio se frota con seda, se remuevenelectrones del vidrio y se depositan en la seda.

Se dice que el vidrio est cargado positivamente debido a unadeficiencia de electrones. Se dice que la seda est cargadanegativamentedebido a un excesode electrones.

Loselectrones

de muevendel vidrio ala seda.

positivo

negativo- - - -

+ + + +

seda

vidrio


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El electroscopio

Electroscopio de esferasde mdula de saco

Electroscopio dehoja de oro

Aparatos de laboratorio que se usan paraestudiar la existencia de dos tipos de cargaelctrica.


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1.-Dos cargas negativas se repelen1. Cargue la barra de caucho al frotarla con piel.

2. Transfiera electrones de la barra a cada esfera.

Dos cargas negativas se repelen mutuamente.

Ley de las cargas elctricas


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2.-Dos cargas positivas se repelen

1. Cargue la barra de vidrio al frotarla con seda.

2. Toque las esferas con la barra. Los electrones libres en lasesferas se mueven para llenar los vacos en la seda, lo que deja

a cada esfera con deficiencia. (Se cargan positivamente.)

Las dos cargas positivas se repelen mutuamente.


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Los dos tipos de carga

piel

caucho

Atraccin

Note que la esfera cargada negativamente (verde)es atradapor la esferacargada positivamente (roja).

Cargas opuestas se atraen!

seda

vidrio


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Primera ley de la electrosttica

Cargas iguales se repelen;cargas opuestas se atraen.

NegNeg PosNegPosPos


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Carga por contacto2. Ponga una barra cargada negativamente en contactocon la perilla.

3. Los electrones se mueven por la hoja y el eje, lo que hace que seseparen. Cuando la barra se retira, el electroscopio permanececargado negativamente.

---

---

--

-

---

---

-- -

- -

Formas de Cargar un Cuerpo


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Cargue el electroscopio positivamentemediante contacto con una barra de vidrio:

+

++

++

+ + +

++

+++

+

++

+

+

++

Repita los procedimientos usando una barra devidrio cargada positivamente. Los electrones semueven desde la esfera para llenar la deficiencia

en el vidrio, lo que deja el electroscopio con unacarga neta positiva cuando se retira el vidrio.


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Carga de esferas por induccin

-- - - -

Esferas nocargadas

Separacin de carga-

- -- -

Aislamiento de esferas Cargadas por induccin

--

--

++

++

--

--

++

++ +

++ +

-

-- -

Induccin

Electronesrepelidos


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Induccin para una sola esfera

-- - - -

Esfera no cargada Separacin de carga

Los electrones se mueven a tierra Cargada por induccin

+

+

+ +

Induccin

--

--

-- -

- -

++

++

--

--

- - - -

--

--

++

++

--

--


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La cantidad de carga

La cantidad de carga (q) se puede definir entrminos del nmero de electrones, pero el Coulomb(C) es una mejor unidad para trabajo posterior. Lasiguiente puede ser una definicin temporal:

Coulomb: 1 C = 6.25 x 1018electrones

Esto significa que la carga en un solo electrn es:

1 electrn: e-= -1.6 x 10-19C


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Unidades de cargaEl coulomb (que se selecciona para usar con corrienteselctricas) en realidad es una unidad muy grande paraelectricidad esttica. Por ende, con frecuencia esnecesario usar los prefijos mtricos.

1 mC = 1 x 10-6C 1 nC = 1 x 10-9C

1 pC = 1 x 10-12C


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Ejemplo 1. Si 16 millones de electrones seremueven de una esfera neutral, cul es la

carga en coulombs sobre la esfera?1 electrn: e-= -1.6 x 10-19C

q = -2.56 x 10-12C

Dado que se remueven electrones, la carga que permanecesobre la esfera ser positiva.

Carga final sobre la esfera: q = +2.56 pC

+ + + ++ + +

+ + ++ +

+ +


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Ley de Coulomb

La fuerza de atraccin o repulsin entre dos cargaspuntuales es directamente proporcional al producto delas dos cargas e inversamente proporcional alcuadrado de la distancia entre ellas.

F

r

FF

q

q q

q- +

- -

2

'qqF

r


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Clculo de fuerza elctrica

La constante de proporcionalidad k para la ley deCoulomb depende de la eleccin de las unidades paracarga.

Cuando la carga q est en coulombs, la distancia r en

metros y la fuerza F en newtons, se tiene:2 2

9

2

N m9 x 10

' C

Frk

qq

qq

Frk

r

qkqF

2

2donde


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Ejemplo 2. Una carga de 5 mC se coloca a 2de una carga de +3 mC. Encuentre la fuerza

entre las dos cargas.

- +2 mm

+3 mC-5 mCq q

Dibuje y marque lo dado enla figura:

r

F

F = 3.38 x 104N; atraccin

Nota: Los signos se usan SLO para determinar la direccin de lafuerza.


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Estrategias para resolucin de problemas

1. Lea, dibuje y etiquete un bosquejo que muestre todala informacin dad en unidades SI apropiadas.

2. No confunda el signo de la carga con el signo de las

fuerzas. Atraccin/repulsin determina la direccin (osigno) de la fuerza.

3. La fuerza resultante se encuentra al considerar lafuerza debida a cada carga independientemente.Revise el mdulo acerca de vectores, de sernecesario.

4. Para fuerzas en equilibrio: SFx= 0 = SFy= 0.


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Ejemplo 3. Una carga de 6 C se coloca a 4 cm de unacarga de +9 C. Cul es la fuerza resultante sobre una

carga de

5 C que se ubica a medio camino entre lasprimeras cargas?

- +2 cm

+9 mC-6 mCq

1q

2r2

2 cm

-r1

1. Dibuje y etiquete.

q32. Dibuje fuerzas.F2

F1

1 nC = 1 x 10-9C

3. Encuentre resultante; derechaes positivo.

F1= 675 N

F2= 1013 N


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Ejemplo 3. (Cont.) Note que la direccin (signo) delas fuerzas se encuentra de atraccin-repulsin, no

de + o de la carga.

- +2 cm

+9 mC-6 mC

q1 q2

r2

2 cm -r1

q3F2

F1

F1= 675 N

F2= 1013 N

La fuerza resultante es la suma de cada fuerza

independiente:

FR= F1+ F2= 675 N + 1013 N; FR= +1690 N


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Ejemplo 4. Tres cargas, q1= +8 mC, q2= +6 mC y q3= -4 mCse ordenan como se muestra abajo. Encuentre la fuerza

resultante sobre la carga de

4 mC debida a las otras.

Dibuje diagrama de cuerpolibre.

-53.1o

-4 mCq

3

F1

F2

Note que las direcciones de las fuerzas F1 y F2sobre q3 se basan enatraccin/repulsin de q1 y q2.

+ -

4cm

3cm

5cm53.1

o

+6 mC

-4 mC

+8 mCq1

q

2

q

3

+


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Ejemplo 4 (Cont.) A continuacin encuentre las fuerzasF1yF2a partir de la ley de Coulomb. Tome los datos de la

figura y use unidades SI.

F1= 115 N, 53.1oS del O F2= 240 N, oeste

Por tanto, se necesita encontrar la resultante de dos fuerzas:

+ -

4cm

3cm

5cm

53.1o

+6 mC

-4 mC

+8 mCq

1

q

2

q

3F2

F1

+


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Ejemplo 4 (Cont.) Encuentre los componentesde las fuerzas F1y F2(revise vectores).

53.1o- -4 mC

q

3

F1= 115 N

F1y

F1x

F1x= -(115 N) cos 53.1o= - 69.2 N

F1y

= -(115 N) sen 53.1o= - 92.1 N

Ahora observe la fuerza F2:

F2x= -240 N; F2y= 0 Rx=SFx; Ry = SFy

Rx= 69.2 N 240 N = -309 N

Ry= -69.2 N 0 = -69.2 N

F2240 N

Rx= -92.1 N

Ry= -240 N


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Ejemplo 4 (Cont.) Ahora encuentre la resultante Rde los componentes Fxy Fy. (revise vectores).

Rx= -309 NRy= -69.2 N

- -4 mCq

3

Ry = -69.2 N

Rx= -309 N

f

R

Ahora se encuentra laresultanteR,q:

y2 2

x

R; tan =

Rx yR R R f

R = 317 N

Por tanto, la magnitud de la fuerzaelctrica es:


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Ejemplo 4 (Cont.) La fuerza resultante es 317N. Ahora es necesario determinar el ngulo o

direccin de esta fuerza.

2 2 317 Nx yR R R

-69.2 N

--309 N

f

R

q

-62.9 N

O, el ngulo polar q es: q= 1800+ 77.40= 257.40

El ngulo de referencia es: f= 77.40 S del O

Fuerza resultante: R= 317 N, q= 257.40


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Cargas iguales se repelen; cargas iguales se atraen.

1 electrn: e-= -1.6 x 10-19C

1 mC = 1 x 10-6C 1 nC = 1 x 10-9C

1 pC = 1 x 10-12C

29

2

N m9 x 10

C

k

2

'kqqF

r

CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DEINVESTIGACIN SUGERIDAS


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GRACIAS

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