Carga elctrica Propiedad bsica de la materia. La carga elctrica
de un cuerpo u objeto es la suma de las cargas de cada uno de sus
constituyentes mnimos: molculas, tomos y partculas elementales.
Existen cargas positivas y negativas. En el estado normal de los
cuerpos materiales, las cargas elctricas mnimas estn compensadas,
por lo que dichos cuerpos se comportan elctricamente como neutros.
Hace falta una accin externa para que un objeto material se
electrice. La electrizacin de un cuerpo se consigue extrayendo del
mismo las cargas de un signo y dejando en l las de signo contrario
En tal caso el cuerpo signo y dejando en l las de signo contrario.
En tal caso, el cuerpo adquiere una carga elctrica neta no nula. La
interaccin elctrica es la existencia de fuerzas elctricas entre
cargas Si interaccin elctrica es la existencia de fuerzas elctricas
entre cargas. Si esas cargas estn en reposo, se denomina interaccin
electrosttica.
Diapositiva 3
Cuantizacin de la carga tomo: Ncleo (protones y neutrones) +
electrones Protones: +e Electrones: -e e=1.6x10^-19 C Unidad
fundamental de carga elctrica. Unidad S.I.: culombio (C) Todas las
cargas observables se presentan en cantidades enteras de la unidad
fundamental e. Q=Ne. La carga est cuantizada. Normalmente N es muy
grande y la carga parece ser continua.
Diapositiva 4
Conservacin de la carga La carga no se crea ni se destruye slo
se transfiere La suma algebraica carga no se crea ni se destruye,
slo se transfiere. La suma algebraica de todas las cargas en
cualquier sistema cerrado es constante. Inicialmente los tomos son
neutros: el nmero de protones y electrones es igual. Al frotar lo
cuerpos, se liberan electrones de los tomos, que se transfieren
entre ellos. Si un cuerpo cede electrones a otro se queda con un
defecto de carga un cuerpo cede electrones a otro se queda con un
defecto de carga negativa, o lo que es lo mismo, cargado
positivamente, y viceversa.
Diapositiva 5
Ley de Coulomb Mediante una balanza de torsin, Coulomb encontr
que la fuerza de atraccin o repulsin entre dos cargas puntuales
(cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas
con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia que las separa. El valor de la constante
de proporcionalidad depende de las unidades en las que se exprese
F, q, q y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale
910 9 Nm 2 /C 2. Obsrvese que la ley de Coulomb tiene la misma
forma funcional que la ley de la Gravitacin Universalley de la
Gravitacin Universal
Diapositiva 6
LEY DE COULOMB k = 8,99x10 9 N.m 2 /C 2
Diapositiva 7
PRINCIPIO DE SUPERPOSICION q1q1 q2q2 r1r1 r2r2 qOqO
Diapositiva 8
Campo Elctrico
Diapositiva 9
El vector campo elctrico E en un punto del espacio se define
como la F que acta sobre una carga de prueba positiva situada en
ese punto dividida por la magnitud de la carga q 0. Se expresa en
[N/C]. El sentido del E va a depender del signo de la carga.
Diapositiva 10
Electrn Acelerado
Diapositiva 11
Tubo de Rayos Catdicos
Diapositiva 12
Campo Elctrico debido a una Barra con Carga El E total en P es
la suma vectorial sobre todos los segmentos de la barra
Diapositiva 13
Flujo del Campo Elctrico Es el nmero de lneas de campo elctrico
que penetran alguna superficie Si E es perpendicular a la
superficie es mximo
Diapositiva 14
Flujo del Campo Elctrico El nmero de lneas que atraviesan el
rea A es el mismo que pasa a travs del rea A En este caso, el en la
superficie A es menor:
Diapositiva 15
Ley de Gauss El flujo neto a travs de cualquier superficie
cerrada que rodea una carga puntual q es dada por q / =
permisividad del espacio libre
Diapositiva 16
Campo elctrico entre dos placas paralelas de carga opuesta
Capacitor de placas paralelas El campo elctrico entre las placas
tiene una magnitud determinada por la diferencia de potencial V
dividida entre la separacin de las placas.
Diapositiva 17
Movimiento de un protn en un campo elctrico uniforme
Diapositiva 18
Condensadores Son dispositivos que almacenan carga elctrica.
Son usados de manera regular en diversidad de circuitos elctricos.
Se usan para sintonizar la frecuencia de los radios. En filtros de
fuentes de energa elctrica. Para eliminar chispas en los sistemas
de encendido de los automviles. Dispositivos de almacenamiento de
energa en unidades de destello electrnico.
Diapositiva 19
Definicin de Capacitancia La combinacin de dos conductores es
un Capacitor Cuando est cargado, cada conductor tiene una carga de
igual magnitud y de signos opuestos
Diapositiva 20
Capacitor de placas paralelas Cuando se carga el capacitor al
conectar las placas a las terminales de una batera, las placas
adquieren cargas de igual magnitud, pero una negativa y la otra
positiva La Capacitancia siempre es una magnitud positiva La
Capacitancia es una medida de la capacidad de un dispositivo para
almacenar carga y energa potencial elctrica
Diapositiva 21
Capacitor de placas paralelas El campo elctrico entre las
placas es uniforme en el centro, pero no es uniforme en los
extremos
Diapositiva 22
Capacitores en Paralelo
Diapositiva 23
Capacitores en serie
Diapositiva 24
Fuerza Magntica (F B )
Diapositiva 25
Campo Magntico Unidades del Campo Magntico Imn de Laboratorio
2,5 T Imanes Superconductores 25 T Campo Magntico de la Tierra
0,5x10 -4 T
Diapositiva 26
Regla de la Mano Derecha Los dedos apuntan en la direccin de V
B sale de la de la mano, de forma que los dedos pueden cerrarse en
la direccin de B La direccin de V x B, y la fuerza ejercida (F B )
sobre una carga Positiva es la direccin a la cual apunta el
pulgar
Diapositiva 27
Representacin de las lneas del B
Diapositiva 28
Movimiento de una Partcula Cargada en un Campo Magntico
Uniforme Cuando la v de una partcula cargada es perpendicular a B,
la partcula se mueve siguiendo una trayectoria circular en un plano
perpendicular a B
Diapositiva 29
Movimiento de una Partcula Cargada en un Campo Magntico
Uniforme Radio de trayectoria
Diapositiva 30
Conductor Infinitamente Largo B es constante para un
determinado a
Diapositiva 31
Lneas de Campo Magntico En x=0
Diapositiva 32
Ley de Ampere Cuando 2x10 -7 N/m es la magnitud de F B por
unidad de longitud presente entre dos alambres largos y paralelos
que llevan corrientes idnticas y estn separados 1 m, se define la
corriente en cada alambre como 1A La fuerza entre dos alambres
paralelos se utiliza para definir el AMPERE
Diapositiva 33
Ley de ampere
Diapositiva 34
Ley de Ampere para I estable (constante en el tiempo)
Diapositiva 35
B en el Interior de un Solenoide
Diapositiva 36
Ley de Lenz Segn la Ley de Faraday: La polaridad de una fem
inducida es tal que tiende a producir una corriente que crear un
flujo magntico que se opone al cambio de flujo magntico a travs del
lazo
Diapositiva 37
Ley de Lenz Cuando la barra se mueve hacia la izquierda el
flujo disminuye ya que disminuye el rea del lazo El flujo magntico
debido al campo externo est disminuyendo. Ya que el campo est
dirigido hacia la pgina, la direccin de la I inducida deber estar
en sentido de las manecillas del reloj para producir un campo que
tambin quede dirigido hacia dentro de la pgina
Diapositiva 38
Circuito RL Inductor: elemento de circuito con una elevada
inductancia. La autoinductancia del resto del circuito es
despreciable Un inductor en un circuito se opone a los cambios en
la corriente dentro de dicho circuito
Diapositiva 39
Cuando se cierra el interruptor S (en t = 0), I comienza a
aumentar y el inductor produce una fem INVERSA que se opone al
incremento de I El inductor acta similar a una batera cuya
polaridad es OPUESTA a la batera real del circuito Circuito RL
Diapositiva 40
Diapositiva 41
Oscilaciones en un Circuito LC El capacitor tiene una carga
inicial MAXIMA y se conecta a un inductor. Cuando S se cierra (t =
0), tanto I como Q en el capacitor oscilan Si R = 0, no se disipa
energa en forma de calor y las oscilaciones persisten Cuando C est
completamente cargado, I = 0 y no hay energa almacenada en el
inductor
Diapositiva 42
Oscilaciones en un Circuito LC Q y I estn 90 fuera de fase
entre s
Diapositiva 43
Circuito RLC En t = 0, Q = Q max pero U total no es constante
ya que se disipa calor en R
Diapositiva 44
Grficas de I y V, y Fasores Para un voltaje sinusoidal
aplicado, la corriente en un resistor SIEMPRE est en FASE con el
voltaje en las terminales del resistor
Diapositiva 45
Grficas de I y V, y Fasores Para un voltaje sinusoidal, la
corriente en un inductor SIEMPRE se ATRASA 90 (T/4) respecto al
voltaje en las terminales del inductor
Diapositiva 46
Circuito RLC en Serie
Diapositiva 47
v R est en fase con I v C va retrasado de la I en 90 v L
adelanta a I en 90
Diapositiva 48
Diagrama de Fasores Resistor Inductor Capacitor
Diapositiva 49
Diagrama de Fasores
Diapositiva 50
Ondas Electromagnticas
Diapositiva 51
Ondas Sinusoidales Peridicas
Diapositiva 52
Funcin de Onda
Diapositiva 53
Ecuaciones de Maxwell
Diapositiva 54
Ley de Gauss El flujo elctrico total a travs de cualquier
superficie cerrada es igual a la carga neta dentro de dicha
superficie dividida por 0 Ley de Gauss del Magnetismo El flujo
magntico neto a travs de una superficie cerrada es cero
Diapositiva 55
Ecuaciones de Maxwell Ley de Faraday de la Induccin Ley de
Ampere-Maxwell La fem, que es la integral de lnea del E alrededor
de cualquier trayectoria cerrada, es igual a la relacin de cambio
del flujo magntico a travs de cualquier superficie limitada por
dicha trayectoria La integral de lnea del B alrededor de cualquier
trayectoria cerrada es la suma de 0 veces la corriente neta a travs
de dicha trayectoria y 0 0 veces la rapidez de cambio del flujo
elctrico a travs de cualquier superficie limitada por dicha
trayectoria
Diapositiva 56
Ley de Fuerza de Lorenz Una vez que se conocen los campos
elctrico y magntico en un punto en el espacio, la fuerza que acta
sobre una partcula de carga q se puede expresar: Fuerza de Lorenz
Las ecuaciones de Maxwell, junto con esta ley de fuerza describen
por completo todas las interacciones electromagnticas clsicas en el
vaco
Diapositiva 57
Propiedades de las Ondas Electromagnticas Las ondas
electromagnticas viajan a la velocidad de la luz B y E son
perpendiculares entre si y a la direccin de propagacin. Las ondas
son transversales E/B = c Las ondas electromagnticas obedecen el
principio de la superposicin
Diapositiva 58
Vector de Poynting La magnitud del Vector de Poynting
representa la rapidez a la cual fluye la energa a travs de una
superficie unitaria perpendicular a la direccin de propagacin de la
onda. Por lo tanto, la magnitud de S representa energa por unidad
de rea.