1. Defina los siguientes conceptos: carga eléctrica y ley de la conservación de la carga eléctrica. Las cargas eléctricas son partículas que ejercen fuerzas atractivas y repulsivas entre ellas. Por ser partículas, tienen una masa que se opone a ser acelerada por fuerza alguna, y sufre la atracción gravitacional del centro de la Tierra, como todos los demás cuerpos sobre la superficie del mundo. Se dividen en dos tipos diferentes: las cargas positivas y las cargas negativas. Una positiva y una negativa se atraen entre sí. Si se atraen, deben ser de distinta carga. Las cargas negativas repelen a las cargas negativas. Las cargas positivas también se repelen entre sí. La carga no se crea ni se destruye y en el proceso de cargar eléctricamente un material solo se transfiere de un material a otro.
2. La unidad de carga es el Coulomb. ¿A cuántos electrones equivale?
6,241 509 629 152 650×1018 3. Los tres procedimientos para cargar un cuerpo eléctricamente son: frotamiento, inducción y contacto. ¿En qué consiste cada procedimiento? Frotamiento El estado natural de los objetos es ser neutrales en cuanto a carga eléctrica. En otras palabras, tienen la misma cantidad de electrones que de protones, de modo que su carga global e s cero. No obstante, algunos materiales atraen electrones más que otros; es decir, son más electroafines que otros. Por tanto, al se r frotados dos materiales, el material más electroafín adquirirá una carga negativa porque atrae electrones hacia sí. Por el contrario, el material menos electroafín adquirirá una carga positiva porque pierde electrones. Está definición hace referencia a la capacidad que tiene un elemento para poder captar electrones, Cuando un cuerpo se frota la carga se transfiere de un cuerpo al otro, uno de los cuerpos cuerpos adquiere adquiere un exceso de carga positiva y el otro, un exceso de carga negativa. En cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado, la carga total o neta no c ambia.
Contacto Se puede transferir electrones de un material a otro por simple contacto. Cuando ponemos una barra cargada en contacto con un objeto neutro se transfiere una parte de la carga a éste. Este método de carga se conoce simplemente como carga por contacto. Si el objeto es buen conductor la carga se distribuye en toda su superficie porque las cargas iguales se repelen entre sí. Si se trata de un mal conductor puede ser necesario tocar con la barra varias partes del objeto para obtener una distribución de carga más o menos uniforme. Inducción Existe 'Carga por inducción': cuando un cuerpo con carga eléctrica se aproxima a otro neutro causando una redistribución, en las cargas de éste último, debido a la repulsión generada por las cargas del material cargado y también se origina cuando las cargas de un cuerpo neutro se reordenan al estar en las cercanías de un cuerpo cargado. 4. Charles Augustin Coulomb estableció la ley que cuantifica las fuerzas electrostáticas. Enuncie brevemente en qué consiste su experimento, establezca su ecuación e identifique cada término en ella. El aparato se compone de una base de madera sobre la que se apoya una caja cilíndrica de cristal con una cinta graduada a su alrededor colocada a media altura y cerrada en su parte superior por una cubierta que está atravesada en su centro por un cilindro hueco de cristal que se prolonga hasta el interior de la caja. Este cilindro se cierra en su extremo superior por el micrómetro del aparato: dos tambores metálicos, uno graduado en su borde, con giro suave del uno sobre el otro . Sujeto a este elemento se encuentra un hilo muy fino de plata que pende por el interior de este cilindro hueco y se prolonga hasta el interior de la caja de cristal; en este otro extremo el hilo de plata sostiene una aguja o varilla horizontal de goma laca. Por un orificio en la cubierta se introduce una bolita aislada, con un mango de vidrio, que podrá ser electrizada convenientemente desde el exterior. El proceso consistía en medir los ángulos de torsión que sufría la varilla móvil unida al hilo de plata como resultado de la fuerza de atracción o repulsión con la esferita fija previamente electrizada, a partir de estos se deducían las fuerzas existentes entre ambos elementos debido a la carga eléctrica, quedando establecidas las variables de las que depende dicho valor y en que medida lo hace concluyendo en la conocida Ley de Coulomb. Gracias a esta balanza, formuló la ley que lleva su nombre, que dice que dos cargas puntuales del mismo o distinto signo se repelen o se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa
En términos matemáticos, esta ley se refiere a la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales q1y q2 ejerce sobre la otra separadas por una distancia r ,k es una constante conocida como constante Coulomb.
5. Mencione el principio de funcionamiento de: Un generador Van de Graaff de efecto corona. Un generador Van de Graaff por fricción.
6. Defina el concepto de intensidad de c ampo eléctrico y establezca la expresión matemática debido a una carga puntual aislada Definición: La intensidad de campo eléctrico E es la fue rza eléctrica por unidad de carga de prueba.
7. Enuncie las características de las líneas de fuer za que representan un campo eléctrico y dibuje las líneas de campo eléctr ico debido a tres formas geométricas diferentes de cuerpos cargados uniformemente. • Características de las líneas – Comienzan
de campo:
en las cargas (+) y terminan en las (-).
– El
nº de líneas que entran o salen es proporcional a la carga, q, neta que genera el campo.
– La
densidad de líneas que salen o entran es proporcional al campo en ese punto.
– A
grandes distancias r>>>; las líneas de campo se configuran como procedentes de una carga
puntual. – Las
líneas de campo no se cortan en ningún punto.
8. Se afirma que en el interior de un material conductor cargado el campo eléctrico es cero. Dé una explicación al respecto.
"El campo eléctrico dentro de un conductor cargado es 0". Porque si el campo eléctrico fuera diferente de cero las cargas eléctricas experimentarian movimiento debido debido a la fuerza que causa el campo eléctrico lo que violaria la condición de electrostática sobre (cargas eléctricas en reposo); pero como el cuerpo está cargado lo que hacen las cargas libres es distribuirse por la superficie del conductor y en cada punto de la superficie las lineas de campo eléctrico son perpendiculares a esta superficie para que las cargas no experimenten un movimiento debido a el campo eléctrico.
9. Defina el concepto de potencial e léctrico (voltaje) en función del campo eléctrico y establezca su ecuación. Se define el potencial se define como el trabajo realizado para trasladar un objeto de un punto a otro. En particular, para el caso eléctrico, definimos el potencial eléctrico del punto A al punto B, como el trabajo realizado para trasladar una carga positiva unitaria q de un punto a otro, desde B hasta A.
10. La distribución del potencial eléctrico en un campo elé ctrico puede representarse gráficamente por superficies equipotenciales. Describa las características de una superficie equipotencial y dibuje tres ejemplos. Una característica importante de las superficies equipotenciales es que son perpendiculares a las líneas de fuerza del campo eléctrico en todo punto, lo cual resulta de las propiedades del operador gradiente. A título de ejemplo, en el caso de una carga puntual, el potencial viene dado por la ecuación , por lo tanto las superficies e quipotenciales se obtienen de
11. Si se conoce la función de potencial eléctrico en cierta reg ión del espacio; defina la ecuación que permite calcular el campo eléctrico en esa región (Gradiente de potencial eléctrico). Dar su respuesta en coordenadas cart esianas.
