UNIDAD N4 Parte A

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UNIDAD Nº4 CARGA ELÉCTRICA
Carga eléctrica. 
Conductores y aislantes. 
Ley de Coulomb. 
Campo eléctrico. Líneas de campo. 
Ley de Gauss. 
Carga y flujo eléctrico. Aplicaciones. 
Carga en conductores.
FÍSICA III - 2022
Dra. Ing. María Elizabeth MÉDICI29/9/22
UNIDAD Nº4 CARGA ELÉCTRICA
PARTE A
Carga eléctrica. 
Conductores y aislantes. 
Ley de Coulomb. 
Dra. Ing. María Elizabeth MÉDICI29/9/22
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UNIDAD Nº4 CARGA 
ELÉCTRICA
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Dra. Ing. María Elizabeth MÉDICI29/9/22
Comenzaremos estudiando la interacción entre cargas eléctricas en reposo a lo cual se
lo denomina ELECTROSTÁTICA. El observador se halla parado desde un referencial
respecto del cual las cargas están en reposo. Para ello hace falta definir carga eléctrica.
CARGA ELÉCTRICA.
La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas
que se manifiesta mediante fuerzas de atracción o repulsión entre ellas, por la
mediación de campos electromagnéticos.
La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos,
siendo a su vez, generadora de ellos.
La denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de
las cuatro interacciones fundamentales de la física.
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Normalmente los objetos que nos rodean no tienen carga neta es decir que son 
neutros o que sus cargas están equilibradas 
Cantidad de carga NEGATIVA = Cantidad de carga POSITIVA
La unidad de carga eléctrica en el SI es el Coulomb, C.
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La materia está constituida por átomos y en ellos hay
Un objeto que está cargado, tiene un desbalance de carga que puede ser:
Positivo: hay un déficit de electrones
Negativo: hay un exceso de electrones.
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Las cargas generadas al frotar un vidrio con un trozo de seda
son positivas y las generadas al frotar una barra de plástico
con piel son negativas. Esa convención la estableció Franklin.
DEFINICIÓN:
v Cargas que se repelen son de la misma clase.
v Cargas que se atraen son de clase opuesta.
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Estudiaremos, entonces, la interacción entre la carga
eléctrica y la materia.
Como ya lo dijimos anteriormente existen dos tipos de
carga: la positiva y la negativa. Esa denominación se la
debemos a Benjamín Franklin. (1706-1790)
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CONDUCTORES Y AISLANTES.
Si a una barra metálica que la sostenemos con la mano la frotamos con piel, no
adquiere carga. Pero si le colocamos una manija de vidrio de tal manera que la
mano no la toque mientras se frota, es posible cargarla.
Esto sucede porque los metales, el cuerpo humano y la
tierra son “conductores” de las cargas, mientras que el
vidrio y el plástico son “aislantes o dielectricos”
Conductores: las cargas eléctricas se mueven con libertad
dentro del material,
Aislantes o dieléctricos: las cargas no se mueven con
libertad.
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CONDUCTORES Y AISLANTES.
Supongamos tener dos esferas metálicas: la
primera está cargada y la otra no
¿Qué pasa si las conectamos o vinculamos?
Conector Metálico Conector de Madera
La Madera es aislanteEl Metal es conductor
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CONDUCTORES Y AISLANTES.
No existen aislantes perfectos de tal forma que para muchos propósitos algunos materiales se
comportan como aislantes perfectos.
Existen otros materiales conductores denominados electrólitos en los que las cargas positivas
como negativas se pueden mover.
Hay otros materiales llamados semiconductores que tienen características intermedias entre los
conductores y los aislantes en cuanto a su capacidad de conducir cargas. Ej. Silicio y germanio.
CONCLUYENDO:
Los metales en general, el agua corriente, el cuerpo humano son ejemplo de
conductores. Los portadores de carga son los electrones libres.
El agua químicamente pura, el vidrio, el plástico son ejemplo de aislantes.
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En un conductor típico cada átomo contribuye con un electrón de conducción.
10#$ %&%'() *% '+,*-''.ó,'0$
En un aislante típico.
1 %&%'() *% '+,*-''.ó,'0$
En un semiconductor la densidad de conducción se controla con el voltaje, la luz y la temperatura.
Entre 1011 2 101# 343567 83 59:8;55<ó:5=>
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CARGA INDUCIDA:
A un elemento metálico que en principio no tiene carga o es neutro se le puede inducir caga. ¿Cómo?
Se puede inducir carga a un elemento metálico de la siguiente forma:
1) se acerca un elemento con carga
positiva a una esfera metálica.
2) Se redistribuyen las cargas en la
esfera.
3) se conecta la esfera metálica a tierra.
4) se descargan las cargas positiva hacia
tierra. La esfera queda cargada
negativamente.
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LA LEY DE COULOMB
Charles Coulomb midió cuantitativamente la atracción y repulsión eléctrica y dedujo la
ley que las gobierna. Ideó un dispositivo denominado balanza de torsión de Coulomb
Estudios realizados por Coulomb demostraron que :
1) la fuerza eléctrica que ejercía un cuerpo cargado sobre otro depende
directamente de las magnitudes de las cargas.
o Si duplicamos una de las cargas, se duplica la fuerza.
o Si duplicamos ambas cargas, se cuadriplica la fuerza.
2) es inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que las
separan (hay un experimento de 1971 que permitió encontrar que ese
exponente es 2+δ; #$%#& ' < 10+,-)
3) La fuerza actúa a lo largo de la línea que une ambas cargas acorde a la
tercera ley de Newton.
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LA LEY DE COULOMB
Charles Coulomb midió cuantitativamente la atracción y repulsión eléctrica y dedujo la
ley que las gobierna. Ideó un dispositivo denominado balanza de torsión de Coulomb
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LA LEY DE COULOMB
Esto lo podemos llevar a fórmula:
! = #
$%$&
'&
! ∝
$%$&
'&
Donde # = 8,988 , 10/ 0.2
&
3&
45 46 7. 8. (mksA)
9 es una fuerza y como tal es un vector
Donde 1IJK6JLM = 3,10/OPQPIJK6JLM
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LA LEY DE COULOMB
Sea !" # !$ dos cargas eléctricas puntiformes colocadas en los puntos 1" y 1$
(vectores de posición): Las cargas se encuentran en reposo respecto de un sistema
inercial y en el vacío. El vector distancia de !$ respecto de !" es 1"$ = 1$- 1"
3"$ = 4 56578677 91"$
91"$ =867867 . Vector unitario
3"$ = −3$"
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LA LEY DE COULOMB
La fuerza de interacción es según la recta que une !" #$% !&; lo que significa que
'"& es central. Esta ley lleva implícita la idea de que las fuerzas de interacción
aparecen simultáneamente con la presencia de las cargas, es decir que las acciones
son instantáneas.
'"& = ) *+*,-+,, ./"&
./"& =-+,-+, . Vector unitario
'"& = −'&"
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PRINCIPIOS VÁLIDOS PARA LA LEY DE COULOMB
LEY DE SUPERPOSICIÓN:
Si !" es la fuerza de interacción de #" $%&'( # ; !) la de #) $%&'( # * !+ la de
#+ $%&'( # entonces la fuerza ! con que actúan simultáneamente #" ,
#), … , #+ $%&'( # manteniendo los valores y posiciones anteriores.
!⃗ = !" + !)+ …+!+ = ∑2+ !2
Aplicando las leyes de Coulomb y de superposición se puede escribir
!⃗ = ∑2+ 334546 7'2
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COMPARACIÓN
FUERZA ELÉCTRICA Y FUERZA GRAVITACIONAL
El origen de esta fuerza sonlas
cargas eléctricas, las cuales son
una propiedad de la materia.
!"# = % &'&()'(( *+"#
!"# = , -'-()'(( *+"#
El origen de esta fuerza son las
masas, las cuales, también, son
una propiedad de la materia.
La similitud entre ambas fuerzas es que ambas son inversamente proporcionales al cuadrado de la
distancia entre las fuentes.
La diferencia es que en las fuerzas gravitacionales siempre hay atracción.
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LA CARGA ELÉCTRICA ESTÁ CUANTIZADA
En la época de Franklin se pensaba que la carga era un fluido, pensamiento que era muy útil para
muchos propósitos. Luego se desmostró que toda la materia está constituida por átomos y que los
fluidos no son continuos. El fluido eléctrico tampoco es continuo sino que está constituido por múltipos
enteros de cierta carga mínima.
Cualquier carga q sin importar su origen se puede escribir como n.e, donde n es un entero
positivo o negativo.
! = #, %&' ( #&)#* +
No es posible tener un objeto cargado con 1,65 e
Partícula Símbolo Carga Masa
Protón p +- 1,6726485 x 10 -27 kg
Neutrón n 1,6726485 x 10 -27 kg
Electrón -) −- 9,109534 x 10 -31 kg
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