Fenómenos Ponderomotrices y de Inducción Electroestática

 Unidad I: Fenómenos Ponderomotrices y de Inducción Electroestática.

Carga eléctrica: es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiestan mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas a través de campos electromagnéticos.

“Las cargas de igual signo se repelen y los distintos signos se atraen”

Principio de conservación de la carga: la carga no se puede destruir ni crear, a una carga positiva le corresponde otra negativa, también un cuerpo se puede cargar por contacto con otro cargado transfiriendo este ultimo parte de su carga.

Inducción: según el tipo de material los mismos se cargan con distinto tipo de carga, esto se puede observar en una tabla llamada triboeléctrica.

Conductores y aislantes: los materiales se pueden clasificar según la facilidad con que las cargas se pueden mover a través de ellos:

                        Conductores: las cargas se mueven con facilidad (metales)[pic 1]

Materiales                 Semiconductor: pueden impedir el paso de las cargas (Azufre, silicilicio)

                        Aislantes: las cargas no fluyen por el material (plásticos)

Ley de Coulomb: “La fuerza ejercida por una carga puntual sobre la otra esta dirigida a lo largo de la línea que las une. La fuerza varia inversamente con el cuadrado de la distancia que separa las cargas y es proporcional al producto de las mismas. Es repulsiva si las cargas tienen el mismo signo y atractiva si las cargas tienen signos opuestos.”

[pic 2]

K= constante de coulomb = [pic 3]

q= carga.

d= distancia entre cargas.

Campo eléctrico: Una carga Q por el solo hecho de existir genera lo que se denomina un “campo electroestático”.

O sea que genera una zona del universo “influenciado” por esta carga podríamos decir que le confiere al espacio circundante a la carga Q que de ahora en más denominaremos carga “generadora”

Este campo se pone de manifiesto cuando aparece en él una partícula cargada con una carga “q” denominada “carga de prueba”; cuando esto ocurre aparece una fuerza “f” sobre esta carga que cumple con la Ley de Coulomb

[pic 4]

Si queremos obtener una magnitud que depende únicamente de “Q” o sea independizarnos de la carga “q” hacemos lo siguiente:

[pic 5]

E: es un vector que tiene la misma dirección que la fuerza de Coulomb como si en ese punto existiera una carga positiva. Si en ese punto aparece una carga q se producirá una fuerza F=q.E

Líneas de Campo: son líneas en las cuales el vector campo eléctrico es siempre tangente a los mismos, cuando mas juntos estén las líneas, mayor intensidad tiene el campo.

• Las líneas de campo comienzan en las cargas + y terminan en las cargas - .
• Las líneas de campo “nunca se cortan”.

Fuerza y aceleración en un campo eléctrico: Supongamos una partícula de masa m con carga q+ sometida a un campo eléctrico; aparecerá una aceleración:

[pic 6]

Energía potencial electroestática: Si situamos una carga q en el campo producida por una carga Q esta comenzara a moverse porque actúa una fuerza que produce un trabajo esta fuerza es conservativa, como la fuerza es conservativa hay asociada una energía potencial electroestática.

La variación de energía potencial es “menos” que el trabajo de la fuerza electroestática conservativa:

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Si el trabajo es positivo la variación será negativa

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[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

Diferencia de potencial: Si a la energía potencial electroestática la dividimos por la carga obtenemos la “diferencia de potencial”

[pic 12]

[pic 13]

También podemos pensar a esta diferencia de potencial como el trabajo del campo entre dos puntos (si el campo es uniforme).

[pic 14]

Distribución continua de cargas: las cargas se pueden considerar como una distribución continua:

Densidad de carga: [pic 15]

¡¡VER LOS CALCULOS PARA LOS CASOS!!

Ley de Gauss: esta ley permite calcular fácilmente los campos eléctricos que resultan de distribuciones simétricas de carga tales como cortezas esféricas o líneas infinitas. Definiremos superficie cerrada: divide al espacio en 2 regiones, la interior y la exterior.

“El número de líneas que sale por cualquier superficie que encierra las cargas es proporcional a la carga encerrada dentro de dicha superficie”

Flujo eléctrico:

 [pic 16]

[pic 17]

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Donde En es la componente E  a la superficie. Si E varia punto a punto en la superficie cerrada tenemos [pic 19][pic 20]

Carga puntual en una superficie cerrada:

[pic 21]

[pic 22]

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Llamando  permitividad en el espacio libre entonces [pic 25]

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Simetría esférica: distribución de carga que depende únicamente del vector posición; carga puntual tiene el mismo modulo E a igual distancia r del centro

[pic 27]

[pic 28]

Corteza esférica:

Si r>R  . Si r<R : no hay carga interior  ¡¡VER LOS C PARA LOS CASOS!![pic 29][pic 30]

Carga y campo en la superficie de conductores: dentro de un conductor las cargas se pueden mover con libertad, pero en el interior del conductor no puede existir un campo E porque si no habría una corriente eléctrica (cargas en movimiento) y esto no ocurre salvo que exista una fuente de energía. La carga eléctrica reside en la superficie del conductor debe ser perpendicular a la superficie; si hubiese una componente tangencial se produciría también un movimiento de cargas y esto no ocurre.

Como E es discontinuo en la superficie el campo vendrá dado por  (distribución superficial de carga).[pic 31]

Constante dieléctrica: la constante dieléctrica es una medida de la permitividad estática relativa de un material, que se define como la permitividad absoluta dividida por la constante dieléctrica.

Unidad 2: Capacitores. Materiales Dieléctricos.

Capacidad eléctrica: la capacidad de un conductor indica “la capacidad” de albergar cargas.

[pic 32]

Capacidad que solo va a depender de la geometría del conductor. Ejemplo conductor esférico:

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