Flujo Electrico

Flujo Eléctrico:

Si consideramos un campo eléctrico uniforme que atraviesa una superficie de área A, que es perpendicular al campo.

Figura 2.1

El número de líneas por unidad de área es proporcional al campo eléctrico

Entonces podemos decir que:

Indicando que el número de líneas de campo es proporcional al producto de E y A, lo que llamaríamos Flujo Eléctrico y se representa mediante

Por convención para una superficie cerrada, las líneas de flujo que pasan en el interior del volumen son negativas y las que salen del interior del volumen son positivas.

Ley de Gauss:

Es una técnica para calcular el campo eléctrico promedio sobre una superficie cerrada, desarrollada por Karl Friedrich Gauss a (1777 -1855). Cuando el campo eléctrico, debido a su simetría, es constante en todas partes sobre dicha superficie y perpendicular a ella, se puede encontrar el campo eléctrico exacto.

La ley de Gauss relaciona el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada y la carga total dentro de dicha superficie.

El flujo eléctrico a través de cualquier superficie cerrada es igual a la carga neta dentro de la superficie, dividida entre la permisividad eléctrica al vacío.

Nota.- Una superficie Gaussiana es una superficie imaginaria, creada exclusivamente para facilitar el cálculo matemático de la superficie o del campo sobre dicha superficie.

Energía Potencial eléctrica:

Como la fuerza electrostática dada por la ley de Coulomb es conservativa, los fenómenos electrostáticos se pueden describir bajo los términos de energía potencial eléctrica.

Si se desplaza una carga hacia otra carga, necesariamente a tenido que existir fuerzas externas sobre las cargas tal que puedan contrarrestar la repulsión o atracción entre estas cargas, desarrollando debido a su desplazamiento un trabajo contra la atracción o repulsión eléctrica.

Figura 2.2

En esta figura se muestra un campo eléctrico producido por un sistema de cargas, que al colocar una carga en este campo ella experimenta una fuerza eléctrica , que es la que tiende a mover en la dirección del campo si es que la carga de prueba es positiva, o en dirección contraria si es negativa.

El trabajo hecho por el campo sobre la carga de prueba cuando se mueve desde f hasta i a través de su trayectoria es:

Sabemos además de que por conservación de la energía mecánica, dada por fuerzas conservativas, el trabajo se relaciona con la energía potencial eléctrica:

Para poder describir la energía potencial debemos expresarla en función de su posición, lo cual es necesario escoger un punto en el cual la energía potencial es nula.

Normalmente se toma la decisión de que la energía potencial es nula en puntos muy alejados de la distribución de carga esto es .

Potencial Eléctrico:

Queda definido como la relación de la energía potencial eléctrica con respecto al traslado de la carga de prueba a través de un campo eléctrico, desde el infinito hasta el punto o posición de estudio.

Definición:

Esta definición nos describe el potencial eléctrico en cualquier punto de un campo eléctrico.

Como la energía potencia una magnitud l es una magnitud escalar, el potencial eléctrico es también una magnitud escalar.

Unidades:

U q : V

Unidad J C = Voltio

Diferencia de potencial eléctrico:

La diferencia de potencial , representa la cantidad de trabajo por unidad de carga por el campo para mover una carga de prueba desde un punto inicial hasta otro final, sin cambiar su energía cinética:

A la diferencia de potencial eléctrico se le conoce como voltaje, y se mide a través de sus unidades en voltios, con instrumentos conocidos como voltímetros.

Nota:

El sentido en que se desplaza la carga positiva en la figura 2.2 realizando un trabajo es siempre tratando de realizar un trabajo en contra de la atracción o repulsión eléctrica.

En cambio la energía potencial, como energía latente, seria la formada por la influencia de la fuerza eléctrica desde el punto inicial hacia al punto final como se muestra en la figura 2.2., por estas razones al potencial mayor se le considera mas positivo o mas negativo dependiendo de cuan ceca este de el electrodo positivo o negativo de una fuente de alimentación.

Curvas equipotenciales:

Figura 2.3

Figura 2.4

Figura 2.5

Observando las figuras, especialmente en la figura 2.5, vemos la carga puntual fija en la posición mostrada donde las líneas de campo eléctrico son radiales y salientes.

Pero como

La diferencia de voltaje es simplemente nula: , ya que el potencial en el punto A como en el punto B es el mismo.

Lo mismo ocurriría para todos los puntos sobre esta misma circunferencia.

A esta circunferencia se le denomina entonces línea o curva equipotencial.

Figura 2.6

Figura 2.7

Figura 2.8

Capacitancia:

La capacitancia eléctrica (C) es una propiedad física de un conductor que expresa la habilidad para adquirir carga sin un cambio sustancial en su potencial. Matemáticamente se expresa como el cociente entre la carga y el potencial:

Definición

Unidades:

Q V : F

Unidad Coulomb voltio = Faradio

Capacitor:

El capacitor o condensador es un dispositivo eléctrico formado esencialmente por dos conductores llamadas placas del condensador aisladas y separadas por el medio vacío o por un dieléctrico. Sobre las placas se distribuyen cargas iguales y opuestas +q y –q tal como se muestra en la figura 4.1.

Figura 4.1

Tipos de condensadores:

Los capacitores

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