ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO. CAPACITANCIA Y DIELÉCTRICOS

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• ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

• PROFESOR: MARIO ALBERTO MONROY YÉPEZ

• ALFREDO ROJAS VELARDE, #19554188

• ENTREGABLE 1: CAPACITANCIA Y DIELÉCTRICOS    

• FECHA DE ENTREGA: DEL 19 AL 24 DE NOVIEMBRE

Introducción:

• Capacitancia y dieléctricos
• Capacitor y capacitancia
• Energía electroestática de un capacitor
• Efecto dieléctrico y polarización
• Constante dieléctrica
• Relación de un campo eléctrico
• Relación con el campo eléctrico
• Relación con el voltaje
• Relación con la energía almacenada
• Relación con la capacitancia
• Capacitores en serie y en  paralelo

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Electricidad y magnetismo

Entregable 1.

1. Menciona tres similitudes entre un campo gravitacional y un campo eléctrico.

• Ambas interacciones se explican mediante leyes empíricas que tienen forma similar. Estas so proporcionales a la magnitud que produce la interacción (masa y carga), e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia que separa ambos cuerpos; es decir que ambas son de tipo newtoniano.

• Ambos campos, tiene alcance infinito, disminuyendo su intensidad con el cuadrado de la distancia que separa los cuerpos.

• Ambas son interacciones centrales, es decir que, las líneas del campo convergen en un punto, donde esta situada la masa o carga que crea el campo.

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1. Aplicación de la ley de Gauss (blindaje electrostático).

Calcular la intensidad del campo eléctrico en una distancia de 5 cm desde el centro de una cavidad de forma esférica, que tiene un radio de 15 cm y una carga total de 3.72 μC, uniformemente distribuida sobre la superficie. Explique su respuesta.

Los argumentos que acabamos de dar para una esfera con carga uniforme se pueden aplicar también a una delgada capa de carga esférica. Suponiendo que el campo es radial en todas partes y es esféricamente simétrico, se deduce inmediatamente de la ley de Gauss que el campo fuera del caparazón es como el de una carga puntual, mientras que el campo en todas partes dentro del caparazón es cero. (Una superficie gaussiana dentro del caparazón no tendrá carga).

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1. Sobre cierta región del espacio, el potencial eléctrico está determinado por

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Determina:
a) El campo eléctrico

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• derivamos y tenemos que el campo eléctrico es:
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  b) Las componentes del campo eléctrico en el punto (-3, -2, -5)

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• Sustituimos
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1. Explica, con tus palabras (más de 20 y menos de 200 palabras), los procesos de polarización de un dieléctrico.

• Un conductor es un material, que dispone de partículas de carga que pueden moverse libremente. Por ejemplo: los metales son el tipo de materiales conductores, ya que, estos poseen electrones débilmente ligados a sus átomos, los cuales pueden moverse por el seno del material.
• Por lo contrario, un dieléctrico, es un material en el que todos los portadores de carga, se encuentran confinados a sus átomos o moléculas sin poder abandonarlos. Así mismo, los dieléctricos suelen ser llamados aislantes.
• Polarización: cuando se aplica un campo eléctrico a un material dieléctrico (aislante), el fenómeno que ocurre a una escala microscópica es el de polarización.

Los dieléctricos, o también conocidos como aislantes, son clasificados en dos grupos principales:

• Dieléctricos polares: las moléculas de algunos dieléctricos tienen la propiedad de que la distribución interna de sus cargas no es simétrica. En esto caso la parte positiva y negativa, están separadas la una de la otra. Por ejemplo: si al dieléctrico se le aplica un campo eléctrico, estas moléculas llamadas dipolos, no se desplazan (como los electrones en los metales), sino que se orientan según el campo aplicado. Así mismo, al desaparecer dicha carga, las moléculas vuelven a sus estado original.
• Influencia de un campo eléctrico en un dieléctrico no polar : este dieléctrico, esta constituido por moléculas simétricas desde un punto de vista de distribución de cargas. Cuando se aplica un capo eléctrico intenso a este dieléctrico, las moléculas se trasforman en dipolos orientados, esto es de acuerdo a el campo aplicado. Este tipo de polarización, cunado el campo eléctrico desaparece, las moléculas regresan a su simetría anterior. De manera similar a la de polarización de un conductor, la polarización de un dieléctrico surge a través de la energía que trasporta el campo eléctrico.

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1. Explica, con tus palabras (más de 20 y menos de 100 palabras), ¿qué es la constante dieléctrica de un material?

• La constante dieléctrica (permitividad relativa), hace referencia a una propiedad de tipo macroscópica de un medio que es dieléctrico, es decir, que no posee conductividad eléctrica; por lo tanto estas son utilizadas como aislantes de la electricidad, relacionándolo con la permitividad que tienen un medio con la electricidad. Así mismo, la permitividad, es una constante que es utilizada en física, para determinar el campo eléctrico que se ve afectado o que afecta a un medio concreto.

El termino de constante dieléctrica, procede de los materiales dieléctricos (materiales aislantes, o poco conductores), cuando se encuentran inferiores a una determinada tensión de tipo eléctrica también conocida como tensión de rotura. Por ejemplo:

En un condensador eléctrico (aparato que  almacena energía de tipo eléctrica), se manifiesta la constante dieléctrica; ya que cuando en el dispositivo entre los conductores que se encuentran cargados, insertamos un material aislante (un dieléctrico) que no se airea, la capacidad que posee de almacenaje de carga, aumentara significativamente.

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