CARGA ELÉCTRICA, CAMPO Y POTENCIAL ELÉCTRICO

Cuestionario Previo

1. Defina los siguientes conceptos: carga eléctrica y ley de la conservación de la carga eléctrica.

Carga eléctrica: Es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones. Se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. Una de las principales características de la carga eléctrica es que la carga total de un sistema aislado siempre se conserva. A los electrones se les asignó carga negativa: –1ó –e. Los protones tienen carga positiva: +1 ó +e.

Principio de conservación de la carga eléctrica: Afirma que la carga eléctrica no se crea ni se destruye únicamente se transfiere, si en una superficie cerrada está disminuyendo la carga contenida en su interior, debe haber un flujo de corriente hacia el exterior del sistema. Las ecuaciones de Maxwell llevan implícitas el principio de conservación de la carga.

2. Los tres procedimientos para cargar un cuerpo eléctricamente son: frotamiento, inducción y contacto. ¿En qué consiste cada procedimiento?

Frotamiento: Por efecto de la fricción, los electrones externos de un cuerpo son liberados y cedidos a otro, por lo que el segundo queda cargado negativamente y el primero positivamente. El número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica.

Inducción: Es cargar un cuerpo conductor neutro con un cuerpo aislante pero sin ponerlos en contacto entre sí, lo que se hace es acercar el cuerpo aislante cargado positivamente sobre el conductor y este por inducción se carga negativamente.

Contacto: Es cuando un cuerpo se carga de energía al tocarse con un cuerpo estaba ya cargado. 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 el objeto cargado varias partes del otro objeto para obtener una distribución de carga más o menos uniforme.

3. Charles Augustin Coulomb estableció la ley que cuantifica las fuerzas electrostáticas. Enuncie brevemente en que consiste su experimento, establezca su ecuación e identifique cada término en ella.

Fue este físico francés quien, tras poner a prueba un método de medida de fuerzas sensible a pequeñas magnitudes, lo aplicó al estudio de las interacciones entre pequeñas esferas dotadas de carga eléctrica. El resultado final de esta investigación experimental fue la ley que lleva su nombre y que describe las características de las fuerzas de interacción entre cuerpos cargados.

Cuando se consideran dos cuerpos cargados, la intensidad de las fuerzas atractivas o repulsivas que se ejercen entre sí es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que las separa, dependiendo además dicha fuerza de la naturaleza del medio que les rodea.

La expresión matemática de la ley de Coulomb es:

q y q' corresponden a los valores de las cargas que interaccionan tomadas con su signo positivo o negativo.

r representa la distancia que las separa.

K es la constante de proporcionalidad correspondiente, que depende del medio en que se hallen dichas cargas. K = 8.9874 • 109 N • m2/C2.

4. Explique brevemente el principio de operación del generador Van de Graaff.

Es una máquina electrostática que utiliza una cinta móvil para acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de una esfera metálica hueca. Fue inventada por Robert J. Van der Graaff en 1929, con el objeto de generar voltajes elevados para experimentación en física nuclear.

El generador clásico, consiste en un cinturón aislante, motorizado, que transporta carga a un terminal hueco. Dentro del terminal, la carga es recolectada por un peine metálico que se aproxima al cinturón y transferida a la superficie exterior mediante contactos. Las cargas, en el dispositivo original, se transfieren al cinturón aislante, mediante un dispositivo electrónico de alto voltaje en continua.

Las diferencias de potencial así alcanzadas en un generador de Van de Graaff moderno pueden llegar a alcanzar los 5 mega voltios. Las diferentes aplicaciones de esta máquina incluyen la producción de rayos X, esterilización de alimentos y experimentos de física de partículas y física nuclear.

5. Defina el concepto de intensidad de campo eléctrico y establezca la expresión matemática debido a una carga puntual aislada.

La fuerza eléctrica que en un punto cualquiera del campo se ejerce sobre la carga,

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