Interacción eléctrica

1. INTERACCIÓN ELÉCTRICA

2. La palabra electricidad viene del griego elektron , que significa ámbar. La electricidad se vió experimentalmente por primera vez al frotar dos cuerpos así: al frotar una varilla de vidrio con un paño de seda, o una varilla de ámbar con un pedazo de piel. Esta propiedad eléctrica da lugar a una interacción mas fuerte que la gravitación que se llama interacción eléctrica. Decimos que hay dos clases de electricidad según se utilice el vidrio o el ámbar así: Supongamos que acercamos una varilla de vidrio electrizada a una pequeña esfera de corcho suspendida de un hilo. ¿Qué sucede?

3. corcho Varilla de vidrio Si se repite el experimento con una varilla de ámbar electrizada, observamos el mismo efecto de atracción. corcho Varilla de ámbar

4. Sin embargo, si ambas varillas se acercan a la esfera simultáneamente, en lugar de una mayor atracción , observamos una fuerza de atracción menor o aún ninguna atracción de la esfera. vidrio ámbar Estos experimentos indican que , aunque ambas varillas electrizadas, la de vidrio y la de ámbar, atraen la bola de corcho, lo hacen debido a procesos físicos opuestos.

5. La atracción hecha por el vidrio se debe a que este tiene cierta electricidad , lo mismo que el ámbar. A la primera se le llama electricidad positiva y a la segunda electricidad negativa. Supongamos, ahora que tocamos dos esferas de corcho con una varilla de vidrio electrizada, ambas se electrizan positivamente. Si las acercamos observamos que se repelen. El mismo resultado se obtiene cuando tocamos las esferas con la varilla de ámbar electrizada, de modo que ambas se electricen negativamente. Sin embargo, si tocamos una de ellas con la varilla de vidrio y la otra con la de ámbar de modo que una adquiera la electricidad positiva y la otra, la electricidad negativa, observamos que se atraen.

6. + + _ _ + _ Podemos decir entonces.”Dos cuerpos con la misma clase de electrización (positiva o negativa) se repelen, pero si tienen diferentes clases de electrización, (una positiva y la otra negativa) se atraen” Representación esquemática del enunciado anterior. + + + _ _ _

7. LA CARGA ELÉCTRICA El estado de electrización de un cuerpo se representa por una magnitud física llamada carga eléctrica que se representa por q. Por tanto como hay dos clases de electrización, hay también dos clases de carga eléctrica: carga eléctrica positiva y carga eléctrica negativa. Un cuerpo que tiene cantidades iguales de electricidad positiva y negativa (q neta =0) se dice eléctricamente neutro. Como la materia en conjunto, no presenta fuerzas eléctricas apreciables, debemos suponer que está compuesta de cantidades iguales de cargas positivas y negativas.

8. CONDUCTORES Y AISLADORES Si cogemos con la mano un barra de vidrio y la frotamos con seda queda cargada. Esto puede comprobarse acercando la barra a una esfera cargada suspendida, que se desplaza. Si cogemos con la mano una barra metálica y repetimos el proceso anterior, la bola suspendida no se desplaza. Pero si en lugar de esto, sostenemos la barra metálica dentro de un mango de vidrio, la bola se desplaza lo que significa que la barra está cargada. Al frotar la barra metálica en los dos casos adquiere carga, pero nos vemos obligados a pensar que en el primer caso la carga se ha escapado. La carga ha tenido que ser capaz de moverse en la barra metálica y después penetrar y moverse a través del cuerpo humano. Esto no puede ocurrir en el caso del vidrio.

9. Las sustancias se dividen por tanto de la siguiente manera: Conductoras: metales y otras sustancias por las cuales puede fluir o ser conducida la carga. b) Aisladores: vidrio y todas las demás sustancias por las cuales la carga no puede fluir. c) Semiconductores: su capacidad de conducir carga eléctrica es variable, depende de ciertos factores, como son la temperatura y la presencia de ciertas impurezas.

10. Ley de coulomb Consideremos la interacción eléctrica entre dos partículas cargadas, en reposo o cuando mas moviéndose a una velocidad muy pequeña ; el resultado de tal interacción constituye la Electrostática. La interacción electrostática entre dos partículas cargadas está dada por la ley de Coulomb quien fue el primero en enunciarla así: “ La interacción electrostática entre dos partículas cargadas es proporcional a sus cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas y su dirección es según la recta que las une”. Matemáticamente, se expresa así: donde / Por tanto podemos definir operacionalmente el Coulomb así: 1 Coulomb es la carga eléctrica que, colocada a un metro de distancia de otra igual en el vacío, la repele con una fuerza de    

11.     Ejercicio1: Sea la siguiente disposición de cargas eléctricas, donde           Hallar la fuerza resultante sobre la carga eléctrica     y   = =   = =     1.0m 0.5m       Este es el ángulo entre  

12. =   El valor de la fuerza resultante se halla utilizando el teorema del coseno:   La dirección de la fuerza resultante se halla con respecto a cualquiera de las fuerzas, por ejemplo con respecto a . Para ello, se debe utilizar el teorema del seno.   Sea el ángulo entre la fuerza y la fuerza resultante   = , ,   Por tanto la respuesta es: .  

13. Ejercicio2: En la figura, dos cargas puntuales positivas iguales y Interactúan con una tercera carga puntual . Encuentre la magnitud y dirección de la fuerza total sobre .   + + +   0.3m 0.4 m        

14. Ejercicio3: Dos pequeñas esferas separadas entre sí 30cm tienen cargas iguales. ¿Cuántas electrones en exceso deben estar presentes en cada esfera para que la magnitud de la fuerza de repulsión sea de ? Carga del electrón, .   Ejercicio4: Cuatro cargas idénticas colocadas en las esquinas de un cuadrado de lado L. Dibuje un diagrama del cuerpo libre que muestre todas las fuerzas que actúan sobre una de las cargas. Encuentre la magnitud y dirección de la fuerza total ejercida sobre una de las cargas por las otras tres cargas.   q q q q L L L L