Estructura de la materia: Interacción entre cargas eléctricas

1. Estructura de la materia: Interacción entre cargas eléctricas

2. Objetivos de la clase • Comprender el modelo cuantitativo para las interacciones de cargas eléctricas. • Comprender las nociones de campo eléctrico y potencial eléctrico.

3. Estudio cuantitativo de la Electricidad • Esto implica: • Definir carga eléctrica. • Determinar los factores de los cuales depende la fuerza eléctrica. • Lo que, a su vez, significa: • Algunas abstracciones matemáticas. • Algunas observaciones experimentales.

4. Carga eléctrica (q, Q) • Carga eléctrica puntual: • es un cuerpo electrizado cuyas dimensiones resultan insignificantes en relación as la situación en que es considerado (es un concepto equivalente al de partícula) • Las designaremos con las letras “q” o “Q” • Pueden ser positivas o negativas.

5. Igualdad de carga eléctrica • Diremos que dos cargas qA y qBson iguales; es decir: qA = qB Si ambas producen, en igualdad de condiciones, los mismos efectos sobre una tercera carga q. FA q qA qB FB q Si FA = FB, entonces qA = qB. En general, Si FA = n FB, entonces, qA = n qB.

6. ¿De qué factores depende la fuerza entre dos cuerpos electrizados? • De la cantidad de carga “q” • De la distancia “r” entre ellas • Del medio en que se encuentran inmersas. • Fue el Físico Charles Agustín Coulomb, basado en los trabajos de Newton, quien aclarara los puntos anteriores.

7. ¿Cómo depende de la cantidad de carga? qA qB F 2qA qB 2F 6F 3qA 2qB mnF mqA nqB Es decir, se deduce que las fuerzas eléctricas son directamente proporcionales al producto de las cargas; es decir: Fe = K1qAqB(K1 es una constante de proporcionalidad)

8. qAqB Fe = Ke r2 La Ley de Coulomb • Considerando lo que tenemos: 1 Fe = K1qAqB Fe = K2 r2 Se puede resumir en una sola expresión: La cual es conocida como ley de Coulomb. Ke es una constante (constante eléctrica) cuyo valor depende del medio en que se encuentren las cargas qA y qB

9. qAqB Fe = Ke r2 Comparación entre las Fuerzas Eléctricas y Gravitacionales. • Las dos, junto con las fuerzas nucleares (fuerte y débil) son básicas en nuestro universo. Sólo rigen a distinta escala. • Hay una gran semejanza en la estructura matemática de la Ley de Coulomb y la Ley de Gravitación Universal de Newton. mAmB Fg = G r2 • Semejanzas en r2 semejanzas en los productos mAmBy qAqB • Diferencias en las constantes • Diferencias en los signos.

10. Unidad de carga eléctrica (Cb) • Diremos que una carga eléctrica es de 1 Coulomb (1 Cb), si colocada a 1 metro de otra idéntica, se repele con ella con una fuerza de 9 x109 Newton cuando el medio en que se encuentran es el vacío. Vacío 9x109 N 1 Cb 1 Cb 9x109 N 1 metro

11. Valor de la Constante Eléctrica • Despejando Ke de la Ley de Coulomb: Fe r2 Ke= qA qB Reemplazando en ella los datos anteriores (definición de Cb), tenemos que, en el vacío: Nm2 Ke= 9x109 Cb2

12. Algunos datos importantes: • El electrón: • Carga eléctrica e = - 1,6 x10-18 Cb • Masa de electrón me = 9,1 x 10-31 Kg • Ke en distintos medios: • Vacío Ke = 9x109 Nm2 /Cb2 • Aire Ke = 9x109 Nm2 /Cb2 • Agua Ke = 7,2x1011 Nm2 /Cb2