ELECTROMAGNETISMO
La electricidad y el magnetismo son dos aspectos diferentes de un mismo fenómeno físico, denominado electromagnetismo, descrito matemáticamente por las ecuaciones de Maxwell.
La electricidad es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros. Se puede observar de forma natural en fenómenos atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas producidas por la transferencia de energía entre la ionosfera y la superficie terrestre (proceso complejo del que los rayos solo forman una parte). Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos biológicos, como el funcionamiento del sistema nervioso. Es la base del funcionamiento de muchas máquinas, desde pequeños electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta velocidad, y de todos los dispositivos electrónicos.
El protón tiene carga positiva.
La carga de un electrón o un protón se llama electrostática. Las líneas de fuerza asociadas en cada partícula producen un campo electrostático. Debido a la forma en que interactúan estos campos, las partículas pueden atraerse o repelerse entre sí. La ley de las cargas eléctricas dice que las partículas que tienen cargas iguales se repelen y las que tienen cargas opuestas se atraen.
La diferencia entre cargas eléctricas negativas (electrones) y positivas (protones) que posee un cuerpo se llama carga neta.
El campo eléctrico apuntará hacia afuera, si la carga Q es positiva y hacia la carga Q, si ella es negativa.
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El electromagnetismo estudia la electricidad y el magnetismo.
Cuando las cargas eléctricas están en movimiento relativo se ejercen también fuerzas magnéticas.
La electricidad es originada por las cargas eléctricas, en reposo o en movimiento, y las interacciones entre ellas.
El átomo está formado por tres tipos de partículas: electrones, protones y neutrones. Los protones y neutrones se localizan en el centro o núcleo del átomo y los electrones giran en órbita alrededor del núcleo.
El electrón tiene carga negativa.
Un protón (+) repele a otro protón (+)
Un electrón (-) repele a otro electrón (-)
Las propiedades de un átomo dependen del número de electrones y protones.
Si el número de protones es mayor al de electrones, tendrá una carga positiva. Si el número de protones es menor al de electrones tendrá una carga negativa. Los átomos cargados reciben el nombre de iones. Los átomos con igual número de protones y electrones son eléctricamente neutros.
Se conocen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Los átomos que conforman la materia contienen partículas subatómicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones). También hay partículas elementales cargadas que en condiciones normales no son estables, por lo que se manifiestan sólo en determinados procesos como los rayos cósmicos y las desintegraciones radiactivas.
Coulomb fue el primero en determinar, en 1785, el valor de las fuerzas ejercidas entre cargas eléctricas. Usando una balanza de torsión determinó que la magnitud de la fuerza con que se atraen o repelen dos cargas eléctricas puntuales q=q1 y Q=q2 en reposo es directamente proporcional al producto de las magnitudes de cada carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Donde F es fuerza entre las cargas. q1 y q2 son las cargas, r es la distancia que las separa y la constante de proporcionalidad k depende del sistema de unidades y para el vacío o el aire es igual a:
Para expresar la influencia del medio, la constante
En esta expresión,
Valores de la constante dieléctrica
| |
Vacío
|
1
|
Aire
|
1
|
Vidrio
|
4,5
|
Aceite
|
4,6
|
Mica
|
5,4
|
Agua
|
81
|
a. Ejemplo: Calcula la fuerza entre dos cargas cuyos valores son: 3µC y ─4µC que se encuentran separados una distancia de 1cm dentro de agua.
Mediante la expresión
Calculamos el valor de la constante
Por tanto la fuerza eléctrica es igual a
Es una región del espacio perturbada por cargas en reposo. Dicha región ejerce fuerza sobre cualquier carga que a ella se lleve. Generalmente se utiliza una pequeña carga positiva qo, llamada de prueba
Un campo eléctrico tiene como características: La dirección, el sentido y la Intensidad.
Si suponemos una carga de prueba
La anterior expresión sirve para calcular el campo eléctrico generado por Q a una distancia r de esta. El campo eléctrico depende de la carga Q que lo genera y de la distancia r de la carga Q al punto p.
La unidad de campo eléctrico :
Cuando el campo en un punto p es generado por varias cargas puntuales Q1, Q2, Q3, Q4,…, Qn, el campo resultante en dicho punto será:
Ejemplos
a.1.1 En un punto p del espacio existe un campo eléctrico
Datos:
Formula
La carga de prueba se moverá en el mismo sentido de E ya que la dirección y el sentido de E son los mismos de la fuerza que actúa sobre la carga de prueba.
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