miércoles, 29 de octubre de 2008

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL
Electrostática
Objetivo: conocer el efecto que producen las cargas electrostáticas en un electroscopio de medula de sauco.


Materiales: 2 esperas de unicel (nieve seca), 1 metro de hilo de coser, 2 varitas de madera de 20cm, 1 regla de plástico (30cm), y el cabello seco de una de los integrantes (sustituyendo el paño).


Procedimiento:
1. Acerca la regla a las bolas de unicel. Observa que sucede y toma nota.
· Las bolas se quedan estáticas (sin movimiento) por que la regla no esta cargada de energía.
2. Frota la regla con el cabello
3. Acerca la regla a una de las bolas de unicel. Observa detenidamente, anota lo observado y dibuja el efecto.
· Ahora que la regla ya tiene una carga la bola a la cual se acerco la regla tuvo un pequeño movimiento de atracción hacia la regla.

4. Logra que la varilla toque las bolas de unicel. Retira la varilla y observa las bolas. Anota lo observado.
· Se logro que la regla tocara una de las bolas y la bola se cargo con la energía de la regla y la bola que estaba junto hizo un movimiento de repulsión.

5. Enuncia la primera ley de la electrostática: “Las cargas del mismo signo se repelen y las de diferente signo se atraen”

6. Detecta mas cargas electrostáticas con otros objetos. Acerca un peine a trocitos de papel antes y después de haberlo frotado vigorosamente en tu pelo (seco). Observa detenidamente y explica el fenómeno. Haz el dibujo correspondiente
· Antes de que el peine fuera frotado en el cabello y ser acercado a las bolitas de papel no sucedió absolutamente nada (no hubo movimiento).
· Después de haberlo frotado y haberlo acercado a las bolitas de papel las bolas de papel tuvieron movimiento de atracción hacia el peine.






CONCLUSIONES
En esta practica hemos puesto a prueba le que menciona la primera ley de la electrostática, que nos enuncia “Que las cargas de signos iguales se repelen y las cargas de signos distintos se atraen” en la practica de acercar la regla sin carga a las bolas de unicel, y de acercarla después de haberla frotado.
También pudimos elaborar un modelo mas rustico del electroscopio de Medula De Sauco y así pudimos encontrar mas cargas electrostáticas en diferentes materiales.

Problemas
EL CAMPO ELECTRICO:
UNA CARGA DE 12MC COLOCADA EN UN PUNTO P EN UN CAMPO ELECTRICO EXPERIMETA UNA FUERZA DESENDENTE DE 8 ¿Cuál ES LA INTENCIDAD DEL CAMPO ELECTRICO EN ESE PUNTO?

DATOS FORMULA SUSTITUCION
q=12MC=2 E=F/Q E= 8 10-4N/2 10-6C
F=8 10-4N
E=?
RESULTADO
E=400N/C, HACIA ABAJO
UNA CARGA DE 8Nc SE UBICA 80mm A LA DERECHA DE UNA CARGA DE 4Nc. DETERMINA LA INTENCIDADA DEL CAMPO EN EL PUNTO MEDIO DE UNA RECTA QUE UNE ALAS CARGAS.

DATOS FORMULA SUSTITUCION
Q=4 10-9C E=K.Q/r2 E=9 10 Nm2/C2(4 10-9C)
q=8 10-9C _____________________
K=9 109N.m2/C2 (0.04m)2
R=80mm=0.08m
SERIA LA MITAD DEL RESULTADO
TOTAL DE LA DISTANCIA E=22500=2.25 104NC ALA IZQUIERDA
ES DECIR 40mm=0.04m=1.6 10-3m




DOS CARGAS IGUALES DE SIGNOS OPUESTOS ESTAN SEPARADOS POR UNA DISTANCIA HORIZONTAL DE 60mm EL CAMPO ELECTRICO RESUTANTE EN EL PUNTO MEDIO DE LA RECTA ES DE 4 10 N/C ¿CUAL ES LA MAGNITUD DE CADA CARGA?

DATOS FORMULA DESPEJE SUSTITUCION
Q=? E=KQ / r2 Q=Er2/ K Q=(4 10 N/C)(0.030m)2/
E=4 10 N/ 9 10 Nm2/C2
R=60mm=0.06m
K=9 10 Nm2/C2

RESULTADO
Q=2 10-9=2nC
CUAL ES LA INTENSIDAD DEL CAMPO ELECTRICO DE UNA CARGA DE 15 µ C QUE SE ENCUENTRA A 3cm DE + 9? ¿HACIA DONDE SE DIRIGIRA LA FUERZA DE CAMPO?

DATOS FORMULA SUSTITUCION
Q=15 µ C E=KQ/ r2 E=(9 10 Nm2/C2)(15 10-6C)/
r2=3cm= 0.03m (0.3m)2
K=9 10 Nm2/C2
E=?
RESULTADO
E=1500N


¿ CUAL ES LA INTENCIDAD DE CAMPO e: DE CARGA -8MCSE ENCUENTRA A 10cm DE +9?

DATOS FORMULA SUSTITUCION
Q=8 µ C E=KQ/r2 E=(9 10 Nm2/C2)(-8 10-6C)/
r2=10cm=0.10m (0.10m)2
K9 10 Nm2/C2

RESULTADO
E=-7200000N

EL CAMPO UNIFORME ENTRE DOS PLACAS HORIZONTALES ES 8 10C LA PLACA SUPERIOR ESTA CARGADA POSITIVAMENTE Y LA INFERIOR TIENE UNA CARGA NEGATIVA EQUIVALENTE ¿Cuáles SON LA MAGNITUD Y LA DIRECCION DE LA FUEZA ELECTRICAQUE ACTUA SOBRE UN ELECTRON QUE PASA HORIZONTALMENTE ATRAVES DE LAS PLACAS?

DATOS FORMULA SUSTITUCION
qe=1.6 10-19C F=qeE F(1.6 10-19C)(8 10 C)
E=8 10 C
F=?

RESULTADO
F=1.28 10-14C HACIA ARRIBA
UNA CARGA DE -3 µ C COLOCADA EN EL PUNTO A, EXPERIMENTA UNA FUERZA DESENDENTE DE 6 10-5N ¿Cuál ES LA INTENSIDAD DEL CAMPO ELECTRICO EN EL PUNTO A?

DATOS FORMULA SUSTITUCION
E=? E=F/q E=6 10-5N/ -3 10-6C
F6 10-5N
q=-3 µ C
RESULTADO
E=-20N/C
E=20N/C HACIA ARRIBA





24.9

DATOS FORMULA SUSTITUCION
R=4cm F=Kq1q2/r2 F=(9 10-9Nm2/C2)(-12 10-6C)(3 10-19C)
q1=-12 10-6e F=0.2025N
q2= 3 10-9e
K=9 10-9Nm/C2 ET=F/q2 ET=0.2025N/3 10-9C

RESULTADO
ET=6.75 10 N/C

24.15

DATOS FORMULA SUSTITUCION
q=-20 µ C=-20 10-6C E1=Kq1/r2 E1=(9 10 Nm2/C2)(-20 10-6C)
r=50mm (0.024m)2
q1=49MC=49X10-6C E1=-3.125X10 N/C
r2= 24mm
E2=Kq2/r23 E2=(9 10Nm2/C2)((49 10-6C)
(0.05m)2
E2=14785124N/C

E2X=145785124 COS 21.8º=1.36X10 N/C
E2Y=145785124 SEN 21.8º=5.41X10 N/C
EX=1.36 10
EY=-3.125 10 N/C + 5.224X10 =2.58X10 N/C

E=√(1.35X10 N/C)+(2.5X10 N/C)2 RESULTADO
E=2.92X10 N/C
24.21

DATOS FORMULA SUSTITUCION
q=4 µC=4 10-6C E1=Kq/r2 E1=(9 10Nm2/C2)(4X10-6C)
V1=8/2=0.04m (0.04m)2
V2=0.04m+0.02m
E1=2.25X10 N/C
E2=1/4¶E q/r2 1/ 4X10-6/
4¶(8.85X10-12) (0.06)2


RESULTADO
E2=9.99X10 N/C
E2=CERO
24.12
CALCULE LA INTENCIDADDEL CAMPO ELECTRICO EN UN PUNTO COLOCADO 30mm A LA DERECHA DE UNA CARGA DE 16Nc y 40mm A LA IZQUIERDA DE UNA CARGA DE 9Nc

DATOS FORMULA SUSTITUCION
K=9X10 Nm2/C2 E=Kq/r2 Ep=(9X10 Nm2/C2)(9X10-9C)
q=9nC (0.04m)2
r=40mm=0.04m

RESULTADO
Ep=5.062X10 N/C
CAPITULO 25
POTENCIAL ELECTRICO
Una placa cargada positivamente esta 30 mm masa arriba que una placa cargada negativamente, y la intensidad el campo eléctrico tiene una magnitud de 6x10´4 N/C.
¿Cuál trabajo es realizado por el campo eléctrico cuando una carga de +4 MC se mueve desde la placa negativa hasta la placa positiva?

Datos formula sustitución
A = 4x10´-6C Ep = 9ed Ep = (4x10´-6C)(6x10´4 N/C)(0.03m)
E = 6x10´4 N/C
D =30 mm = 0.03m Ep = -7.20 m
X10´3 = m

Calcule el potencial en el punto A que esta a 50 mm de una carga de -40 MC.
¿Cuál es la energía potencial si una carga de +3 MC se coloca en el punto A?
=>Para contestar la primera pregunta usaremos la siguiente ecuación para calcular el potencial eléctrico a una distancia de 0.05 m de la carga de -40MC.


Datos formula sustitución
K = 9x10´9N.m´2/c´ VA= KQ VA =(9x10´9N.m´2/c´2)(-40x10´-6c)
r (0.05m)
Q= -40x10´-6c
r = 0.05 m VA= -7.20MV


=>solución a la segunda pregunta

Ep= 9VA = (3x10´-6c)(-7.20x10´6V)

Ep= -21.6
CAPITULO 25

Cual es el potencial eléctrico provocado por una carga Q=25 nC que está alejado 43 cm de un punto determinado.

Datos formula sustitución
V=? V = KQ V= (9x10´9N.m´2/c’2)(25x10´-9c)
r 0.43 m
Q = 25 mC
r = 0.43 m
K = 9x10´9 N.m´2/c´2 V = 523.25V

Cuál será el potencial sobre el punto R que está a 12 m de una carga de 10x10´-6C.

Datos formula sustitución
V =? V = KQ V= (9x10´9N.m´2/c´2)(10x10´-6c)
Q= 10x10´-6c r 12 m
r = 12 m
K= 9x10´9N.m´2/c´2 V= 7500V


CAPITULO 25 25.8

Una carga de +6MC se encuentra a 30 mm de otra carga de 16 MC ¿cuál es la energía potencial del sistema?

Datos
Q= 16 MC =16x10´-6c formula
q= 6 MC = 6x10´-9c Ep = KQq
r =30 mm = 0.030m r
K = 9x10´9 N.m´2/c´2
Sustitución

Ep= (9x10´9 N.m´2/c´2)(16x10´-6c)(6x10´-9c)
(0.030 m)



R = Ep = 28.8 x 10´-4 mJ

CAPITULO 25 PROBLEMA 25.5
A.- ¿cuál es la energía potencial de una carga de + 6 nC localizada a 50 mm de una carga de + 80 MC?

B.- ¿Cuál es la energía potencial di la misma carga esta a 50 mm de una carga de -80 MC?


Datos formula
Q= 80 MC, -80 MC Ep= KQq
q= 6 nC r
r = 50 mm = 0.050 m
K = 9x10´9 N.m´2/c´2
Sustitución

A= Ep = (9x10´9 N.m´2/c´2)


(80MCx10´-6c)(6x10´-9c)
(0.050 m)


R = Ep = 86.4 mJ



B= Ep = (9x10´9 N.m´2/c´2)(-80MCx10´-6)(6x10´-9c)
(0.050 m)

R = Ep= -86.4 mJ

CAPITULO 25 PROBLEMA 25.11


DATOS

qa = 3 me== 3x10´-9c
ra = 8 cm
qb = -6MC = -6x10´-6c
Vb = 20 cm

Ep1= KQq = (9x10´9)(3x10´-9c)(-6x10´-6c)
r (0.08)

Ep1 = 1.62x10´-4 N; m´2
0.08 m

Ep1 = 2.025x10´-3 N.m


Ep2 = (9x10´9) (3x10´-9c) (-6x10´-6c) = 1.62x10´-4 N.m´2/
0.20 m 0.20 m

Ep2 = 8.1x10´-4 N.m
El cambio de energía potencial es:
Ep = Ep1 Ep2
Ep = 2.025x10´-3 -8.1x10´-4
Ep = 1.215x10´-3 J
Resumen



INDICE


Capitulo 23
1.-LA FUERZA ELECTRICA

1.1 La carga eléctrica 1.2 El electrón
1.3 Aislantes y Conductores
1.4 El electroscopio de hojas de oro
1.5 Redistribución de carga
1.6 Carga por Inducción
1.7 Ley de Coulomb

Capitulo 24
2- EL CAMPO ELECTRICO

2.1 Concepto de Campo
2.2 Calculo de la intensidad del campo eléctrico
2.3 Líneas del campo eléctrico
2.4 Ley de Gauss
2.5 Aplicaciones de la ley de Gauss

Capitulo 25
3.- POTENCIAL ELECTRICO

3.1 Energía potencial eléctrica
3.2 Calculo de la energía potencial
3.3 Potencial
3.4 Diferencia de Potencial
3.5 Experimento de Milikan de La gota de aceite
3.6 El electrón volt

Capitulo 26
4.- Capacitancia

4.1 Limitaciones al cargar un conductor
4.2 El condensador
4.3 El cálculo de la capacitancia
4.4 Constante dieléctrica; permisividad
4.5 Condensadores en paralelo y en serie
4.6 Energía de un condensador cargado

Conclusión







Este es un trabajo realizado por cada uno de mis compañeros incluido yo por supuesto. Nos permite conocer un poco más de la física en nuestro mundo que aunque no nos demos cuenta de ello está ahí presente. Nos dimos a la tarea de buscar y recabar la información necesaria en los libros de útil y gran importancia con el objetivo de ofrecer la información concisa y entendible.

A lo largo de este trabajo abordaremos temas muy interesantes e importantes como lo son:


Fuerza eléctrica: en este capítulo mencionaremos la carga eléctrica en el cual se dice que la mejor forma de empezar el estudio de la electrostática es experimentar con objetos que se electrifican por medio del frotamiento. El electrón, que son pequeñas cantidades de electricidad negativa. Los aislantes y conductores; estos últimos son aquellos materiales que tienen la habilidad de transferir carga de un objeto a otro. Por el contrario los primeros se resisten al flujo de carga. Otros de los temas son el electroscopio de hojas de oro; la redistribución de carga; la carga por inducción; la ley de Coulomb.

El campo eléctrico: explicaremos el concepto de campo y calcularemos la intensidad del campo eléctrico. Las líneas del campo eléctrico; La ley de gauss y sus aplicaciones.

Potencial eléctrico; en el abordaremos la energía potencial eléctrica; el cálculo de la energía potencial; el potencial y su diferencia de potencial; se menciona el experimento de millikan de la gota de aceite y su aplicación y por último el electrón volt.

Bueno todos y cada uno de los subtemas antes mencionados son de gran importancia para nosotros ya que conocimos temas importantes dentro de la física. Esperando sea del agrado de varios de nuestros compañeros y del maestro.





CAPITULO 23 LA FUERZA ELECTRICA

La carga eléctrica

La mejor forma de empezar el estudio de la electrostática es experimentar con objetos que se electrifican por medio del frotamiento. El electroscopio es un instrumento de laboratorio sensible que se utiliza para detectar la presencia de carga eléctrica. El electroscopio de medula de saúco se puede utilizar para estudiar los efectos de la electrificación. La primera ley de la termodinámica dice: las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario ase atraen.

Libro: Física Conceptos y aplicaciones séptima edición
Autor: Paúl E. Tippens
Pág.: 464-466


EL ELECTRON

Cuando dos sustancias diferentes se frotaban entre si, una de ellas acumulaba un exceso fluido y quedaba cargada positivamente, mientras la otra perdía fluido y quedaba cargada negativamente. La sustancia transferida no es un fluido, sino pequeñas cantidades de electricidad negativa llamada electrones. Todas las sustancias están formadas por átomos y moléculas. Cada átomo tiene una parte central cargada positivamente llamada núcleo, rodeado de una nube de electrones negativos. El núcleo consta de cierto numero de protones de carga positiva excepto para el hidrogeno, uno o mas neutrones. Un neutrón es una partícula eléctricamente neutra. Cuando un átomo pierde uno o más de sus electrones exteriores, el átomo tiene carga neta positiva y se le conoce como ion positivo. Un ion negativo es un átomo que ha ganado una o mas cargas adicionales. Un objeto que tiene un exceso de electrones esta cargado negativamente, y un objeto que tiene una deficiencia de electrones esta cargado positivamente.


Libro: Física Conceptos y aplicaciones séptima edición
Autor: Paúl E. Tippens
Pág.: 466



AISLANTES Y CONDUCTORES

Algunos materiales, principalmente los metales, tienen gran número de electrones libres, que pueden moverse a través del material. Estos materiales tienen la habilidad de transferir carga de un objeto a otro, llamados conductores. Un aislante es un material que se resiste al flujo de carga. Por ejemplo; ebonita, el plástico, la mica, la baquelita, el azufre y el aire.

Un semiconductor es un material con capacidad intermedia para transportar carga, como por ejemplo el silicio, el germanio y el arseniuro de galio.

Libro: Física Conceptos y aplicaciones séptima edición
Autor: Paúl E. Tippens
Pág.: 467


EL ELECTROSCOPIO DE HOJAS DE ORO


Existen dos tipos de electroscopios, el de medula de saúco y el de láminas de oro. El de láminas de oro consiste en una lámina u hoja de oro muy delgada, unida a una barra conductora. La barra y la hoja se protegen de corrientes de aire por medio de una cubierta cilíndrica con ventanas de vidrio.
La barra está unida a la barra superior por medio de una perilla esférica y se aisló de la cubierta mediante una barra cilíndrica de ebonita o ámbar. Cuando se suministra cierta carga a la perilla, la repulsión de las cargas de la barra y la hoja de oro provocan que la hoja se aparte de la barra.

Libro: Física Conceptos y aplicaciones séptima edición
Autor: Paúl E. Tippens
Pág.: 467-468

REDISTRIBUCION DE CARGA

Cunado una barra cargada negativamente se acerca a una esfera de medula de saúco sin cargar, existe una atracción inicial. La carga del objeto sin cargar se debe a la separación de la electricidad positiva y negativa dentro del cuerpo neutro. La proximidad de la barra negativamente cargada repele a los electrones retenidos débilmente hasta el lado opuesto del objeto no cargado, dejando una deficiencia en el costado cercano y un exceso en el costado alejado. Puesto que cargas diferentes se encuentren cerca de la barra. La fuerza de atracción excederá a la repulsión y el objeto eléctricamente neutro será atraído hacia la barra. No se gana ni se pierde carga alguna durante este proceso; simplemente, la carga del cuerpo neutro se redistribuye.

Libro: Física Conceptos y aplicaciones séptima edición
Autor: Paúl E. Tippens
Pág.: 469

CARGA POR INDUCCION

La redistribución de carga a causa de un objeto cargado es útil para cargar objetos eléctricamente sin hacer contacto. Proceso conocido como carga por inducción, se puede realizar sin ninguna pérdida de carga en el cuerpo cargado. La carga por inducción siempre deja una carga residual que es opuesta a la carga del cuerpo.

Libro: Física Conceptos y aplicaciones séptima edición
Autor: Paúl E. Tippens
Pág.: 469-470

LEY DE COULOMB

La primera investigación teórica acerca de las fuerzas eléctricas entre los cuerpos fue realizada por Charles Augustin de Coulomb en 1974. La separación r entre dos objetos centros. La cantidad de carga q se puede considerar como el número de electrones o protones que hay en exceso, en un cuerpo determinado. La fuerza de atracción entre dos objetos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Estas conclusiones se enuncian en la ley de Coulomb:
La fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las dos cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.


F= Kqq´
r2

La constante de proporcionalidad K= 9 X 109 N.m2/C2. En unidades del SI la unidad de carga se expresa en Coulombs (c). Un coulomb es la carga transferida en un segundo a través de cualquier sección transversal de un conductor, mediante una corriente constante de una ampere.

1C= 6.25 X 1018

La carga de un electrón en Coulombs es: e- = - 1.6x 10-19C. Cuando se aplica la ley de Coulomb en unidades del SI, se debe sustituir el valor de K en la ecuación:


F= Kqq´
r2

La F representa la fuerza sobre una partícula cargada y es una cantidad vectorial. La dirección de la fuerza se determina por la naturaleza de las cargas q y q´. La dirección se determina por medio de las leyes de atracción y repulsión; cargas iguales se repelen cargas diferentes se atraen, la magnitud de la fuerza se obtiene a partir de la ley de coulomb al sustituir los valores para q, q´ y r. las unidades de las cargas deben ser Coulombs y las de la distancia metros si las fuerzas se miden en Newton.

LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
PAG. 470-472

CAPITULO 24: EL CAMPO ELECTRICO

CONCEPTO DE CAMPO.

Tanto el campo eléctrico como la fuerza gravitacional son ejemplos de fuerzas de acción a distancia, las cuales resultan extremadamente difíciles de visualizar. La fuerza de atracción gravitacional podía deberse entonces a esfuerzos en el éter causados por la presencia de diversas masas. El campó gravitacional podría representarse cuantitativamente con:


g= F
m

Donde; g= aceleración debida a la fuerza de gravedad.
F= fuerza gravitacional.
m= masa de prueba.

El espacio que rodea a un objeto cargado se altera en presencia de la carga. Podemos postular la presencia de un campo eléctrico en este espacio. Se dice que existe un cuerpo eléctrico en una región de espacio en la que una carga eléctrica experimenta una fuerza eléctrica. La intensidad del campo eléctrico E en un punto en que se suele definir en términos de la fuerza F que experimenta una carga positiva pequeña +q cuando está colocada precisamente en ese punto; la magnitud de la intensidad del campo eléctrico esta dad por:


E= F
q

Una unidad de intensidad del campo eléctrico es el newton por coulomb (N/C).
La unidad de esta definición radica en que si se conoce el campo en un punto dado, podemos predecir la fuerza que actuara sobre cualquier carga situada en ese punto. Puesto quela intensidad del campo eléctrico se define en términos de una carga positiva, su dirección en un punto cualquiera es la misma en la que correspondería a la fuerza electrostática sobre una carga positiva en ese mismo punto. La dirección de la intensidad del campo eléctrico E en un punto en el espacio es la misma que la dirección en la que una carga positiva se movería si se colocara en ese punto.

Cabe recordar que la intensidad del campo eléctrico es una propiedad asignada al espacio que rodea a un cuerpo cargado. Alrededor de la tierra existe un campo gravitacional, halla o no una masa colocada sobre ella. De forma similar, alrededor de un cuerpo cargado existe un campo eléctrico, haya o no una carga localizada en el campo.

Si una carga se coloca en el campo, experimentar una fuerza F dada por:

F= qE

Donde E= intensidad del campo
q= magnitud de la carga colocada en el campo.

Si q es positiva, E y F tendrán la misma dirección; si q es negativa, la fuerza F estará en dirección opuesta al campo E.

LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición.
AUTOR: Paul E. Tippens
PAG. 479-481

CALCULO DE LA INTENSIDAD DEL CAMPO ELECTRICO

Hemos analizado un método para medir la magnitud de la intensidad del campo eléctrico en un punto en el espacio. Se coloca una carga conocida en ese punto y se mide una fuerza resultante. De este modo, la fuerza por unidad de carga es una medida de intensidad del campo eléctrico en ese punto. La desventaja de este método es que no parece tener una relación clara con la carga Q que crea el campo. Mediante la experimentación se demuestra rápidamente, que la magnitud del campo eléctrico que rodea a un cuerpo cargado es directamente proporcional a la cantidad de carga del cuerpo. También se puede mostrar que en los puntos se alejan cada vez de la carga Q, una carga de prueba q experimenta fuerzas cada vez menores. La relación exacta se deduce de la ley de Coulomb.

F= KQq
r2

La dirección de cada campo se determina considerándola fuerza que experimentaría una carga de prueba positiva en el punto en el que se trata; por su parte; la magnitud del campo se halla con la ecuación anterior; la intensidad eléctrica resultante se calcula entonces mediante el método de componentes de la suma de vectores.

LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
PAG. 482

LINEAS DEL CAMPO ELECTRICO

Michael Faraday (1791-1867) desarrollo un ingenioso sistema para observar los campos eléctricos, en el cual consiste en representar tanto la intensidad como la dirección de un campo mediante líneas imaginarias denominadas líneas del campo eléctrico. Las líneas del campo eléctrico son líneas imaginarias trazadas de tal manera que su dirección en cualquier punto es la misma que la dirección del campo eléctrico en ese punto. La dirección de la línea del campo eléctrico en cualquier punto es la misma que la del vector resultante del campo eléctrico en ese punto.



Deben seguirse dos reglas al consumir líneas del campo eléctrico:

1.- La dirección de la línea del campo en cualquier punto es la misma que en la dirección en la que se movería una carga positiva si estuviera colocada en ese punto.
2.- La separación entre las líneas del campo debe ser tal que estén más cercanas cuando sea fuerte y más alejadas cuando el campo sea débil.

Como consecuencia de la forma en que se trazan las líneas eléctricas siempre saldrán cargas positivas y entraran cargas negativas. Ninguna línea puede originarse o terminar en el espacio, aunque un extremo de una línea eléctrica puede extenderse hasta el infinito.

LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
PAG. 485-486

LEY DE GAUSS

La ley de gauss dice: el número total de líneas de fuerzas eléctricas que cruzan cualquier superficie cerrada en dirección hacia fuera es numéricamente igual a la carga neta total contenida dentro de esa superficie.

N=∑E

La ley de Gauss se utiliza para calcular la intensidad del campo cerca de las superficies de carga. La mejor forma de entender la aplicación de la ley de Gauss es mediante los ejemplos.

LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
PAG. 486-487

APLICACIONES DE LA LEY DE GAUSS

Puesto que la mayor parte de los conductores cargados tienen grandes cantidades de cargas sobre ellos, no resulta práctico considerar las cargas en forma individual. Generalmente se habla de la densidad de carga Ó, definida como la carga por unidad de área superficial.


Ó=q q= ÓA Densidad de carga
A


LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
PAG. 488


CAPITULO 25: POTENCIAL ELECTRICO

ENERGIA POTENCIAL ELECTRICA

Una de las formas más apropiadas de entender el concepto de energía potencial eléctrica consiste en compararla con la energía potencial gravitacional. En el caso de la energía gravitacional, se considera que la masa (en la figura) se mueve del nivel A al nivel B. Debe aplicarse una fuerza externa F igual al peso mg para mover la masa en contra de la gravedad. El trabajo realizado por la fuerza es el producto de mg por h cuando la masa m alcanza el nivel B, tiene un potencial para realizar trabajo en relación con el nivel A. El sistema tiene energía potencial (EP) que es igual al trabajo realizado contra la gravedad:

EP=mgh







Ahora una carga positiva +q que se encuentra en reposo en el punto A dentro de un campo eléctrico uniforme E constituido entre laminas con carga opuesta (véase la figura). Una fuerza eléctrica qE actúa hacia abajo sobre la carga. El trabajo realizado en contra del campo eléctrico para mover la carga desde A hasta B es igual al producto de la fuerza qE por la distancia d. la energía potencial en el punto B en relación con A es:


EP= qED


Cuando la carga se libera, el campo eléctrico desarrollara esta cantidad de trabajo y la carga q tendrá una energía cinética:


EC=1 mv2=qED
2







Se requiere realizar el mismo trabajo contra el campo gravitacional para deslizar una masa hacia arriba por un plano inclinado que si se eleva esta verticalmente. En forma similar, la energía potencial debida a l carga +q en el punto B es independiente de la trayectoria. El único trabajo que contribuye a la energía potencial es el trabajo realizado contra la fuerza del campo eléctrico qE. La distancia efectiva que se recorre contra la fuerza eléctrica descendente es:

L sen 0=d

Por tanto, el trabajo es el mismo para cualquier trayectoria. Es preciso una diferencia importante entre la energía potencial gravitacional y la energía potencial eléctrica. En el caso de la gravedad, solo hay un tipo de masa, y las fuerzas implicadas son siempre fuerzas de atracción. Por tanto una masa a gran altura siempre tienen una gran energía potencial con respecto a la tierra. Esto no se cumple en el caso de la energía eléctrica, debido a la existencia de carga negativa.

Siempre que una carga positiva se mueve en contra del campo eléctrico, la energía potencial aumenta, y siempre que una carga negativa se mueve en contra del campo eléctrico, la energía potencial disminuye.


LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
PAG. 497-499


CALCULO DE LA ENERGIA POTENCIAL

Si se considera el espacio entre dos placas con carga opuesta, los cálculos para determinar el trabajo se simplifican en forma considerable, ya que el campo eléctrico es uniforme. La fuerza eléctrica es constante mientras permanezca entre las placas, el campo no será constante y la fuerza varia. Por ejemplo, considere el campo eléctrico en la vecindad de una carga positiva Q, como muestra la figura siguiente. El campo se dirige en forma radial hacia fuera, y su densidad disminuye inversamente con el cuadrado de la distancia que hay desde el centro de la carga. El campo en los puntos A y B es

EA= KQ EB= KQ
r2A r2A





Las unicas cargas presentes son aquellas expresamente indicadas en los ejemplos. La fuerza eléctrica promedio de una carga +q cuando se desplaza de A a B es:

F= KQq
rarb

El trabajo realizado por el campo eléctrico al moverse por distancia rA-rB=

Trabajo A-B= KQq
rArB

= KQq ( 1 - 1 )
rB rA

Ahora se calcula el trabajo contra el campo eléctrico:

Trabajo∞--r= KQq ( 1 - 1 )
rB rA

=KQq
r




La energía potencial del sistema es igual al trabajo realizado contra las fuerzas eléctricas para llevar la carga +q desde el infinito hasta ese punto.


LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
PAG. 499-500


POTENCIAL

El potencial V en un punto situado a una distancia r de una carga Q es igual al trabajo por unidad de carga realizado contra las fuerzas eléctricas para transportar una carga positiva +q desde el infinito hasta dicho punto.

En otras palabras el potencial A es igual a la energía potencial por unidad carga, se expresan en joles

EP (J)
VA(V)=
q (C)


La energía potencial se puede determinar así:

EP= qVA

Para calcular directamente el potencial:

VA= EP = kQq/r
q q


VA=KQ
r
Las líneas equipotenciales siempre son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico.

LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
PAG. 501-502


Diferencia de potencial

La diferencia de potencial entre dos puntos es el trabajo por unidad de carga positiva que realizan fuerzas eléctricas para mover una pequeña carga de prueba desde el punto de mayor potencial al punto de menor potencial. En general el trabajo realizado por un campo eléctrico, o trabajo eléctrico, para mover una carga del punto A al punto B se puede determinar a partir:

Trabajo A – B = q (VA – VB)

LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
Pág.: 504

EXPERIMENTO DE MILLIKAN DE LA GOTA DE ACEITE

Robert A. Millikan, un físico estadounidense, diseño una serie de experimentos a principios de la década de 1900. Un diagrama esquemático se muestra en la figura siguiente. En el se rocían pequeñísimas gotas de aceite en la región situada entre las dos placas metálicas. A través de las cuales se hacen pasar rayos X ionizados, se liberan electrones. Estos se adhieren por si mismos a las pequeñas gotas de aceite; lo cual da por resultado que estas tengan una carga negativa neta. Por medio de un microscopio se observa el movimiento descendente de las gotas de aceite, a medida que van cayendo lentamente bajo influencia de su proprio peso y de la fuerza viscosa ascendente provocada por la resistencia del aire. Se recurre a las leyes de la hidrostática para calcular la masa m de una gota de aceite midiendo su rapidez de caída. Para determinar masa m se conecta una batería externa estableciendo un campo eléctrico uniforme E entre las placas de carga opuesta (véase la figura).




La intensidad de campo se puede controlar por medio de una resistencia variable intercalada en el circuito eléctrico. El campo se ajusta hasta que la fuerza eléctrica ascendente que actúa sobre la gota sea igual a la fuerza gravitacional descendente. En estas condiciones:


qE = mg


Donde q = carga neta de la gota de aceite
m = masa de la gota de aceite
g = aceleración de la gravedad


La intensidad de campo E, es función del voltaje aplicado V y de la separación de las placas d.

q = V = mg
d


Y la magnitud d la carga sobre la gota de aceite se determina por:


A q = mgd
V


La diferencia de potencial V se puede leer en un dispositivo llamado voltímetro. Las cargas observadas por Millikan no siempre fueron iguales, pero demostró que la magnitud de carga era siempre un múltiplo entero de una cantidad básica de carga. Los cálculos de la carga electrónica por este método nos dan:


e = 1.6065 x 10-19C


LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
Pág.: 506-507


EL ELECTRON VOLT

La energía de una partícula se mueve a través de una diferencia de potencial. Para expresar la medida de esta energía consideremos, por ejemplo, una carga de 1C acelerada a través de una diferencia de potencial de 1V.


EC=qEd=qV

= (1C)(1V)= 1C . 1V


Desde luego, el Coulomb – volt es un joule. Pero 1C es demasiado grande cuando se aplica a partículas individuales, la unidad de energía más conveniente en física atómica y nuclear es el electrón volt (eV).


El electrón volt es una unidad de energía equivalente a la energía adquirida por un electrón que es acelerado a través de una diferencia de potencial de 1volt. Por lo tanto 1 eV equivale a una energía de1.6 x 10-19 J.



LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
Pág.: 507








CAPITULO 26: CAPACITANCIA

LIMITACIONES AL CARGAR UN CONDUCTOR

La energía necesaria para transferir electrones de la tierra al conducto puede proporcionarla un aparato eléctrico llamada batería. Cargar el conductor es como bombear aire en un tanque vacio de acero. Cuando más aire se bombea al tanque, más aumenta la presión que se opone al flujo de más aire. De forma similar, cuando mas carga Q se transfiere al conductor, el potencial V del conductor se eleva. Lo que dificulta transferirle mas carga. Se dice que el aumento de potencial V es directamente proporcional a la Q que soporta al conductor.

La razón de la cantidad de carga Q al potencial V producido será constante para el conductor específico, la capacidad del conductor para almacenar carga y se llama capacitancia C.

C= Q
V

La unidad de capacitancia es el Coulomb por volt, que se define como farad (F). Si un conductor tiene una capacitancia de un farad, la transferirá de un coulomb al conductor elevara su potencial un volt.

La capacidad depende del tamaño y forma del conductor. El aire que rodea al conductor es un aislante llamado dieléctrico. La intensidad del campo eléctrico E y el potencial V en la superficie están dados por:


E=K Q y V=KQ
r2 r

La rigidez dieléctrica de un material es la intensidad del campo eléctrico para la que el material deja de ser un aislante y se convierte en un conductor.

La rigidez dieléctrica para el aire seco a 1 atm de presión es de 3 MN/C, aproximadamente. Puesto que varia con las condiciones ambientales.

LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
Pág.: 513-514


EL CONDENSADOR

Cuando varios conductores se colocan cerca unos de otros, el potencial de cada uno se ve afectado por la presencia de los otros. Una placa A cargada negativamente se conecta a un electroscopio, la divergencia de la hoja de oro del electroscopio proporciona una medida del potencial del conductor. Otro conductor B se coloca en forma paralela a A, a una corta distancia de el. Cuando el segundo conductor se conecte a tierra, se inducirá en el una carga positiva a medida que los electrones sean forzados a fluir a tierra. La hoja de oro de inmediato se caerá ligeramente, lo que indica un descenso en el potencial del conductor A.



Debido a la presencia de la carga en B, se requiere menos trabajo para transferir al conductor A unidades de carga adicionales. La capacitancia del sistema para retener la carga se a incrementado a causa de la proximdad de los dos conductores. Dos conductores de este tipo, muy próximos uno al otro, transportando cargas iguales y opuestas, constituyen un condensador.

La capacitancia entre dos conductores que tienen cargas iguales y opuestas es la razón de la magnitud de la carga sobre cualquier conductor a la diferencia de potencial resultante entre los dos conductores.

La ecuación de la capacitancia de un condensador es la misma que la ecuación para un conductor individual, excepto que en este caso el símbolo V se aplica a la diferencia de potencial y el símbolo Q se refiere a la carga en cualquiera de los conductores.

C= Q
V


1 F = 1 C
1 V

1 microfarad (MF) =10-6 F
1 picofarad (pF) = 10-12 F

LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
Pág.: 515-516
CALCULO DE LA CAPACITANCIA

Un conductor de gran tamaño puede contener una gran cantidad de carga, y un condensador puede almacenar mas carga que la de un simple conductor debido al efecto inductivo de dos conductores situados muy cerca uno del otro. Cuanto mas cerca se encuentran estos conductores es mayor el efecto indutivo y, por tanto aumenta también la facilidad de transferir una carga adicional de un conductor al otro. Se puede predecir que la capacitancia de un condensador será directamente proporcional al area de las placas e inversamente proporcional a su separación. Puede determinarse considerando la intensidad del campo eléctrico entre las placas del condensador.

La intensidad del campo puede determinarse con la siguiente ecuación:

E = V
d

Donde V = diferencia potencial entre las placas (v)
d = separación entre las placas (m)

Una ecuación alternativa para calcular la intensidad del campo eléctrico se dedujo en el cap. 24, a partir de la ley de Gauss. En ella se relaciona la intensidad del campo, E, con la densidad de carga, o, de la manera siguiente:

E= = Q
€0 A€0



Donde Q= carga de cualquier placa
A= área de cualquier placa
0= permisividad del vacío (8.85x 10-12C2/N.m 2)

Para un condensador con vacio obtenemos:

C0= Q =€0 A
V d

LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
Pág.: 517-518

CONSTANTE DIELECTRICA; PERMISIVIDAD

La cantidad de carga puede colocarse en un conductor este determinada por la de la rigidez dieléctrica del medio circundante, la rigidez limita su capacidad para almacenar su carga. La mayor parte de los condensadores tienen entre sus placas un material no conductor, llamado dieléctrico, para proporcionar una rigidez dieléctrica mayor que la del aire.

· Un material dieléctrico proporciona una pequeña separación de las placas sin que hagan contacto.
· Un dieléctrico aumenta la capacitancia de un condensador.
· Se pueden usar altos voltajes sin peligro de que el dieléctrico alcance el punto de ruptura.
· Un dieléctrico a menudo proporciona mayor resistencia mecánica.

Los electrones en el dieléctrico no tienen libertad de dejar sus átomos correspondientes, pero si de desplazarse ligeramente (corriendo) hacia la placa positiva los protones y electrones de cada átomo se alinean. Todas las cargas positivas y negativas dentro de la elipse se neutralizan entre si, una capa negativa sobre una superficie y una capa de carga positiva sobre la otra no se neutralizan , se establece un campo eléctrico ED en el dieléctrico que se opone al campo E0 en el cual existiría aun sin el dieléctrico. la intensidad del campo resultante es:
E = E­­­­­­­­0 – ED
La diferencia de potencial V entre las placas es proporciona a la intensidad del campo eléctrico, V = Ed, una reducción en la intensidad causara una caída en la diferencia de potencial.
La constante dieléctrica K para un material concreto se define como la razón de la capacitancia C de un condensador de acuerdo con el material que hay entre sus placas y la capacitancia C0 en el vacio:
K = N/Co
La constante dieléctrica también puede expresarse así:
K= Vo/V= Eo/E
Donde Vo,Eo=voltaje y campo eléctrico cuando hay vacio entre las placas del condensador.
V,E=valores respectivos después de insertar el material dieléctrico.
La capacitancia C de un condensador que tiene un dieléctrico entre sus placas es:
C=K Co
Una relación para calcular directamente C:
C=KEo A/d
A= area de las placas y d su separación.
La contante o ya ha sido definida como la permisividad en le vacio recordemos que al analizar la ley de Gauss vimos que es en realidad la constante de proporcionalidad que relaciona la densidad de las líneas del campo eletrico con la intensidad del campo eléctrico en el vacio.
La permisividad de un dieléctrico es mayor que o por un factor igual a la constante dieléctrica K en consecuencia:
C=KEo
La capacitancia para un condensador que tiene un dieléctrico es simplemente:
N=E A/d

LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
Pág.: 519-522

CONDENSADORES EN PARALELO Y EN SERIE
Los circuitos eléctricos están formados por dos o mas condensadores conectados en grupo.
Para conocer el efecto de esta agrupación es conveniente recurrir al diagrama del circuito, en el que los dispositivos eléctricos se representan mediante símbolos. Se ilustran 4 símbolos más comunes relacionados con los condensadores. El extremo de mayor potencial de una batería se indica mediante una línea más larga, el extremo de mayor potencial de un condensador se representa con una línea recta, en tanto con una curva se denota le lado de menor potencial, una flecha indica un condensador variable.
Una conexión a tierra es una conexión eléctrica entre los alambres de un aparato y su chasis metálico o cualquier otro dispositivo grande de cargas positivas y negativas.
El efecto de un grupo de condensadores conectados a lo largo de una sola trayectoria como se muestra en la figura 26.11,ese tipo de conexión placa positiva de un condensador esta conectada a la placa negativa de otro, recibe el nombre de conexión en serie. La batería mantiene la diferencia de potencial V entre la placa positiva de C1y la negativa de C3 transfiriendo electrones de un a la otra la carga no puede pasar entre las placas de un condensador por tanto, toda la carga se halla dentro del paralelogramo punteado a esta carga inducida; debido a ello, la carga en cada condensador es idéntico:
Q=Q1=Q2=Q3
Donde Q es la carga transferida por medio de la batería.
La diferencia de potencial entre A y B es independiente de la trayectoria el voltaje de la batería debe ser igual a la suma de las caídas de potencial atraves de cada condensador :
V=V1+V2+V3
Si recordamos que la capacitancia C se define por la razón Q/V queda:
Q/Ce=Q1/C1+Q2/c2+Q3/C3
Para una conexión en serie, Q=Q1=Q2=Q3, asi que podemos dividir entre la carga como sigue:
1/Ce=1/C1+1/C2+1/C3
La capacitancia efectiva total para dos condensadores en serie es:
Ce=C1.C2/C1+C2
La carga para un condensador paralelo es:
Q1=C1.V1 Q2=C2.V2 Q3=C3.V3

La carga total de Q es igual a la suma de las cargas individuales:
Q=Q1=Q2=Q3
La capacitancia equivalente al circuito completo es Q=C/V, de modo que la ecuación anterior se transforma en:
CV=C1V1+C2V2+C3V3
Para una conexión en paralelo:
V=V1+V2+V3
Todos los condensadores conectados en la misma diferencia potencial, por lo tanto dividiendo los voltajes se obtiene:
C=C1+C2+C3


LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
Pág.: 523-524

ENERGIA DE UN CONDENSADOR CARGADO

Un condensador esta descargado inicialmente. Cuando la fuente de diferencia potencial se conecta a el, la diferencia de potencial entre las placas se incrementa en la medida que transfiere carga en el condensador, se vuelve cada vez mas difícil transferir una carga adicional. Supongamos que se representan con Q la carga total transferida y la diferencia de potencial final con V. La diferencia de potencial transferida y la diferencia de potencial final con V. La diferencia de potencial de potencial promedio a través de la cual se mueve la carga se expresa de este modo:
Vav=V final+ V inicial /2=V+O/2=1/2 V
La carga total transferida Q, es el trabajo TOTAL REALIZADO en contra de las fuerzas eléctricas es igual al producto de Q por la diferencia de potencial promedio de V prom . Por tanto:
Trabajo=Q(1/2V)=1/2QV
Este trabajo equivale a la energía potencial electrostática de un condensador cargado. Si partimos de la definición de capacitancia(Q=CV), esta energía potencial puede escribirse de diversas maneras:
U=1/2QV=1/2CV2=Q2/2C
Cuando C se expresa en farads, Ven volts y Q en Coulombs, la energía potencial estará expresada en joules. Estas ecuaciones se aplican por igual a todos los condensadores. Independientemente de cómo estén construidos.


LIBRO: Física conceptos y aplicaciones séptima edición
AUTOR: Paul E. Tippens
Pág.: 526




CONCLUSIONES

Como todos sabemos la física, es la ciencia que se ocupa de los componentes fundamentales del Universo, de las fuerzas que estos ejercen entre si y de los efectos de dichas fuerzas. Además de ser y servir como herramienta útil en nuestra vida cotidiana.

Es una materia que te deja conocimientos muy interesantes de lo que ocurre en el mundo y que sin querer ahí está la física presente en cualquiera de sus situaciones.

Este trabajo nos deja una gran satisfacción como alumnos ya que había cosas desconocidas para nosotros y que ahora gracias a ella conocemos; por ejemplo, la capacitancia, las propiedades fundamentales de los condensadores temas muy atractivos y a la vez complicados.

En fin este trabajo nos deja un sinfín de conocimientos en la materia de física y sus distintas aplicaciones en nuestro entorno.

Además de beneficiarnos a nosotros mismos como personas en un futuro mas adelante teniendo un conocimiento sobre dicho materia.
Creado por:
Algalan Diaz Alejandro
Cruz Gonzalez Jovani
San Martin River Oscar
Hernandez Sosa Nestor
Sosa Cortez Alberto

3 comentarios:

Daniel dijo...

Lo siento jóvenes. Su blog fue creado fuera de tiempo. Y para colmo de males enviaron su correo a la cuenta equivocada.

Necesitan corregir la ortografía de su publicación. Así como las fórmulas. Sugiero se dediquen a fondo a estos menesteres. Revisen sus ejemplos.

Por otra parte. Hace falta su opinión. Citan su fuente, pero nos dejan sin saber que piensan ustedes.

Espero un correo de su parte cuando hayan hecho las correcciones.

Saludos
Daniel

ALUMNAS DE MECANICA dijo...

chaless!!!!
con el comentario del profee
pzz suerte
para la otraa
galan!!!

ALUMNAS DE MECANICA dijo...

chaless!!
pues
suerte para la otra

ee

angee