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FÍSICA II<br />
<strong>2<strong>01</strong>8</strong> - <strong>01</strong><br />
Semana <strong>08</strong><br />
Fuerza eléctrica.<br />
Campo eléctrico.<br />
Dieléctricos.
Semana <strong>08</strong>
<strong>30</strong> 8 2 AP<br />
Explica la diferencia entre un<br />
conductor y un aislante y por qué un<br />
Cómo se cargan eléctricamente losobjeto cargado es atraído a uno<br />
objetos. Dieléctricos<br />
neutral. Aplica el concepto de<br />
dieléctrico de manera cuantitativa en<br />
el cálculo de campos eléctricos.<br />
SESIÓN <strong>30</strong>
Logros esperados:<br />
Explica la diferencia entre un conductor y un<br />
aislante y por qué un objeto cargado es<br />
atraído a uno neutral.<br />
Aplica el concepto de dieléctrico de manera<br />
cuantitativa en el cálculo de campos<br />
eléctricos.
ENLACE DE YOUTUBE CON DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO<br />
VEA EL VIDEO PARA DESPEJAR DUDAS DE CÓMO HACER LOS EXPERIMENTOS:<br />
https://www.youtube.com/playlist?list=PLUt8uRTGKKsRljzh4pgA9CXMC7isHbpsI
FÍSICA II<br />
<strong>2<strong>01</strong>8</strong> – <strong>01</strong><br />
NOTA FINAL DEL CURSO =<br />
(Promedio Ponderado PCs)×(N° de Open<br />
LABs Realizados)×(0,25)<br />
• No realizar un Laboratorio implica que el promedio de PCs disminuye al 75% en la<br />
nota final del curso. Esa sería la nota final del curso.<br />
• No realizar un Laboratorio implica que el promedio de PCs disminuye al 50% en la<br />
nota final del curso. Esa sería la nota final del curso.
Actividad<br />
Observa que al frotar una barra de caucho en lana y acercarla a<br />
un caña de plástico ésta se mueve.<br />
¿Cómo explicas el origen de las fuerzas que hay entre la barra de<br />
caucho y la caña de plástico?<br />
Ver video: https://www.youtube.com/watch?v=6fLrxxFW_ls
Conductores e aislantes<br />
Conductores: Materiales que contienen partículas cargadas que pueden moverse<br />
fácilmente a través del material. (Ejemplo: los metales).<br />
Aislantes: En estos materiales los electrones están fuertemente ligados a los átomos<br />
y no hay partículas que puedan moverse a través del material. (Ejemplo: plástico,<br />
madera, papel).
¿Cómo se cargan eléctricamente los objetos?<br />
Frotamiento (contacto)<br />
Inducción eléctrostática (sin contacto)<br />
Electrones<br />
transferidos a la seda<br />
Cargas cerca inducen<br />
una separación de<br />
cargas moleculares.<br />
Una varilla cargada se<br />
acerca a trozos de papel.<br />
¿Por qué aparece un<br />
exceso de carga positiva<br />
en la varilla de vidrio?<br />
Conservación de<br />
carga eléctrica<br />
¿Por qué aparece una<br />
separación de cargas<br />
moleculares (parte<br />
positiva y también otra<br />
parte negativa)?<br />
Ahora, ¿por qué se atrae el<br />
papel con la varilla cargada?<br />
¿Es suficiente explicarlo por<br />
conservación de la carga?
Fuerza entre cuerpos cargados<br />
La forma del cuerpo<br />
(distribución) complica el<br />
análisis. Necesitamos una<br />
Ley simple para cuerpos<br />
simples: Cargas Puntuales.<br />
Cargas con signos opuestos se atraen unas a otras<br />
Cargas del mismo signo se repelen unas a otras
Líneas de Campo Eléctrico<br />
La línea de campo ayudan a visualizar el patrón del<br />
campo eléctrico.<br />
1. El vector campo eléctrico es tangente a la línea<br />
de campo eléctrico en cada punto de la línea<br />
2. La dirección de la línea es la misma que la del<br />
vector campo eléctrico.<br />
3. El número de líneas por unidad de área a través<br />
de una superficie perpendicular a las líneas es<br />
proporcional a la magnitud del campo eléctrico<br />
en aquella región.
Ejemplo 5<br />
¿Dónde es mayor la magnitud del campo eléctrico? ¿en A o B? ¿Por qué?
Representación del campo eléctrico<br />
carga puntual positiva<br />
carga puntual negativa<br />
Dipolo
Ejemplo 6<br />
Encuentre una expresión para el campo eléctrico E P en el punto P y la fuerza<br />
eléctrica que actúan sobre q 0 .<br />
P
Principio de superposición para campo eléctricos<br />
En cualquier punto P, el campo eléctrico total debido a un grupo de cargas fuente puntuales es<br />
igual a la suma vectorial de campos eléctricos de cada carga, independientemente de la<br />
presencia de las demás.<br />
Campo eléctrico neto<br />
debido a cargas puntuales<br />
sobre un punto.<br />
P
Ejemplo 7<br />
Encuentre una expresión para el campo eléctrico en el punto P debido a la<br />
configuración de cargas dispuestas como se muestra en la figura.<br />
Rpta: E P = k e<br />
2aq<br />
a 2 +b 2 3 2<br />
iƸ
Campo Eléctrico de una placa grande cargada<br />
El campo eléctrico a la izquierda<br />
de la placa:<br />
El campo eléctrico a la derecha<br />
de la placa:<br />
E = − σ<br />
2ε 0<br />
iƸ<br />
x<br />
E = σ<br />
2ε 0<br />
iƸ<br />
σ = Q : densidad superficial de<br />
A<br />
carga en la placa.<br />
En este caso particular (placa grande cargada) el campo eléctrico es constante.
Ejemplo 8<br />
Dibuje las líneas de campo, y encuentre la expresión del campo eléctrico a la<br />
derecha y a la izquierda de la placa cargada negativamente.<br />
x
Ejemplo 8<br />
Dibuje las líneas de campo, y encuentre la expresión del campo eléctrico a la<br />
derecha y a la izquierda de la placa cargada negativamente.<br />
x
Ejemplo 9<br />
Una pequeña esfera con 4, 00 × 10 −6 kg de masa y 5, 00 × 10 −8 C de<br />
carga cuelga de un hilo cerca a una placa grande cargada. La densidad de<br />
carga en la superficie de la placa es uniforme e igual a −2, 50 × 10 −9 C/m 2 .<br />
Encuentre el ángulo que forma el hilo con la vertical.<br />
Respuesta:<br />
19, 8°
Ejemplo 10<br />
Encuentre el campo eléctrico debido a dos largas placas cargadas en las<br />
regiones del espacio A, B y C mostradas en la figura. (Nota: Use el principio<br />
de superposición).<br />
A B C
Ejemplo 11<br />
Considere dos placas muy largas cargadas como se muestra en la figura.<br />
Ordene de mayor a menor la magnitud del campo eléctrico en los puntos<br />
indicados.
Dieléctricos<br />
κ<br />
κ<br />
κ: constante<br />
dieléctrica<br />
E 0 E<br />
Dieléctrico Dieléctrico
Dieléctricos
Ejemplo 12<br />
Se tienen dos placas rectangulares que miden<br />
1,00 m de largo por 0,800 m de ancho. Dichas<br />
placas tienen cargas de +10, 0 μC y −10, 0 μC,<br />
y se disponen como se muestra en la figura. Si<br />
un material dieléctrico de constante 3, 70 es<br />
insertado entre las dos placas, determine el<br />
campo eléctrico entre las dos placas.<br />
x<br />
Respuesta:<br />
−3, 82 × 10 5<br />
iƸ<br />
m
Referencias Básicas<br />
SERWAY RAYMOND, JEWETT JOHN W. Física para la Ciencias e Ingeniería.<br />
Volumen I. 7a Edición. México. Thomson. 2009. LIBRO TEXTO<br />
SHERWOOD, B & CHABAY, R. Matter and Interactions, John Wiley & Sons.<br />
Volume II. 2<strong>01</strong>5.<br />
TIPLER PAUL, MOSCA GENE. Física para la ciencia y la tecnología. VOLUMEN 1.<br />
Mecánica/Oscilaciones y ondas/Termodinámica. Sexta Edición. Barcelona.<br />
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