Fuerza Electrica

Es la fuerza electrostática que se produce cuando un cuerpo se carga, esta fuerza se puede detectar por los efectos que causa sobre cuerpos livianos como polvo o pedacitos de papel.
Entre dos o más cargas aparece una fuerza denominada fuerza eléctrica cuyo módulo depende de el valor de las cargas y de la distancia que las separa, mientras que su signo depende del signo de cada carga. Las cargas del mismo signo se repelen entre sí, mientras que las de distinto signo se atraen.


L
La fuerza es una magnitud vectorial, por lo tanto además de determinar el módulo se deben determinar dirección y sentido.

Dirección de la fuerza eléctrica

Si se trata únicamente de dos cargas, la dirección de la fuerza es colineal a la recta que une ambas cargas.

Sentido de la fuerza eléctrica

El sentido de la fuerza actuante entre dos cargas es de repulsión si ambas cargas son del mismo signo y de atracción si las cargas son de signo contrario.

Fuerzas originadas por varias cargas sobre otra

Si se tienen varias cargas y se quiere hallar la fuerza resultante sobre una de ellas, lo que se debe hacer es plantear cada fuerza sobre la carga (una por cada una de las otras cargas). Luego se tienen todas las fuerzas actuantes sobre esta carga y se hace lacomposición de fuerzas, con lo que se obtiene un vector resultante.






Videos sobre Fuerza electrica
http://www.youtube.com/watch?v=hdDu1lo8b8Y
http://www.youtube.com/watch?v=tAzxQVnwQwM

La Ley de Coulomb

La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Ley de Coulumb

Desarrollo de la ley

Charles-Augustin de Coulomb desarrolló la balanza de torsión con la que determinó las propiedades de la fuerza electrostática. Este instrumento consiste en una barra que cuelga de una fibra capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra tiende a hacerla regresar a su posición original, con lo que conociendo la fuerza de torsión que la fibra ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza ejercida en un punto de la barra. La ley de Coulomb también conocida como ley de cargas tiene que ver con las cargas eléctricas de un material, es decir, depende de si sus cargas son negativas o positivas.

En la barra de la balanza, Coulomb colocó una pequeña esfera cargada y a continuación, a diferentes distancias, posicionó otra esfera también cargada. Luego midió la fuerza entre ellas observando el ángulo que giraba la barra.

• La fuerza de interacción entre dos cargas  y  duplica su magnitud si alguna de las cargas dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres, y así sucesivamente. Concluyó entonces que el valor de la fuerza era proporcional al producto de las cargas:

       y       

en consecuencia:

  

• Si la distancia entre las cargas es , al duplicarla, la fuerza de interacción disminuye en un factor de 4 (2²); al triplicarla, disminuye en un factor de 9 (3²) y al cuadriplicar , la fuerza entre cargas disminuye en un factor de 16 (4²). En consecuencia, la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:

  

Asociando ambas relaciones:

  

Finalmente, se introduce una constante de proporcionalidad para transformar la relación anterior en una igualdad:

Este es un video donde se realiza un experimento con la ley de Coulomb:

http://www.youtube.com/watch?v=8-UQmMyrJ-g

Ejemplo de Fuerza Electrica

Ejemplo Fuerza Electrica


Seguramente alguna vez frotaste un peine o una regla plástica en tu pelo o tu ropa y habrás notado que cuando se acerca a papelitos, éstos son atraídos. Bien, lo que ocurrió es que cargaste el cuerpo (regla o peine) y por lo tanto generó un campo electrostático, cuando este campo se acerca a los papelitos lo atrae a raíz de la fuerza eléctrica que genera.

También podés encontrar un campo eléctrico en la pantalla del televisor, si cuando lo apagas acercas el brazo otu cabeza verás que los pelos son atraídos (pantalla de trc, no de plasma).

También se carga el vidrio cuando lo frotas con un paño y atrae el polvo del ambiente, es por eso que existe un limpiador de vidrios anti electrostático. Lo mismo pasa con los CD.

Potencial Electrico

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Matemáticamente se expresa por: V= W/q

Las unidades para el potencial eléctrico son de (Joules/Coulombs o Volts). Nótese además que el trabajo que hemos sustituido en la ecuación proviene de la construcción de trabajo eléctrico.

Si consideramos que hemos construido la  noción de potencial eléctrico en base a la construcción de un campo conservativo, esto del hecho de suponer una fuerza que tienda a contrarrestar la fuerza del campo para mantener la partícula cargada en equilibrio estático

Dos cargas en la misma posición tienen dos veces más energía potencial que una sola; tres cargas tendrán el triple de energía potencial; un grupo de diez cargas tendrán diez veces más energía potencial, y así sucesivamente.
En vez de ocuparnos de la energía potencial total de un grupo de cargas, es conveniente, cuando se trabaja con electricidad, considerar la energía potencial eléctrica por unidad de carga. La energía potencial eléctrica por unidad de carga es el cociente de la energía potencial eléctrica total entre la cantidad de carga. En cualquier punto la energía potencial por unidad de carga es la misma, cualquiera que sea la cantidad de carga. Por ejemplo, un objeto con diez unidades de carga que se encuentra en un punto específico tiene diez veces más energía que un objeto con una sola unidad de carga, pero como también tiene diez veces más carga, la energía potencial por unidad de carga es la misma.
El concepto de energía potencial por unidad de carga recibe un nombre especial: potencial eléctrico.La unidad del Sistema Internacional que mide el potencial eléctrico es el volt, así llamado en honor del físico italiano Alessandro Volta (1745-1827). El símbolo del volt es V. Puesto que la energía potencial se mide en joules y la carga en coulombs:

Como el potencial eléctrico se mide en volts, se le suele llamar voltaje

Video explicativo sobre potencial electrico:

http://www.youtube.com/watch?v=xn_0FzCcrLU

Ejemplo de Potencial Electrico

Ejemplo.  Potencia en un calentador eléctrico

Se construye un calentador eléctrico aplicando una diferencia de potencial de 110V a un alambre de nicromo cuya resistencia total es de 8?.  Encuéntrese la corriente en el alambre y la potencia nominal del calentador.

Solución

Como V=IR, se tiene :

Se puede encontrar la potencia nominal utilizando  P=I²R :

P = I²R = (13.8 A)² (8) = 1.52 kW

Si se duplicaran el voltaje aplicado, la corriente se duplicaría pero la potencia se cuadruplicaría.

VIDEO EXPLICATIVO

http://www.youtube.com/watch?v=-QlwkJaAwjE

Campo Electrico

Campo Electrico

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica.:

Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.

Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832.

La unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio , Voltio por metro o, en unidades básicas, kg·m·s⁻³·A⁻¹.

El campo eléctrico es una perturbación que modifica el espacio que lo rodea (dicho campo puede ser proveniente por ej. de una carga puntual).Se considera un ente físico no visible, pero si medible, y se lo modeliza matemáticamente como el vector campo eléctrico que se define como la relación entre la Fuerza Coulombiana que experimenta una carga testigo y el valor de la carga testigo (una carga testigo positiva). La definición más intuitiva acerca del campo eléctrico se la puede estudiar mediante la ley de Coulomb. Esta ley, una vez generalizada, permite expresar el campo entre distribuciones de carga en reposo relativo. Sin embargo, para cargas en movimiento se requiere una definición más formal y completa acerca del campo requiere el uso de cuadrivectores y el principio de mínima acción

Definición formal.

La definición más formal de campo eléctrico, válida también para cargas moviéndose a velocidades cercanas a la de la luz, surge a partir de calcular la acción de una partícula cargada en movimiento a través de un campo electromagnético. Este campo forma parte de un único campo electromagnético tensorial F^μν definido por un potencial cuadrivectorial de la forma:

donde φ es el potencial escalar y es el potencial vectorial tridimensional. Así, de acuerdo al principio de mínima acción, se plantea para una partícula en movimiento en un espacio cuadridimensional:

Donde e es la carga de la partícula, m es su masa y c la velocidad de la luz. Reemplazando en  y conociendo que dxⁱ = uⁱds, donde dxⁱ es el diferencial de la posición definida dxⁱ = (cdt,dx,dy,dz) y uⁱ es la velocidad de la partícula, se obtiene:

El término dentro de la integral se conoce como el lagrangiano del sistema; derivando esta expresión con respecto a la velocidad se obtiene el momento de la partícula, y aplicando las ecuaciones de Euler-Lagrange se encuentra que la variación temporal de la cantidad de movimiento de la partícula

De donde se obtiene la fuerza total de la partícula. Los dos primeros términos son independientes de la velocidad de la partícula, mientras que el último depende de ella. Entonces a los dos primeros se les asocia el campo eléctrico y al tercero el campo magnético. Así se encuentra la definición más general para el campo eléctrico:

 Por un lado, el primer término indica que un campo eléctrico es producido por la variación temporal de un potencial vectorial descrito como donde es el campo magnético; y por otro, el segundo representa la muy conocida descripción del campo como el gradiente de un potencial
Esta pagina nos da informacion sobre el campo electrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctrico




Aqui tenemos unos videos que explican un campo electrico:
http://www.youtube.com/watch?v=hInQeiyv-5o

http://www.youtube.com/watch?v=6UKxj7cba68

Este video nos enseña como visualizar un campo electrico:
http://www.youtube.com/watch?v=5777EfALW2A

Ejemplo de Campo Electrico

Ejemplo de campo eléctrico:
Un electrón es lanzado con una velocidad de 2.10⁶ m/s paralelamente a las líneas de un campo eléctrico uniforme de 5000 V/m. Determinar:
a) La distancia que ha recorrido el electrón cuando su velocidad se ha reducido a 0'5.10⁶ m/s
b) La variación de  energía potencial que ha experimentado en ese recorrido.
Solución:
Al tener el electrón carga negativa se ve sometido a una fuerza opuesta al campo eléctrico que le va frenando:

m . a = q . E       ®     a = q . E / m

a = 1'6.10^-19 . 5000 / 9'1.10^-31 = 8'79.10¹⁴ m/s² 

Al ser la aceleración constante, las ecuaciones del movimiento son:

v = v_o - a . t      ®    t = (v_o - v) / a = ( 2.10⁶ - 0'5.10⁶ ) / 8'79.10¹⁴ = 1'7.10^-9 s

e = v_o . t  - a . t² /2 = 2.10⁶ . 1'7.10^-9 - 8'79.10¹⁴ . (1'7.10^-9 )² / 2 = 0'0021 m

La diferencia de potencial entre dos puntos de un campo uniforme es:

V_A - V_B = E . d = 5000 . 0'0021 = 10'5 Voltios

La variación de energía potencial será:

Ep_A - Ep_B = q . (V_A - V_B ) = - 1'6 . 10^-19 . 10'5 = - 1'68.10^-18 Julios