UNIVERSIDAD GRAN MARISCAL DE AYACUCHO

ESCUELA DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO MENCION INDUSTRIAL

LEY DE COULOMB. CARGAS ELECTRICAS

Investigado por:

Lilicar Hernández

CIUDAD BOLIVAR, MARZO DE 2007

INDICE

PÁG.

INTRODUCCION……………………………………………………………………3

MARCO TEORICO:

Interacciones de Cargas Eléctricas

y Tipos de Interacciones de Cargas Eléctricas…………………………….…….4

Fuerzas que intervienen en la Interacción de

Cargas eléctricas……………………………………………………………………..5

Las Constante Dieléctrica de Proporcionalidad en la

Ley de Coulomb………………………………………………………………………..7

Enunciado de la Ley de Coulomb………………………………………..…………..9

CONCLUSIONES…………………………………………………………………….11

BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………….12

INTRODUCCION

Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la ley de Coulomb
Según la cual la fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas.

Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
El valor de la constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que se exprese F, q, q' y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale 9·10-9 Nm2/C2.

MARCO TEORICO

INTERACCIONES Y TIPOS DE INTERACCIONES

La interacción electromagnética es la interacción que ocurre entre las partículas con carga eléctrica. Macroscópicamente y fijado un observador suele separarse en dos tipos de interacciones:

• Interacción electrostática: Actúa sobre cuerpos cargados en reposo respecto al observador.

• Interacción magnética: Actúa solamente sobre cargas en movimiento respecto al observador.

Las partículas fundamentales interactúan electromagnéticamente mediante el intercambio de fotones entre partículas cargadas. La electrodinámica cuántica proporciona la descripción cuántica de esta interacción, que puede ser unificada con la interacción nuclear débil según el modelo electrodébil.

Las características de la interacción eléctrica en el vacío entre dos cargas eléctricas “puntuales”, son:

1)              La interacción es directamente proporcional al producto de las magnitudes de las cargas eléctricas q y q';

2)              La interacción es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de separación entre las dos cargas eléctricas;

3)              La interacción ocurre sobre la línea que une a las dos cargas eléctricas; y,

4)              La interacción es atractiva si las cargas eléctricas son de tipos distintos, y es repulsiva si las cargas eléctricas son del mismo tipo.

            Estas características de la interacción entre dos cargas puntuales expuestas anteriormente se conocen como Ley de Coulomb. Consideremos a dos cargas puntuales como se muestra en la figura 2, con r la posición de la carga eléctrica de magnitud q, y r' la posición de la carga eléctrica de magnitud q', entonces una formulación adecuada para la Ley de Coulomb que indica la fuerza eléctrica sobre la carga q debida a la presencia de la carga q', es:

siendo ║r - r'║ la distancia de separación entre las dos cargas; y, k una constante de proporcionalidad

Interacción Electrostática. Ley de Coulomb

Ley de Coulomb: El valor de la fuerza con que se atraen o se repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de dichas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

o bien

Valor de k:

Culombio: cantidad de carga eléctrica que fluye a través de la sección de un conductor durante un segundo cuando la corriente es de un amperio.

FUERZAS QUE INTERVIENEN EN LA INTERACCION DE CARGAS ELECTRICAS

En la física moderna se consideran cuatro campos de fuerzas como origen de todas las interacciones fundamentales:

• Interacción gravitatoria o Gravitación: Transmitida por el gravitón (partícula por el momento solo teórica). Esta fuerza es de poca importancia respecto a las demás cuando se consideran partículas fundamentales aisladas y por el momento ha sido imposible de incluir en las teorías cuánticas, sin embargo es la fuerza más evidente y la primera que fué observada, definida y modelizada matemáticamente. Es de un solo signo (es siempre atractiva) y de alcance infinito.

• Interacción electromagnética: Transmitida por fotones. La sufren todas las partículas con carga eléctrica y es la fuerza involucrada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Esta fuerza tiene dos signos (atractiva y repulsiva). Su alcance es también infinito.

• Interacción nuclear fuerte: Transmitida por los gluones. Es la que hace que los quarks se unan para formar mesones y bariones (nucleones).. Esta fuerza es solo atractiva, manteniendo unidos los nucleones a pesar de la fuerza electromagnética (nula o repulsiva en el interior de los núcleos). Su alcance es del orden de las dimensiones nucleares y es más intensa que la fuerza electromagnética.

• Interacción nuclear débil: Transmitida por los bosones W y Z. Es la responsable de la desintegración β (beta). Su intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su alcance es menor que el de la interacción nuclear fuerte. Al igual que la fuerza fuerte y la gravitatoria es esta una fuerza únicamente atractiva.

La interacción electromagnética y la interacción nuclear débil según el Modelo estándar de física de partículas son manifestaciones a energías ordinarias de una única interacción: la interacción electrodébil. El proceso por el cual esta única fuerza se separa en dos distintas se denomina ruptura de simetría electrodébil. Este modelo unifica las fuerzas electromagnética, fuerte y débil.

Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para ejercer su influencia sobre otras, de ahí que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de acción a distancia. Cuando en la naturaleza se da una situación de este estilo, se recurre a la idea de campo para facilitar la descripción en términos físicos de la influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea.

La noción física de campo se corresponde con la de un espacio dotado de propiedades medibles. En el caso de que se trate de un campo de fuerzas éste viene a ser aquella región del espacio en donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia. Así, la influencia gravitatoria sobre el espacio que rodea la Tierra se hace visible cuando en cualquiera de sus puntos se sitúa, a modo de detector, un cuerpo de prueba y se mide su peso, es decir, la fuerza con que la Tierra lo atrae. Dicha influencia gravitatoria se conoce como campo gravitatorio terrestre. De un modo análogo la física introduce la noción de campo magnético y también la de campo eléctrico o electrostático.

El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. Así, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, de atracciones o de repulsiones sobre ella.

La fuerza eléctrica que en un punto cualquiera del campo se ejerce sobre la carga unidad positiva, tomada como elemento de comparación, recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico y se representa por la letra E. Por tratarse de una fuerza la intensidad del campo eléctrico es una magnitud vectorial que viene definida por su módulo E y por su dirección y sentido. En lo que sigue se considerarán por separado ambos aspectos del campo E.

LA CONSTANTE DIELÉCTRICA DE PROPORCIONALIDAD EN LA LEY DE COULOMB

En contrapartida a los conductores eléctricos, existen materiales en los cuales los electrones están firmemente unidos a sus respectivos átomos. En consecuencia, estas sustancias no poseen electrones libres y no será posible el desplazamiento de carga a través de ellos. Estas sustancias son denominadas aislantes o dieléctricos. El vidrio, la ebonita o el plástico son ejemplos típicos.

Los dieléctricos resisten más que el aire, por lo que se les puede aplicar un voltaje mayor sin que la carga atraviese el espacio entre las placas.

Las moléculas del dieléctrico pueden ser polares, es decir, aunque las moléculas sean neutras, los electrones pueden no estar distribuidos de manera uniforme, de modo que una parte de la molécula es positiva y la otra negativa. Aún si las moléculas no son polares, el campo eléctrico entre las placas inducirá una separación de las carga en las moléculas. Aunque los electrones no abandonen las moléculas, se moverán ligeramente dentro de ellas hacia la carga positiva. El efecto neto en ambos casos es igual que si hubiera una carga negativa neta en la cara externa del dieléctrico que mira a la carga positiva y una carga neta positiva en la cara opuesta.

La constante
es la Constante de Coulomb y su valor para unidades SI es
Nm²/C².

A su vez la constante
donde
es la permitividad relativa,
, y
F/m es la permitividad del medio en el vacío.

Cuando el medio que rodea a las cargas no es el vacío hay que tener en cuenta la constante dieléctrica y la permitividad del material.

Algunos valores son:

La ecuación de la ley de Coulomb queda finalmente expresada de la siguiente manera:

ENUNCIADO DE LA LEY DE COULOMB

El enunciado que describe la ley de Coulomb es el siguiente:

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

Esta ley es válida sólo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación, el movimiento se realiza a velocidades bajas y trayectorias rectilíneas uniformes. Se le llama a esta Fuerza Electrostática. La parte Electro proviene de que se trata de fuerzas eléctricas y estática debido a la ausencia de movimiento de las cargas.

En términos matemáticos, la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales q1 y q2 ejerce sobre la otra separadas por una distancia r se expresa como:

Dadas dos cargas puntuales q1 y q2 separadas una distancia r en el vacío, se atraen o repelen entre sí con una fuerza cuya magnitud esta dada por:

f=k q1 q2/d2

La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitudes vectoriales:

donde
es un vector unitario que va en la dirección de la recta que une las cargas, siendo su sentido desde la carga que produce la fuerza hacia la carga que la experimenta.

El exponente (de la distancia: d) de la Ley de Coulomb es, hasta donde se sabe hoy en día, exactamente . Experimentalmente se sabe que, si el exponente fuera de la forma
, entonces
.

CONCLUSIONES

Hay dos tipos de carga eléctrica, la positiva y la negativa, si en un proceso se produce una cierta cantidad de un tipo de carga, también se produce una cantidad igual del tipo opuesto, ya sea en el mismo cuerpo o en uno diferente, la carga neta que se produce es cero. Un objeto puede cargarse eléctricamente mediante frotamiento durante el cual los electrones son transferidos de un material a otro; por conducción que es la transferencia de carga por el contacto de un objeto cargado con otro, o por inducción que es la separación de la carga dentro de un objeto, debido a la aproximación, sin contacto de otro objeto cargado.

Es de relevancia tener en cuenta, y puede verificarse experimentalmente, que solamente la carga negativa se puede mover. La carga positiva es inmóvil y únicamente los electrones libres son los responsables del transporte de carga.

A temperaturas cercanas al cero absoluto, ciertos metales adquieren una conductividad infinita, es decir, la resistencia al flujo de cargas se hace cero. Se trata de los superconductores. Una vez que se establece una corriente eléctrica en un superconductor, los electrones fluyen por tiempo indefinido.

BIBLIOGRAFIA

GIANCOLI Douglas C. FISICA. PRINCIPIOS CON APLICACIONES. Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. México, 1997

Internet:

www.monografías.com

www.rincondelvago.com

www.juntadeandalucia.es/averroes/iesarroyo/fisica/particula.htm#Interacciones

12