Charles Coulomb. Electrostática

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PARA INGENIERÍA[pic 2]

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DOCENTE:[pic 4]

Calderón Vásquez Francisco A.

CHARLES COULOMB

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(1736-1806)

(Angulema, Francia, 1736-Paris, 1806) Físico francés. Su celebridad se basa sobre todo en que enuncio la ley fisca que lleva su nombre (Ley de Coulomb), establece que la fuerza existente entre dos cargas electricas es proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.Las fuerzas de Coulomb son unas de las mas importantes que intervienen en las reacciones atómicas.

Después de pasar nueve anos en las Indias Occidentales como ingeniero militar, regreso a Francia con la salud maltrecha. Tras el estallido de la Resolución Francesa, se retiro a su pequeña propiedad en la localidad de Blois, donde se dedico a la investigación científica. En 1802 fue nombrado inspector de la enseñanza publica.

Influido por los trabajos del ingles Joseph Priestley (ley de Priestley) sobre la repulsión entre cargas eléctricas del mismo signo, desarrollo un aparato de medición de las fuerzas eléctricas involucradas en la ley de Priestley, y publico sus resultados entre 1785 y 1789. Estableció que las fuerzas generadas entre polos magnéticos iguales u opuestos son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellos, lo cual sirvio de base para que, posteriormente, Simon-Denis Poisson elaborara la teoría matemática que explica las fuerzas de tipo magnético.

INTRODUCCIÓN.

ELECTROSTÁTICA

El estudio de la electricidad y el magnetismo se origino en Grecia. La ciencia de la electricidad surgió de la observación realizada por el filosofo Tales de Mileto en el ano (639 - 547) aC, observo que al flotar un trozo de ámbar con la piel de carnero, este adquiere la propiedad de atraer pequenos trocitos de paja. El estudio del magnetismo se remonta al descubrimiento en la ciudad de Magnesia (actual Turquía) de que ciertos tipos de piedras llamadas piedra imán podían atraer limaduras de hierro y también fragmentos de ellas; hoy sabemos que la piedra imán es un tipo de hierro que se llama magnetita (Fe O ) 3 4 oxido de hierro.

La palabra electricidad deriva del vocablo griego eleck-tron que significa ámbar. Durante varios siglos nadie pudo comprender las propiedades eléctricas del ámbar. En el ano de 1600 Willian Gilbest estudio los efectos de la electrización, demostrando que no solo se limitaba al ámbar, sino que era el fenómeno mas general. Actualmente sabemos que todas las sustancias pueden electrizarse al ser frotadas con otras sustancias.

Estas dos ciencias, la electricidad y el magnetismo se estudiaban por separado, hasta que el 1860 Hans Christian Oersted observo una relación entre ellos; la corriente eléctrica que circula por un alambre puede producir desviaciones de la aguja en una brújula. Gracias a los trabajos realizados por Oersted, Ampere, Faraday, entre otros, James Clark Maxwell mostro que los fenómeno eléctricos y magnéticos están relacionados y pueden describirse usando solamente cuatro ecuaciones que constituyen la ciencia del electromagnetismo.

La fuerza eléctrica que es parte de la interacción electromagnética desempeña un papel importante en nuestras vidas, es responsable de que los núcleos y los electrones se mantengan unidos formando átomos, de que las moléculas se unan entre si para formar cuerpos macroscópico. La fuerza eléctrica también es responsable de los procesos metabólicos que se dan en nuestro cuerpo.

PROPIEDADES DE LA CARGA ELÉCTRICA CLASES DE CARGAS ELÉCTRICAS

¿Toda la carga eléctrica existente es del mismo tipo o es posible que existiera mas de un tipo?

Cuando el tiempo es fresco y seco resulta fácil realizar experiencias sencillas que nos permiten demostrar de cargas eléctricas y de fuerzas; así por ejemplo después de peinar su cabello seco, acercamos a pequenos trocitos de papel, observamos que el peine los atrae; fenómeno similar ocurre cuando frotamos un globo inflado con lana. Cuando los objetos se comportan de manera se dice que están electrizados o que han adquirido una carga eléctrica.

El estado de electrización se debe a la transferencia de caga de un cuerpo a otro debido al proceso de frotamiento. Nuestro cuerpo también puede adquirir una carga eléctrica neta, por ejemplo, cuando frotamos nuestro calzado contra una alfombra de nylon o cuando nos deslizamos sobre el asiento de un carro. Esta carga eléctrica adquirida puede eliminarse cuando tocamos un objeto metálico o a otra persona, la carga acumulada produce una chispa debido a que la fuerza eléctrica es lo suficientemente intensa para ionizar las moléculas del aire, siendo visible en condiciones adecuadas.

Hoy sabemos que hay dos tipos de cargas eléctricas, a los cuales Benjamin Franklin les asigno los nombres de positiva y negativa. Para demostrar este hecho consideramos una barra de plástico que se frota con piel de gato y se la suspende de una cuerda aislante. Si aproximamos a esta una segunda barra de plástico frotada también con piel de gato observaremos que las barras se repelen entre si (fig. 01); esto se debe a que las barras de plástico adquiere los electrones de la piel de gato, quedando las barras con una carga negativa y la piel de gato adquiere la misma carga de signo opuesto. El mismo resultado se obtiene si repetimos la misma experiencia con dos barras de vidrio que han sido frotador con pano de seda, es decir, cada barra de vidrio sede electrones quedandose ambos con cargas positiva y los panos de seda adquieren la misma carga pero de signos opuestos.

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+F[pic 7][pic 8][pic 9]

Vidrio[pic 10][pic 11]

Las dos barras son de vidrio tienen la misma carga. Se observa que hay una repulsión.

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-F

Figura 01

Sin embargo utilizamos una barra de plástico que ha sido frotada con piel de gato y una barra de vidrio que ha sido frotada con un pano de seda, observamos que la barra de plástico es atraída hacia la barra de vidrio como se muestra en la figura 02.[pic 13][pic 14]

Una barra es de plástico y la otra barra es de vidrio tienen la misma carga pero opuestas. Se observa que hay una atracción.[pic 15][pic 16]

Figura 02

CARGAELÉCTRICA(Q, q):

Todo cuerpo está constituido por átomos, eléctricamente neutros, cada átomo posee una pequeña pero masivo núcleo formado por protones cargados positivamente, de neutrones sin carga y de electrones muy livianos cargados negativamente, girando alrededor en órbitas K, L, M.

K        L        M

La carga negativa del electrón (-e), es de igual magnitud que la carga positiva del protón (e); hasta ahora no se ha observado una carga menor, sus masas son diferentes, l a masa del electrón es aproximadamente 2000 veces menor que la del protón.

Se llama carga eléctrica a la cantidad de electrones perdidos o ganados por un cuerpo, toda carga esta cuantizada, la carga de todo sistema es múltiplo de la carga elemental y puede escribirse de la forma:[pic 17][pic 18][pic 19][pic 20]

q= ± ne

donde:

q: carga del cuerpo y sistema e: carga elemental

n: numero entero positivo o negativo.

La unidad fundamental de la carga eléctrica “e” esta relacionado con Coulomb y se define como la cantidad de carga que fluye a través de un cable conductor en un segundo: e=1,6x10-19C; El dispositivo para la detección de carga eléctrica se conoce como electroscopio.

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DISTRIBUCIÓN CONTINUADE CARGAS:

1. Densidad de carga lineal (λ):

Se define cuando la carga se distribuye en todo la longitud.[pic 22][pic 23]

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λ= —Q

x[pic 25][pic 26][pic 27]

λ = d—Q  →[pic 28][pic 29]

1. Densidad de carga superficial (σ):

Se define cuando la carga se distribuye en todo la superficie.

σ= —Q[pic 30][pic 31]

σ = d—Q[pic 32][pic 33]

dS

1. Densidad de carga volumétrico (ρ):

Se define cuando la carga se distribuye en todo el volumen.

ρ= —Q[pic 34][pic 35]

V

ρ = d—Q[pic 36][pic 37]

dV

LEYDE COULOMB:

La fuerza ejercida por una carga sobre otra fue establecida por CHARLES COULOMB, mediante una balanza de torsion. En ese experimento de las cargas podian considerarse como puntuales, donde las esferas cargadas eran mucho menores que la distancia entre ellas. Los resultados del experimento sobre las fuerzas ejercidas por una carga sobre la otra se resume en la ley de Coulomb:

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