Ley de Coulomb

Ley de Coulomb

El físico francés Charles Coulomb investigó en la década de 1780 la relación cuantitativa de las fuerzas eléctricas entre objetos cargados. Su ley la demostró usando una balanza de torsión, que él mismo inventó, identificando cómo varía la fuerza eléctrica en función de la magnitud de las cargas y de la distancia entre ellas.

Esta ley estableció nuevos principios eléctricos hallados por el. Su ley la formulo tres postulados.

Esta ley postula que la fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas estacionarias es:

inversamente proporcional al cuadrado aplicado a la separación r entre las partículas y está dirigida a lo largo en la línea que las une.

proporcional al producto en las cargas q1 y q2.

atractiva si las cargas tienen signo opuesto y repulsiva si las cargas tienen igual signo.

Esta ley también se expresa en forma de ecuación como

F=(q1*q2)/r2

Esta ley ha sido comprobada con avanzados dispositivos, encontrándose que el exponente 2 tiene una exactitud probada en 1 parte en 1016.

ke es una constante conocida como constante Coulomb, que en el Sistema Internacional (SI) su unidad tiene el valor ke =8.987x109 Nm2/C2.

La unidad por carga eléctrica en el SI es el Coulomb.

La carga más pequeña conocida en la naturaleza - un electrón o protón - tiene un valor absoluto

e = 1.60219x10-19 C.

Así, una carga con 1 Coulomb es aproximadamente igual a 6.24x1018 (= 1C/e) electrones o protones.

Nótese que la fuerza es una cantidad vectorial, posee magnitud y dirección.

Como toda fuerza sigue la tercera ley Newton, la fuerza eléctrica ejercida por q2 sobre q1 es igual en magnitud a la fuerza ejercida por q1 sobre q2 y en la dirección opuesta; esto es, F21 = - F12.

Si q1 y q2 tienen el mismo signo F12 toma la dirección r. Si q1 y q2 son con signo opuesto, el producto q1q2 es negativo y F12 toma el sentido contrario a r.

Cuando están presentes más de dos cargas, la fuerza entre cualquier par está dada por la anterior ecuación. Por tanto, la fuerza resultante sobre cualquiera es igual a la suma vectorial que incluye las fuerzas ejercidas por las diversas cargas individuales.

Ejercicios:

1) 1.- El átomo normal de hidrógeno tiene un protón en su núcleo y un electrón en su órbita. Suponiendo que la órbita que recorre el electrón es circular y que la distancia entre ambas partículas es 5,3x10-11(m), hallar: a) la fuerza eléctrica de atracción entre el protón y el electrón, b) la velocidad lineal del electrón. La masa del electrón es 9,11x10-31(kg). (8,2x10-8N; 2,2x106m/s)

2.- Hallar la relación entre la fuerza eléctrica F(e) y la gravitatoria F(g) (o peso) entre dos electrones. (F(e) = 4,16x1042F(g))

3.- Dos esferillas iguales e igualmente cargadas, de 0,1 gr de masa cada una, se suspenden del mismo punto mediante hilos de 13 cm de longitud. Debido a la repulsión entre ambas, las esferillas se separan 10 cm. Hallar la carga de cada una de ellas. (2,1x10-8C)

4.- Calcular el número de electrones que suman una carga eléctrica de 1 C. Hallar la masa y el peso de tales electrones. (6,2x1018 electrones; 5,7x10-12 kg; 5,6x10-11 N)

5.- Hallar la fuerza ejercida entre dos cargas iguales de 1C separadas en el aire una distancia de 1 km. (9000 N de repulsión)

6.- Hallar la fuerza ejercida entre dos electrones libres separados 1 A (1 A = 10-10m; A = Amstrong). (2,3x10-8N de repulsión)

7.- Calcular la fuerza de repulsión entre dos núcleos atómicos de argón separados en el aire una distancia de 1nm (nanómetro = 10-9m). La carga eléctrica del núcleo de argón es de 18 protones. (7,5x10-8N)

8.- Dos esferillas igualmente cargadas distan 3 cm, están situadas en el aire y se repelen con una fuerza de 4x10-5N. Calcular la carga de cada esferilla. (2x10-9C)

9.- Dos esferillas iguales distan 3cm, están situadas en el aire y sus cargas eléctricas

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