Electricidad estática 


La Electrostática es la parte del electromagnetismo que estudia la interacción entre cargas eléctricas en reposo.

Por estar cargadas y a una cierta distancia, las partículas ejercen fuerzas eléctricas unas sobre otras. De acuerdo con la segunda Ley de Newton, el resultado de estas fuerzas debe ser un movimiento acelerado de las diferentes cargas. Supondremos que esto no ocurre porque actúan sobre ellas otras fuerzas no consideradas que retienen a las cargas en la misma posición.

A pesar de su aparente irrealidad (ya que una carga no puede mantenerse inmóvil flotando en el espacio), la electrostática posee una gran aplicación ya que no solo describe aproximadamente situaciones reales, sino porque sirve de fundamento para otras situaciones electromagnéticas. En el campo de la electrostática aparecen el principio de superposición, la ley de Gauss, el potencial eléctrico, la ecuación de Laplace… todos los cuales se utilizan más adelante.

La electrostática se subdivide en dos situaciones:Electrostática en el vacíoSupone que las cargas están inmóviles flotando en el espacio.Electrostática en medios materialesSupone que las cargas se encuentran en el interior o en la superficie de medios materiales. A su vez, éstos se suelen clasificar en dos tipos:ConductoresSon aquellos materiales (típicamente metálicos) que permiten el movimiento de cargas por su interior. En electrostática esto implica que las cargas se encuentran en equilibrio ya que pudiendo moverse no lo hacen.DieléctricosSon aquellos materiales (típicamente plásticos) que no permiten el movimiento de cargas por su interior. En electrostática esto implica la existencia de cargas ligadas, que no pueden abandonar los átomos a los que pertenecen.

Aunque en la mayoría de los casos prácticos consideraremos cargas dentro de medios materiales, la electrostática en el vacío es válida como fundamento de todo lo que sigue, puesto que estos son vacío en su mayor parte.




Ley de Coulomb ver explicación


La Intensidad de la fuerza de atracción o de repulsión entre 2 cargas es directamente proporcional al, producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa .


                                                         



La ley de Coulomb fue descubierta por Henry Cavendish, que no lo publicó. Varios años después, Coulomb redescubrió esta ley, publicándolo adecuadamente, por lo que recibe su nombre.

Es una ley física que nos describe la fuerza entre dos cargas puntuales en reposo. Nos dice que si tenemos dos cargas puntuales Q y q situadas a una distancia d, aparece una fuerza eléctrica entre ellas tal que:

Módulo:

Es proporcional al producto de las cargas.
Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las cargas.

Dirección:

Es la de la recta que pasa por las dos cargas.

Sentido:

Depende del signo de las cargas
Cargas del mismo signo se repelen
Cargas de distinto signo se atraen


Matemáticamente esto se expresa como que la fuerza que produce la carga 1 sobre la 2 es:

siendo el vector unitario en la dirección de la recta que pasa por las dos cargas y lleva el sentido de la 1 a la 2, es decir, hacia fuera de las dos cargas. La fuerza que la 2 produce sobre la 1 se calculará del mismo modo, sustituyendo por que es el unitario opuesto.

                                
                                   
                                     

Esta expresión es válida tanto si las cargas son del mismo signo como si son de signos opuestos. En el segundo caso, el producto de las cargas es negativo y resulta una fuerza atractiva.

La constante ke universal que, por la forma en que se eligen las unidades en el SI tiene un valor exacto
             

siendo el segundo valor mucho más fácil de recordar y con un error de solo el 0.1%.

Siendo K=9·109 N·m2/C2,  Q y q dos cargas en culombios (C) y d la distancia entre cargas en metros



Ejercicios.


1) Dos cargas puntuales de +3µC y -2µC situadas en el vacío , están separadas 50 cm

a)Representar las fuerzas electroestáticas
b) Calcula la intensidad de las fuerzas
c) fuerzas si la distancia se duplicara
d) Fuerzas si las cargas se duplicaran
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2 Determina a qué distancia debemos colocar 2 cargas puntuales de +4 nC y 5nC para que se repelen con una fuerza de:

a) 0,01 N
b) 0,03 N
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3 Dos cargas separadas una distancia de 40 cm se atraen con una fuerza de 2 N, si el valor de una de las cargas es de 6µC .

a) Cuál es el valor y el signo de la segunda carga ?
b) Cuál es el valor y el signo de la segunda carga si la la fuerza es de -1 N?
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Fuente: Profe de mate