guia6,7.carga y fuerza eléctrica

COLEGIO INTEGRADO NUESTRA SEÑORA DE LAS MERCEDES
AREA DE CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL
GRADO: UNDÉCIMO
SEGUNDO PERÍODO
PROFESOR. ANNIE JULIETH DELGADO M.
GUÍA 6. ELECTROSTÁTICA. CARGAS ELÉCTRICAS
NOMBRE: _____________________________________________ FECHA: ____________________________
Todos estamos familiarizados con los efectos de la
electricidad estática, incluso algunas personas son más
susceptibles que otras a su influencia. Ciertos usuarios de
automóviles sienten sus efectos al cerrar con la llave (un
objeto metálico puntiagudo) o al tocar la chapa del coche.
El término eléctrico, y todos sus derivados, tiene su origen
en las experiencias realizadas por Tales de Mileto, un
filósofo griego que vivió en el siglo sexto antes de Cristo.
Tales estudió el comportamiento de una resina fósil, el
ámbar -en griego elektron-, observando que cuando era
frotada con un paño de lana adquiría la propiedad de atraer
hacia sí pequeños cuerpos ligeros; los fenómenos análogos
a los producidos por Tales con el ámbar o elektron se
denominaron fenómenos eléctricos y más recientemente
fenómenos electrostáticos.
La electrostática es la parte de la física que estudia este tipo
de comportamiento de la materia, se preocupa de la
medida de la carga eléctrica o cantidad de electricidad
presente en los cuerpos y, en general, de los fenómenos
asociados a las cargas eléctricas en reposo.
QUÉ ES LA ELECTRIZACIÓN ?
Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es
decir, adquiere cargas eléctricas, se dice que ha sido
electrizado. La electrización es uno de los fenómenos que
estudia la electrostática.
Piel de conejo, vidrio, pelo humano, nylon, lana, seda,
papel, algodón, madera, ámbar, polyester, poliuretano,
vinilo (PVC), teflón.
Cuando dos materiales no conductores entran en contacto
uno de los materiales puede capturar electrones del otro
material.
La cantidad de carga depende de la naturaleza de los
materiales y del área de la superficie que entra en
contacto. Otro de los factores que intervienen es el estado
de las superficies, si son lisas o rugosas (entonces, la
superficie de contacto es pequeña). La humedad o
impurezas que contengan las superficies proporcionan un
camino para que se recombinen las cargas. La presencia de
impurezas en el aire tiene el mismo efecto que la humedad.
FORMAS DE ELECTRIZACIÓN
Electrización por frotamiento
La electrización por frotamiento se explica del siguiente
modo. Por efecto de la fricción, los electrones externos de
los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la
barra de ámbar, con lo cual ésta queda cargada
negativamente y aquél positivamente. En términos
análogos puede explicarse la electrización del vidrio por la
seda. En cualquiera de estos fenómenos se pierden o se
Para explicar cómo se origina la electricidad estática, hemos
de considerar que la materia está hecha de
átomos, y los átomos de partículas cargadas, un núcleo
rodeado de una nube de electrones.
Normalmente, la materia es neutra (no electrizada), tiene el
mismo número de cargas positivas y negativas.
Algunos
átomos
tienen
más
facilidad para
perder
sus
electrones
que otros. Si
un material
tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en
contacto con otro, se dice que es más positivo . Si un
material tiende a capturar electrones cuando entra en
contacto con otro material, dicho material es más negativo.
Un ejemplo de materiales ordenados de más positivo a más
negativa es el siguiente:
ganan electrones, pero el número de electrones cedidos
por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de
electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no
hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Esta es la
explicación, desde la teoría atómica, del principio de
conservación de la carga eléctrica formulado por Franklin
con anterioridad a dicha teoría sobre la base de
observaciones sencillas.
Electrización por contacto
La electrización por contacto es considerada como la
consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo
a otro. Si el cuerpo cargado es positivo es porque sus
correspondientes átomos poseen un defecto de electrones,
que se verá en parte compensado por la aportación del
cuerpo neutro cuando ambos entran en contacto, El
resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos
positivo y el neutro adquiere carga eléctrica positiva. Aun
cuando en realidad se hayan transferido electrones del
cuerpo neutro al cargado positivamente, todo sucede como
si el segundo hubiese cedido parte de su carga positiva al
primero. En el caso de que el cuerpo cargado inicialmente
sea negativo, la transferencia de carga negativa de uno a
otro corresponde, en este caso, a una cesión de electrones.
Electrización por inducción
La electrización por influencia o inducción es un efecto de
las fuerzas eléctricas. Debido a que éstas se ejercen a
distancia, un cuerpo cargado positivamente en las
proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas
negativas, con lo que la región próxima queda cargada
negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces
el efecto de repulsión sobre los electrones atómicos
convertirá esa zona en positiva. En ambos casos, la
separación de cargas inducida por las fuerzas eléctricas es
transitoria y desaparece cuando el agente responsable se
aleja suficientemente del cuerpo neutro.
¿Qué es Un Átomo?
Un átomo es:
El componente básico
de toda materia.
Es una partícula muy
pequeña.
Los átomos poseen un
núcleo, protones y
neutrones rodeado por
los electrones.
Átomo Eléctricamente Neutro
Electrones ( - ): Partículas subatómicas con una carga
eléctrica elemental negativa y una cierta masa.
Protones (+):Partículas subatómicas con una carga
eléctrica elemental positiva y una cierta masa.
Neutrones: Es un barión neutro formado por dos quarks.
Bariones: Son una familia de partículas subatómicas
formadas por tres quarks.
Quarks: Son los constituyentes fundamentales de la
materia y las partículas más pequeñas que el hombre ha
logrado identificar.
Un átomo eléctricamente neutro es aquel cuya cantidad de
electrones es igual a la cantidad de protones
Partícula
electrón
protón
neutrón
Masa (kg)
9,1 x 10-31
1,67 x 10-27
1,67 x 10-27
Carga ©
-1,6 x 10 -19
+1,6 x 10 -19
0
Cuerpo eléctricamente cargado
Un cuerpo puede estar cargado:
Negativamente… si tiene un exceso de electrones.
Positivamente: si tiene un déficit de electrones.
Si por algún mecanismo se logra que los electrones libres
de un cuerpo pasen a otro, un cuerpo perderá electrones
(se electriza positivamente) y el otro ganará electrones (se
electriza negativamente).
CARGA ELÉCTRICA
La carga eléctrica es una magnitud física característica de
los fenómenos eléctricos. La carga eléctrica es una
propiedad de los cuerpos. Cualquier trozo de materia
puede adquirir carga eléctrica.
En el S.I. La unidad de carga es el Culombio o Coulomb (C)
que se define como la cantidad de carga que fluye por un
punto de un conductor en un segundo cuando la corriente
en el mismo es de 1 A.
Submúltiplos del Coulomb
1 nC = 10-9 C Nanocoulomb
1 μC = 10-6 C Milicoulomb
1 mC =10-3 C Microcoulomb
Propiedades De Cuerpos Cargados
Eléctricamente
El átomo de magnesio tiene 12
electrones, cada uno de los cuales tiene
una carga negativa de magnitud
1,6 • 10–19 C; y 12 protones, cada uno de
los cuales tiene una carga positiva de
magnitud 1,6 • 10–19 C. Al ionizarse, dicho
átomo “pierde” dos electrones. De acuerdo con esta
información la carga eléctrica total (neta) del ion de
magnesio es
A) +3,2 • 10–19 C.
B) - 3,2 • 10–19 C.
C) - 16 • 10–19 C.
D) +22 • 1,6 • 10–19 C.
E) -22 • 1,6 • 10–19 C.
Dualidad de la carga: Todas las partículas cargadas pueden
dividirse en positivas y negativas, de forma que las de un
mismo signo se repelen mientras que las de signo contrario
se atraen.
Cargas de igual signo
cargas de diferente signo
Conservación de la carga: En cualquier proceso físico, la
carga total de un sistema aislado se conserva. Es decir, la
suma algebraica de cargas positivas y negativas presente en
cierto instante no varía.
“La carga no se crea ni se destruye; se transfiere
* Entre átomos.
* Entre moléculas.
* Entre cuerpos”
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GUÍA 7. FUERZA ELÉCTRICA
NOMBRE: _____________________________________________ FECHA: ____________________________
Los fenómenos de la electrización y la conducción pueden
explicarse como el resultado de la acción de fuerzas
eléctricas. Entre dos cargas próximas inicialmente en
reposo siempre se establece un tipo de fuerzas, llamadas
electrostáticas, de tal forma que, si las partículas cargadas
son suficientemente pequeñas como para que puedan
considerarse puntuales, se cumple en las siguientes
condiciones:
La fuerza establecida entre ambas tiene una dirección
que coincide con una línea recta imaginaria que une las
dos cargas.
La fuerza ejercida sobre una carga apunta hacia la otra
cuando las dos tienen distinto signo (fuerza atractiva). El
sentido de la fuerza se dirige hacia el lado opuesto de la
carga cuando ambas tienen el mismo signo (fuerza
repulsiva). F12 = - F21
donde Є0 es una constante denominada permitividad eléctrica
del vacío, cuyo valor es 8,8542·10-12 C2/N·m2.
Enunciado de la ley de Coulomb
La fuerza ejercida por una carga puntual sobre otra está
dirigida a lo largo de la línea que las une. Es repulsiva si las
cargas tienen el mismo signo y atractiva si tienen signos
opuestos. La fuerza varía inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia que separa las cargas y es
proporcional al valor de cada una de ellas.
Ejercicios
Ley de Coulomb
modelo
La magnitud de las fuerzas eléctricas de atracción y
repulsión entre cargas se rige por el principio fundamental
de la electrostática, también llamado ley de Coulomb. Esta
ley establece que la fuerza de atracción (o repulsión) entre
dos cargas eléctricas puntuales de distinto (o igual) signo es
directamente proporcional al producto del valor de sus
cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia que las separa:
1.
Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas
eléctricas q1 = + 1 x 10-6 C. y q2 = + 2,5 x 10-6 C. que se
encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5 cm.
2. Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas
q1 = -1,25 x 10-9 C. y q2 = +2 x 10-5 C. que se encuentran en
reposo y en el vacío a una distancia de 10 cm.
𝐹=𝐾
𝑞1 . 𝑞2
𝑅2
La constante de proporcionalidad K se define del modo
siguiente:
3. Sobre los extremos de un segmento AB de 1.00 m. de
longitud se fijan dos cargas. Una q1 =+4 x 10-6C. sobre el
punto A y otra q2=+1 x 10-6C. sobre el punto B .
a) Ubicar una tercera carga q=+2 x10-6C. sobre AB de
modo que quede en equilibrio bajo la acción simultánea de
las dos cargas dadas.
b) La ubicación correcta de q, ¿depende de su valor y
signo?
4. Dada la configuración de cargas que se observan
en el dibujo adjunto, calcular la fuerza que actúa sobre
cada una de las cargas.
q1= - 4 x 10-3 C. q2= - 2 x 10-4 C. q3=+5 x 10-4 C.
9. Se tienen tres cargas eléctricas en los vértices de
un triángulo equilátero de
lado l (ver figura). (l = 1 m,
q1=q2=5 nC, q3= -5 nC).
Calcular y dibujar el
diagrama de las fuerzas
creadas por q1 y q2 sobre q3
y la fuerza total que actúa
sobre q3.
1. Una cuchara de vidrio inicialmente neutra, es
frotada de tal manera que recepciona 25 x 1018
electrones. Determine la cantidad de carga eléctrica
adquirida por la cuchara.
2.Dos esferas de vidrio de igual radio, una electrizada
con una carga de 8 μC y la otra neutra entran en
contacto.
a.Qué ocurre cuando las esferas entran en contacto?
b. Qué cantidad de electrones se pusieron en
movimiento?
c. Qué cantidad de carga adquiere cada esfera?
3. Un lapicero electrizado con +8x10-16 C es frotado,
modificándose su carga eléctrica, tal que posee al final
una cantidad de +24 x 10-16C. determine si el lapicero
ganó o perdió electrones y en qué número.
4. Dos partículas electrizadas con +50μC y +60μC
interactúan a una distancia de 3m. Con qué fuerza se
repelen?
5. Se muestran tres cargas. Si el módulo de la fuerza
que A hace sobre B es 3N, determine la fuerza
eléctrica resultante sobre B.
10. En el sistema en equilibrio,
determine la deformación del resorte
aislante, si las esferas electrizadas son
ingrávidas y k = 19 N/cm
11. Un bloque de madera tiene
incrustada una bolita electrizada tal
como muestra la figura. Determine la
fuerza que el agua ejerce al bloque de 0,5
kg
12. Dos cargas cada una de -3μC se repelen
con una fuerza 2N Halla la distancia entre
ellas.
13. Dos cargas de +6μC y -4μC están
separadas 20 cm En qué punto debe
colocarse una carga q para que la fuerza
resultante sea cero?
14. La gráfica muestra el valor de las fuerzas con que
se atraen dos cargas iguales pero de signos contrarios
en función de la distancia que las separa. A) a qué
distancia la fuerza de atracción es de 10N? b) Con qué
fuerza se atraen cando están separadas 10 cm? C) si
las cargas están en el vacío cuál es el valor de cada
una?
6. Dos partículas de cantidad de carga eléctrica q1=
2mC y q2 = -8μC, se encuentran separadas 0,2m. Con
qué fuerza se atraen las partículas?
7. Sean las cargas q1 (Q), q2 (-2Q) y q3 (3Q) (entre
paréntesis se indica la magnitud de sus cargas)
situadas respectivamente en los puntos (2,-3,1),
(-2,0,3) y (2,2,-1). ¿Cuál es la fuerza total que las
cargas q2 y q3 ejercen sobre la carga q1?.
8. Sea una carga Q situada sobre el eje Y en el punto
(0,3) y otra carga q situada sobre el eje X en el punto
(4,0). ¿En qué punto deberíamos situar una carga 2Q
para que la fuerza total sobre la carga q se anule?
15. Una carga puntual q repele a una carga 3q con una
fuerza de 1,5N cuando están separadas 0,5m Cuál es
la magnitud de q?
PREGUNTAS TIPO PRUEBA SABER
1.Dos esferas pequeñas se fortan produciéndose una
transferencia de 1015 electrones. Luego se les sepra
una distancia de 3m. El módulo de la fuerza que
experimentan es:
7.Se tienen dos partículas electrizadas con q y (q+1),
separadas una distancia d. Si se triplica la distancia, la
fuerza de interacción entre ellas se reduce en:
A. 20N
8. El valor de la fuerza de repulsión entre las cargas es
de:
B. 22,8 N
C. 24N
D. 25,6N
E) 28N
2. La cantidad de electrones que origina una carga de
4,8 x 10-19C es:
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
A. 1/9
B. 2/9
C. 1/3
D. 2/3
E. 8/9
E. 5
3. Dos esferas de igual radio, electrizadas, una con 16
μC y la otra con -32μC se ponen en contacto. La
cantidad de electrones que gana o pierde la primera
esfera es :
A. Gana 5 x 1014e-
B. Pierde 5 x 1014e-
C. Gana 5 x 1014e-
D. Pierde 1,5 x 1014e-
A.100N
B. 200N
C. 250N
D. 400N
E. 500N
9. La aceleración del bloque de 2 kg de masa, cuando
se encuentra a 3m de la carga Q = 3 x 10-4C sabiendo
que q = 2 x 10 -4C y el coeficiente de rozamiento entre
el bloque y el piso es 0,5 es:
E. Gana 1,6 x 1013e4. Si el módulo de la fuerza eléctrica que la partícula A
le ejerce a B es 8N. si la fuerza eléctrica resultante
sobre B es de 17N, el valor de q es:
A. 45μC
B. 8μC
C. -45μC
D. -8μC
E. Ninguna de las anteriores
A. 25 m/seg2
D. 45 m/seg2
B. 35 m/seg2
E. 55 m/seg2
C. 15 m/seg2
10. El sistema mostrado, se encuentra en equilibrio.
Si la esfera “1” es de 200N y la carga eléctrica “2” es
de -60μC ,la cantidad de carga de la esfera “1” es:
A. 10 μC
B. -10 μC
C. -25 μC
D. 25 μC
E. -30 μC
5. Una partícula electrizada con Q = 300μC se
encuentra fija, otra partícula de 360 gr y carga q se
encuentra en equilibrio como muestra la gráfica.
Ignorando el rozamiento, el valor de q es:
A. 1μC
B. 10μC
C. 100μC
D. 150μC
E. 200μC
6. Tres partículas electrizadas están igualmente
espaciadas a lo largo de una recta. El valor de q para
que +Q se encuentre en equilibrio es:
A. Q
B. 2Q
C.3Q
D. 4Q
E.6Q