ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
ELECTRICIDAD
Y
MAGNETISMO
Tabla de contenido
UNIDAD I. PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO ............................................. 3
TEMA I-1. ELECTRICIDAD ........................................................................................................ 3
TEMA I1.1. CONCEPTO DE LECTRICIDAD ....................................................................... 3
TEMA I1.1. EFECTOS DE LA ELECTRICIDAD .................................................................. 3
TEMA I1.1. IMPORTANCIA DE LA ELECTRICIDAD ......................................................... 4
TEMA I1.2. EXPLICAR LOS METODOS PARA PRODUCIR ELECTRICIDAD ............. 4
TEMA I1.3. EXPLICAR LAS APLICACIONES PRÁCTICAS DE LA ELECTRICIDAD. . 5
TEMA I1.4. DESCRIBIR LOS CONCEPTOS DE CORRIENTE DIRECTA Y ALTERNA
..................................................................................................................................................... 6
TEMA I-2. MAGNETISMO .......................................................................................................... 6
TEMA I2.1. DEFINIR EL CONCEPTO, EFECTOS E IMPORTANNCIA DEL
MAGNETISMO.......................................................................................................................... 6
TEMA I2.2. DESCRIBIR LA TEORÍA ELECTRÓNICA DEL MAGNETISMO. ................ 7
TEMA I2.3. ENLISTAR LOS MATERIALES QUE TIENEN PROPIEDADES
MAGNÉTICAS. ......................................................................................................................... 8
TEMA I2.4. IDENTIFICAR LA IMPORTANCIA DE LOS FENÓMENOS MAGNÉTICOS
Y LAS LEYES QUE RIGEN SU COMPORTAMIENTO...................................................... 9
TEMA I2.5 EXPLICAR EL CONCEPTO DE ELECTROMAGNETISMO. ........................ 9
UNIDAD II. ELECTROSTÁTICA. ................................................................................................... 9
TEMA II-1. CARGA ELÉCTRICA Y ELECTRÓN. ................................................................... 9
TEMA II1.1. EXPLICAR EL CONCEPTO DE ELECTROSTÁTICA. ............................... 10
TEMA II1.2 EXPLICAR EL CONCEPTO DE ELECTRÓN Y CARGA ELÉCTRICA. ... 10
TEMA II1.3. ENUNCIAR LA CARGA DE UN ELECTRÓN. ............................................. 10
TEMA II1.4. EXPLICAR LOS MÉTODOS Y EL PROCESO DE CARGA DE LOS
CUERPOS. .............................................................................................................................. 10
TEMA II1.5. IDENTIFICAR LAS UNIDADES DE MEDIDA DE CARGA ELECTRICA. 11
TEMA II-2. FUERZA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB. .................................................. 11
TEMA II2.1. EXPLICAR EL CONCEPTO DE FUERZA ELÉCTRICA. ........................... 11
TEMA II2.2 ENUNCIAR LA LEY DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS. .............................. 11
TEMA II2.3. EXPLICAR LA LEY DE COULOMB ENTRE CUERPOS
ELÉCTRICAMENTE CARGADOS. ..................................................................................... 11
TEMA II2.4. IDENTIFICAR LAS UNIDADES DE MEDIDA DE FUERZA ELÉCTRICA.
................................................................................................................................................... 12
TEMA II2.5. RECONOCER LAS MAGNITUDES VECTORIALES Y ESCALARES
EMPLEADAS EN ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO. .................................................... 12
TEMA II2.6. COMPARAR LAS MAGNITUDES DE LA FUERZA ELÉCTRICA Y LA
FUERZA DE GRAVEDAD..................................................................................................... 14
UNIDAD I. PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD Y
MAGNETISMO
TEMA I-1. ELECTRICIDAD
TEMA I1.1. CONCEPTO DE LECTRICIDAD
La electricidad es una forma invisible de energía que produce como resultado la
existencia de unas diminutas partículas llamadas ELECTRONES LIBRES en los
átomos de ciertos materiales o sustancias. Estas partículas, al desplazarse a través
de la materia, constituyen lo que denominamos una corriente eléctrica.
TEMA I1.1. EFECTOS DE LA ELECTRICIDAD




Efecto luminoso. Es la forma de energía que ilumina los objetos y los hace
visibles. La luz corresponde a oscilaciones extremadamente rápidas, en un
rango determinado de frecuencias que pueden ser detectadas por el ojo
humano. La mayor parte de la luz procede de electrones que vibran a esas
frecuencias al ser calentados. Se produce cuando la corriente eléctrica
circula por un filamento de una lámpara, poniéndose incandescente y
emitiendo energía luminosa.
Efecto térmico. Cuando la corriente eléctrica fluye por una resistencia
eléctrica ésta se calienta. El calor producido depende de la energía eléctrica
consumida por la misma, es decir del producto de la potencia por el tiempo.
Cuando un conductor es calentado al ser recorrido por una corriente
eléctrica, ocurre la transformación de energía eléctrica en energía térmica.
Este fenómeno es conocido como Efecto Joule, en homenaje al físico
británico
James
Prescott
Joule.
Este fenómeno ocurre debido al encuentro de los electrones de la corriente
eléctrica con las partículas del conductor. Los electrones sufren colisiones
con átomos del conductor, parte de la energía cinética (energía del
movimiento) del electrón es transferida hacia el átomo aumentando su estado
de agitación, consecuentemente su temperatura.
Efecto químico. Podemos obtener un efecto químico mediante el uso de
corriente eléctrica cuando por ejemplo hacemos circular los electrones por
diferentes fluidos, el comportamiento de los electrones con el compuesto
químico de estos fluidos altera los mismos dando como resultado cambios
químicos de diferentes sustancias.
Efecto magnético. Mediante la electricidad podemos obtener magnetismo o
efecto magnético, esto sucede gracias a la capacidad que tiene los
electrones de generar campos magnéticos cuando están en movimiento. Si

aprovechamos esta capacidad y hacemos circular los electrones a través de
una bobina obtendremos un campo magnético mayor en relación al número
de espiras de la bobina.
Efecto mecánico. Podemos obtener un efecto mecánico utilizando la
capacidad de atracción y repulsión de los materiales magnéticos. Si
empleamos la corriente eléctrica para inducir campos magnéticos y
magnetizar objetos, podemos utilizar la fuerza de atracción o repulsión para
generar un movimiento, con una fuerza o potencia capaz de mover un objeto
y obtener una fuerza o trabajo mecánico.
TEMA I1.1. IMPORTANCIA DE LA ELECTRICIDAD
La energía eléctrica sin duda es el energético más utilizado en el mundo. La
electricidad es el pilar del desarrollo industrial de todos los países, parte importante
del desarrollo social, y elemento esencial para el desarrollo tecnológico.
Sin duda la electricidad juega un papel muy importante en la vida del ser humano,
con la electricidad se establece una serie de comodidades que con el transcurso de
los años se van haciendo indispensables para el hombre. Por ejemplo pensemos
en un día en la vida de una persona que vive en la ciudad acostumbrada a vivir
dependiendo de la energía eléctrica.
TEMA I1.2. EXPLICAR
ELECTRICIDAD
LOS
METODOS
PARA
PRODUCIR
Por reacción química: La reacción química entre dos metales genera energía.
Uno de los procesos para producir energía es mediante la reacción química entre
dos
metales
en
un
medio
ácido
o
alcalino.
Un dispositivo capaz de producir electricidad a través de la reacción química es la
pila.
La pila genera corriente eléctrica continua y se basa en la acción química de un
electrolítico
sobre
los
electrodos
del
mismo
ion.
Tomar
dos
metales
distintos
(por
ej.
cobre
y
zinc).
Unirlos con cable a un reloj, o un galvanómetro, e insertarlos en una papa o limón
(o
sumergirlos
en
un
recipiente
con
agua
acidulada).
Comprobarás que el galvanómetro acusará paso de corriente eléctrica o, en su
caso, el reloj comenzará a funcionar.
Por magnetismo: Los conductores generan en ellos mismos una corriente al
moverse
en
un
campo
magnético.
Uno de los procesos para producir energía es mediante el movimiento de un imán
frente a un bobinado de cobre, o bien por el movimiento de un bobinado frente a un
campo
magnético.
Una máquina destinada a transformar la energía mecánica en eléctrica es la
dinamo. Da lugar a una corriente unidireccional y está basada en la propiedad
enunciada precedentemente.
Por frotamiento: Las primeras evidencias de las fuerzas eléctricas se observaron al
frotar
con
paños
ciertos
cuerpos.
Una forma de producir energía es mediante el frotamiento de dos sustancias.
Si frotamos un trozo de plástico con una franela y la acercamos a unas esferitas de
termopar veremos que éstas se adhieren pero luego de un rato se desprenden.
Ocurrió que al adherirse las cargas eléctricas eran distintas, pero al producirse el
intercambio de electrones se neutralizó y comenzaron a rechazarse.
Por presión o golpe: El choque de dos elementos genera energía. Uno de los
procesos para producir energía es mediante la presión o golpe entre dos elementos.
Si raspamos un metal contra un objeto saltan chispas o sea: hay una manifestación
de energía. Si golpeamos un clavo también ocurre lo mismo.
A su vez, si queremos chispas más grandes las podemos encontrar en dos
piezocerámicos al golpearse (como en el caso del encendedor Magiclick).
Por temperatura: La unión de dos elementos por soldadura o remache proporciona
electricidad
al
calentarse.
Un modo de obtener energía es mediante la producción de calor.
Si calentamos la unión de dos metales remachados, soldados o atornillados los
extremos
libres
manifestaran
carga
eléctrica.
Estos metales distintos soldados se conocen con el nombre de termocupla y sirven
para las válvulas de seguridad de estufas, cocinas y calefones a gas.
Por luz o iluminación: La incidencia de luz genera energía.
Un modo de obtener energía es mediante la aplicación de luz en una célula
fotoeléctrica.
La célula fotoeléctrica es un aparato consistente en un circuito, en el cual va
intercalada una superficie de metal alcalino montada de manera especial, que es
capaz de generar (como su nombre lo indica) electricidad en presencia de luz.
TEMA I1.3. EXPLICAR LAS APLICACIONES PRÁCTICAS DE LA
ELECTRICIDAD.
Una de estas ventajas es su fácil transporte mediante cableados eléctricos, llevando
de esta manera la energía eléctrica a cualquier lugar y posteriormente
transformándola en energía utilizable. La electricidad se ha convertido en una parte
muy esencial para la sociedad de la información, en los transistores, la televisión, la
radio, el Internet y la computación. El principal uso de la electricidad es la que se le
da en las industrias y las empresas en diversas tareas. Dichas aplicaciones
industriales se llevan a cabo mediante el funcionamiento de motores eléctricos de
diversos tipos y potencias. En las empresas también están las máquinas de
climatización que condicionan el lugar para los trabajadores, ejemplos de estos son
los aires acondicionados y la calefacción. Las señales luminosas en las calles, los
semáforos, funcionan con electricidad y son conocidas como señalaciones de
seguridad, son utilizadas también en zonas industriales.
TEMA I1.4. DESCRIBIR LOS CONCEPTOS DE CORRIENTE
DIRECTA Y ALTERNA
La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas
eléctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico
cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza
electromotriz (FEM), tal como ocurre en las baterías, las dinamos o en cualquier otra
fuente generadora de ese tipo de corriente eléctrica.
Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua (C.D.)
(como la que suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje mantiene
siempre su polaridad fija), se genera también otro tipo de corriente denominada
alterna (C.A.), que se diferencia de la directa por el cambio constante de polaridad
que efectúa por cada ciclo de tiempo. La característica principal de una corriente
alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo,
mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como
ciclos por segundo o Hertz posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca
un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al
positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa.
TEMA
I-2.
MAGNETISMO
TEMA I2.1. DEFINIR EL CONCEPTO, EFECTOS E IMPORTANNCIA
DEL MAGNETISMO
El magnetismo o energía magnética es un fenómeno natural por el cual los objetos
ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.
Una de las propiedades fundamentales de la interacción entre imanes es que los
polos iguales se repelen, mientras que los polos opuestos se atraen. El efecto de
atracción y repulsión tiene que ver con las líneas de campo magnéticas. Las líneas
de campo magnéticas exteriores suelen ir del polo Norte al polo Sur. Por lo tanto,
cuando se acercan dos polos opuestos, estas líneas tienen a saltar de un polo a
otro: tienden a pegarse. Y según sea la distancia entre los dos imanes esta atracción
será
mayor
o
menor.
En cambio, cuando se acercan dos polos iguales, estas líneas de campos no
tienden a saltar de un polo a otro, si no que se empiezan a comprimir hacia su propio
polo. Cuando esta compresión es máxima, las líneas de campo tienden a
expandirse, lo que provoca que los polos iguales de dos imanes no puedan
acercarse
y
se
repelan.
Efecto de un imán al ser dividido. Efecto de un imán al ser dividido en varias partes
Otra característica de los imanes es que los polos no se pueden separar. Si un imán
se rompe en dos partes no se obtienen un polo norte y un polo sur sino que se
obtienen dos imanes, cada uno de ellos con un polo norte y un polo sur.
Si tenemos un imán suspendido por un hilo colocado en su centro de gravedad,
observamos que siempre queda orientado hacia una misma dirección. Uno de los
polos se orienta hacia el norte y otro hacia el sur, pues los polos del imán se alinean
según los polos magnéticos de la Tierra, que actúa como imán natural.
Capacidad que tienen muchos objetos de poder atraerse entre sí, generándose lo
que es conocido como Atracción o Repulsión, siendo esta última todo lo contrario,
siendo la separación o la incapacidad de ser juntados , inclusive pudiendo
impulsarse y alejarse mediante la acción de una Energía Magnética que rechaza
esta unión.
TEMA I2.2. DESCRIBIR
MAGNETISMO.
LA
TEORÍA
ELECTRÓNICA
DEL
Hans Christian Oersted descubrió que una aguja magnética podía ser desviada por
una corriente eléctrica. Este descubrimiento, que mostraba una conexión entre la
electricidad y el magnetismo, fue desarrollado por Ampere, que estudió las fuerzas
entre cables por los que circulan corrientes eléctricas, y por Arago, que magnetizó
un pedazo de hierro colocándolo cerca de un cable recorrido por una corriente.
Faraday descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de un cable
induce en éste una corriente eléctrica; este efecto era inverso al hallado por Oersted.
Así, Oersted demostró que una corriente eléctrica crea un campo magnético,
mientras que Faraday demostró que puede emplearse un campo magnético para
crear una corriente eléctrica. La unificación de las teorías de la electricidad y el
magnetismo se debió a Maxwell, que predijo la existencia de ondas
electromagnéticas e identificó la luz como un fenómeno electromagnético.
Los estudios posteriores se centraron en la comprensión del origen atómico y
molecular de las propiedades magnéticas de la materia. Langevin desarrolló una
teoría sobre la variación con la temperatura de las propiedades magnéticas de las
sustancias paramagnéticas, basada en la estructura atómica de la materia. Esta
teoría es un ejemplo de la descripción de propiedades macroscópicas a partir de las
propiedades de los electrones y los átomos. La teoría de Langevin fue ampliada por
Pierre Ernest Weiss, que postuló la existencia de un campo magnético interno,
molecular, en los materiales como el hierro. Este concepto, combinado con la teoría
de Langevin, sirvió para explicar las propiedades de los materiales como la piedra
imán.
La teoría de Neils Bohr sobre la estructura atómica, hizo que se comprendiera la
tabla periódica y mostró por qué el magnetismo aparece en los elementos de
transición como el hierro o los lantánidos o en compuestos que incluyen estos
elementos. Samuel Abraham Goudsmit y Uhlenbeck demostraron que los
electrones tienen espín y se comportan como pequeños imanes con un momento
magnético definido.
El momento magnético de un objeto es una cantidad vectorial que expresa la
intensidad y orientación del campo magnético del objeto. Werner Karl Heisenberg
dio una explicación detallada del campo molecular de Weiss basada en la mecánica
cuántica.
TEMA I2.3. ENLISTAR LOS
PROPIEDADES MAGNÉTICAS.
MATERIALES
QUE
TIENEN
Tipo de Material Características
Diamagnético
Las líneas magnéticas de estos materiales, son opuestas al
campo magnético al que estén sometidos, lo que significa, que
son repelidos. No presenta ningún efecto magnético aparente.
Ej.: bismuto, plata, plomo, etc.
Paramagnético Cuando están expuestos a un campo magnético, sus líneas van
en la misma dirección, aunque no están alineadas en su totalidad.
Esto significa, que sufren una atracción similar a la de los imanes.
Ej.: aluminio, paladio, etc.
Ferromagnético Son materiales que al estar a una temperatura inferior al valor
determinado, presentan un campo magnético fuerte.
Ej.: hierro, cobalto, níquel, etc.
Anti
No es magnético aun
ferromagnético Ej.: óxido de manganeso.
habiendo
Ferromagnético Es
menos
magnético
Ej.: Ferrita de hierro.
que
un
campo
los
Ferromagnético.
Supe
paramagnético
Materiales Ferromagnéticos suspendidos
Dieléctrica.
Ej.: materiales de vídeo y audio
Ferritas
Ferromagnético de bajo nivel de conductividad.
No magnéticos Los campos
Ej.: el vacío.
magnéticos
no
tienen
magnético.
en
efecto
una
Matriz
en
ellos.
TEMA I2.4. IDENTIFICAR LA IMPORTANCIA DE LOS FENÓMENOS
MAGNÉTICOS Y LAS LEYES QUE RIGEN SU COMPORTAMIENTO.
LEY
DE
GAUSS
para
el
campo
magnético
El campo magnético de una carga puntual posee la propiedad de que sus líneas de
campo son circunferencias cerradas en torno a la línea de movimiento de la carga.
Es decir, son líneas sin extremos, no como las del campo electrostático, que parten
de las cargas positivas y mueren en las negativas.
La ley que nos permite calcular campos magnéticos a partir de las corrientes
eléctricas es la LEY DE AMPÈRE. Fue descubierta por André - Marie Ampere en
1826
y
se
enuncia:
La integral del primer miembro es la circulación o integral de línea del campo
magnético a lo largo de una trayectoria cerrada, y: μ0 es la permeabilidad del vacío
dl es un vector tangente a la trayectoria elegida en cada punto IT es la corriente neta
que atraviesa la superficie delimitada por la trayectoria, y será positiva o negativa
según el sentido con el que atraviese a la superficie.
LEY DE LENZ: “El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a
la causa que la produce”. La Ley de Lenz plantea que los voltajes inducidos serán
de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo.
Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.
LEY DE FARADAY DIAMAGNETISMO: Es una propiedad de los materiales que
consiste en repeler los campos magnéticos. Es lo opuesto a los materiales
ferromagnéticos los cuales son atraídos por los campos magnéticos. El fenómeno
del diamagnetismo fue descubierto por Sebald Justino Brugmans que observo en
1778 que el bismuto y el antimonio fueron repelidos por los campos magnéticos.
TEMA I2.5 EXPLICAR EL CONCEPTO DE ELECTROMAGNETISMO.
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los
fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron
presentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo
por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones
diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y
sus
respectivas
fuentes
materiales
(corriente
eléctrica, polarización
eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.
UNIDAD II. ELECTROSTÁTICA.
TEMA II-1. CARGA ELÉCTRICA Y ELECTRÓN.
TEMA II1.1. EXPLICAR EL CONCEPTO DE ELECTROSTÁTICA.
La electrostática es la rama de la Física que analiza los efectos mutuos que se
producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el
estudio de las cargas eléctricas en equilibrio. La carga eléctrica es la propiedad de
la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen
en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
TEMA II1.2 EXPLICAR EL CONCEPTO DE ELECTRÓN Y CARGA
ELÉCTRICA.
Comúnmente representado por el símbolo: e−, es una partícula subatómica con
una carga eléctrica elemental negativa.
La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas
subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre
ellas por la mediación de campos electromagnéticos. La materia cargada
eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez,
generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga
y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física.
Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la
capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones.
TEMA
II1.3.
ENUNCIAR
LA
CARGA
DE
UN
ELECTRÓN.
La carga elemental o carga del electrón es la constante física que corresponde a la
unidad mínima e indivisible de carga eléctrica: todas las cargas observables son un
múltiplo entero de esta carga. Su valor en el Sistema Internacional de acuerdo con
la última lista de constantes del CODATA publicada en el 2002 es:
e = 1.602 176 53(14) × 10-19 C
TEMA II1.4. EXPLICAR LOS MÉTODOS Y EL PROCESO DE CARGA
DE LOS CUERPOS.
Por Contacto: El cual requiere “contacto” físico para que ocurra transferencia de
electrones además de la existencia de un cuerpo previamente cargado. No es muy
eficiente, ya que por sucesivos toques al final la carga se va “terminando”. Tiene
como característica fundamental que el cuerpo adquiere el mismo signo del cuerpo
que está inicialmente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de
carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero
también queda con carga positiva.
Por Frotamiento: Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de
electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el
otro con carga negativa. Si frotas una barra de vidrio con un paño de seda, hay un
traspaso de electrones del vidrio a la seda. Si frotas un lápiz de pasta con un paño
de lana, hay un traspaso de electrones del paño a al lápiz.
Por Inducción: Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que
está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado (en la figura de abajo el tubo
con carga negativa) a un cuerpo neutro (la esfera colgante), se establece una
interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro. Como resultado
de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto
a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste. En este proceso de
redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero
en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente. El cuerpo
electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto
lo atrae.
Carga por efecto Termoiónico: Esta ionización está producida por el calor ya que a
altas temperaturas los electrones de un cuerpo vibran cada vez más fuerte y
comienzan a escaparse del cuerpo dejándolo positivamente cargado.
Carga por efecto Fotoeléctrico: Esta ionización es producida por la luz esta es
producida en el instante que se golpea cualquier objeto metálico el cual como
respuesta emite electrones.
TEMA II1.5. IDENTIFICAR LAS UNIDADES DE MEDIDA DE CARGA
ELECTRICA.
Unidad que se emplea para medir una determinada magnitud: el ampere es la
unidad de medida para designar la intensidad de la corriente eléctrica.
TEMA II-2. FUERZA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB.
TEMA II2.1. EXPLICAR EL CONCEPTO DE FUERZA ELÉCTRICA.
La fuerza eléctrica es la que tiene lugar entre cargas eléctricas. Podemos hacer
algunos experimentos para demostrar la existencia de fuerzas y cargas eléctricas.
Por ejemplo, si frotamos un peine contra nuestro pelo, se observa que aquél atrae
pedacitos de papel. El mismo efecto ocurre al frotar otros materiales, tales como el
ámbar con la lana, el vidrio etc.
TEMA II2.2 ENUNCIAR LA LEY DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS.
La Ley de cargas enuncia que las cargas de igual signo se repelen, mientras que
las de diferente signo se atraen; es decir que las fuerzas electrostáticas entre cargas
de igual signo (por ejemplo dos cargas positivas) son de repulsión, mientras que las
fuerzas electrostáticas entre cargas de signos opuestos (una carga positiva y otra
negativa), son de atracción.
TEMA II2.3. EXPLICAR LA LEY DE COULOMB ENTRE CUERPOS
ELÉCTRICAMENTE CARGADOS.
La Ley de Coulomb, que establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas
puntuales, constituye el punto de partida de la Electrostática como ciencia
cuantitativa.
Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años
después, pero fue Coulomb en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales
directos.
Entendemos por carga puntual una carga eléctrica localizada en un punto
geométrico del espacio. Evidentemente, una carga puntual no existe, es una
idealización, pero constituye una buena aproximación cuando estamos estudiando
la interacción entre cuerpos cargados eléctricamente cuyas dimensiones son muy
pequeñas en comparación con la distancia que existen entre ellos.
La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es
proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de
la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es
de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo
contrario".
TEMA II2.4. IDENTIFICAR LAS UNIDADES DE MEDIDA DE FUERZA
ELÉCTRICA.
La fuerza eléctrica con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo
es directamente proporcional al producto de las mismas, inversamente proporcional
al cuadrado de la distancia que las separa y actúa en la dirección de la recta que
las une.
F=K⋅Q⋅qr2
Donde:
F es la fuerza eléctrica de atracción o repulsión. En el S.I. se mide en Newton (N).
Q y q son los valores de las dos cargas puntuales. En el S.I. se miden en Culombios
(C).
R es el valor de la distancia que las separa. En el S.I. se mide en metros (m).
K es una constante de proporcionalidad llamada constante de la ley de Coulomb.
No se trata de una constante universal y depende del medio en el que se encuentren
las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente
9·109 N·m2/C2 utilizando unidades en el S.I.
TEMA II2.5. RECONOCER LAS MAGNITUDES VECTORIALES Y
ESCALARES EMPLEADAS EN ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO.
La fuerza eléctrica descrita en la ley de Coulomb no deja de ser una fuerza y como
tal, se trata de una magnitud vectorial que en el Sistema Internacional de Unidades
se mide en Newton (N). Su expresión en forma vectorial es la siguiente:
F→=K⋅Q⋅qr2⋅u→r
Donde el nuevo valor u→r es un vector unitario en la dirección que une ambas
cargas. Observa que si llamamos r→ al vector que va desde la carga que ejerce la
fuerza hacia la que la sufre, u→r es un vector que nos indica la dirección de r→
u→r=r→r/
Date cuenta que la fuerza eléctrica siempre tiene la misma dirección que el vector
unitario u→r y el mismo sentido si tienen el mismo signo y sentido opuesto si tienen
signo distinto.
TEMA II2.6. COMPARAR LAS MAGNITUDES DE LA FUERZA
ELÉCTRICA Y LA FUERZA DE GRAVEDAD.
1) Repulsión: La gravedad es una fuerza que se produce entre todos los cuerpos
con masa, a mayor masa mayor atracción (no hay repulsión, sólo
atracción). Mientras que la fuerza eléctrica produce una atracción hacia los cuerpos
de carga opuesta, y una repulsión a los de carga idéntica.
2) Resistencia: No hay nada que oponga una resistencia a la gravedad. Sin
embargo, la fuerza eléctrica es modificada por el medio (Permisividad)
3) La fuerza eléctrica está íntimamente asociada a la fuerza magnética [4] (de
hecho, se consideran dos fenómenos de la misma fuerza). La fuerza gravitatoria no
está
asociada
a
ninguna
otra
fuerza.
4) La gravedad afecta a los fotones, que en reposo tienen masa nula, pero sí en
movimiento. Mientras que la fuerza eléctrica no los afecta.