1/9/07 184 Lecture 2 1 Charge (2) Normally objects around us do not seem to carry a net charge. They have equal amounts of positive and negative charge and are thus electrically neutral. Negative charge: an excess of electrons Positive charge: a deficit of electrons Demo: • If we rub a plastic rod with fur, the rod will become charged • If we bring two charged plastic rods together, they will repel each other • If we rub a glass rod with silk, the rod will become charged • If we bring together a charged plastic rod and a charged glass rod, they will attract each other 1/9/07 184 Lecture 2 3 “Ley de las cargas” • Cargas del mismo signo se repelen y de signo opuesto se atraen + + + - - - Nótese que la electricidad es algo diferente de la gravitación …. m1 1/9/07 m2 184 Lecture 2 4 Electrostatica Cual es la fuerza entre un objeto eléctricamente cargado (q) y un objeto neutro (0)? Nótese que siempre es atractiva !! Por qué? Polarización! 1/9/07 - -+ 0 + +q ++ + 184 Lecture 2 5 Carga del Electrón Se puede definir la unidad de carga en terminos de la carga de un electrón**… • Un electrón es una partícula elemental con carga q = -e, donde • e = 1.60210-19 C • Un protón es una partícula ‘elemental’ con q = +e e = 1.602 x 10-19 C ** El ampere (André-Marie Ampère (1775 - 1836)]. es la 4ta unidad básica en el SI como el metro, el segundo y el kilogramo 1/9/07 184 Lecture 2 7 Coulomb of Charge A full coulomb is a very large amount of charge! • A lightning discharge can contain 10’s of coulombs • Demo - Wimshurst machine The number of electrons required to produce 1 coulomb of charge is 1C 18 Ne 6 . 24 10 1.602 10-19 C Because a coulomb is a large amount of charge, everyday examples of static electricity typically involve • 1 microcoulomb = 1 C = 10-6 C • 1 nanocoulomb = 1 nC = 10-9 C • 1 picocoulomb = 1 pC = 10-12 C 1/9/07 184 Lecture 2 8 El quantum de carga La carga electrica esta’ cuantizada La carga mas pequenha observable es la del electron Robert Millikan (1868 1953) y el experimento de la gota de aceite Carga del electron = -e = 1.60210-19 C 1/9/07 184 Lecture 2 9 La estructura atómica Sistema planetario infinitesimal??! Electricamente neutro: electrones ‘orbitando’ alrededor de un nucleo ‘en reposo’ Ejemplo: 12C tiene 6 protones, 6 neutrones and 6 electrones Isotopos 1/9/07 184 Lecture 2 10 Magnetic Resonance Imaging - MRI MRI stands for nuclear magnetic resonance imaging. MRI produces high quality images of living tissue without causing any damage. Magnetic Field = 1.5 T The quality of an MRI image (signalto-noise) is proportional to the the magnitude of the magnetic field • High field mean high quality images Superconducting magnets can produce up to four times the magnetic field of a room-temperature magnet. Yue Cao, Stephen Whalen, Jie Huang, Kevin L. Berger, and Mark C. DeLano, Human Brain Mapping 20:82–90(2003). (MSU Radiology) 1/9/07 184 Lecture 2 Magnetic Field = 3.0 T 15 Dielectricos, Semiconductores, Conductores, Superconductores Dielectricos = aislantes, no conducen o conducen muy mal la electricidad En el conductor los electrones se mueven como si fuesen un fluido Semiconductores tienen un comportamiento electrico como aislante y conductor Superconductividad: solo a muy bajas temperaturas Chip con millones de transistors Replica del 1er transistor en 1947 1/9/07 184 Lecture 2 16 Ley de Coulomb Fuerza eléctrica entre cargas puntuales… dependencia 1/r2 como en gravitación K constante de Coulomb 0 permitividad del vacío 2 Nm 9 k 8.99 10 C2 1/9/07 or q1q 2 F k 2 r 2 1 C -12 k , 0 8.85 10 40 Nm2 184 Lecture 2 17 The Electric Field Field Theory The electric force is not “action at a distance” but is the action of a field. A field is a physical entity that extends throughout a volume of space and exerts forces. Electric field = E(x,t) Magnetic field = B(x,t) 1/9/07 184 Lecture 2 18 Campo Eléctrico Una carga crea o genera un campo alrededor de ella y otras cargas sienten ese campo + + Test charge q F E q Carga de prueba: carga puntual positiva muy pequenha tal que no modifica el campo original 1/9/07 184 Lecture 2 19 Algunas propiedades de las lineas de campo La intensidad del campo eléctrico está representada por la densidad de líneas Weak Strong La dirección del campo eléctrico es tangente a las líneas de campo 1/9/07 184 Lecture 2 21 Lineas de campo: carga puntual 3D kq E(x) 2 rˆ r 1/9/07 2D 184 Lecture 2 22