Mapa conceptual y resúmen ELECTROSTÁTICA
Mapa conceptual
La electrostática se centra en el análisis de las cargas eléctricas en reposo y su interacción. Explora conceptos como conductores y aisladores, campos eléctricos y la ley de Coulomb. A través de experimentos, se demuestra la existencia de cargas positivas y negativas y su capacidad de atracción o repulsión. La electrostática es esencial para comprender fenómenos cotidianos y tecnológicos, desde frotar un globo hasta aplicaciones industriales.
Resumen
Esquema
Introducción a la Electroestática
La electrostática es la rama de la física que estudia las cargas eléctricas en reposo y las fuerzas que ejercen entre sí. Este campo se interesa por fenómenos como la atracción o repulsión entre objetos después de ser frotados, como un peine que atrae fragmentos de papel tras ser frotado con lana. Tales interacciones son ejemplos de cómo las cargas eléctricas pueden influir en la materia y son fundamentales para entender conceptos más amplios en electricidad y magnetismo.Unidades y Medidas en Electroestática
La electrostática utiliza unidades del Sistema Internacional para describir las magnitudes físicas relevantes. La fuerza entre cargas se mide en newtons (N), la carga eléctrica en coulombs (C), y la distancia en metros (m). La constante de permitividad del vacío, denotada como "𝜀0", es crucial para calcular la fuerza entre cargas en el vacío y su valor es aproximadamente 8.85 x 10^-12 C^2/(N·m^2). Esta constante también varía en otros medios, afectando la interacción entre cargas.Demostración Experimental de Cargas Eléctricas
La presencia de cargas eléctricas y las fuerzas que generan pueden ser demostradas con experimentos sencillos. Por ejemplo, un peine que atrae papel después de ser frotado con cabello muestra la transferencia de carga eléctrica. Otros materiales, como el vidrio y el caucho, también pueden exhibir estos efectos. Un globo frotado con lana y que se adhiere a una pared demuestra la naturaleza eléctrica de la adhesión. Estos experimentos ilustran la existencia de dos tipos de cargas, positivas y negativas, y cómo se atraen o repelen entre sí.Conductividad y Aislamiento en Electroestática
Los materiales se clasifican como conductores o aisladores según su habilidad para permitir el flujo de cargas eléctricas. Los conductores, como los metales, tienen electrones libres que facilitan la conducción de electricidad. Los aisladores, como el plástico y la cerámica, restringen el movimiento de cargas. La inducción electrostática es un proceso por el cual un objeto puede ser cargado al reorientar las cargas internas sin contacto directo, como cuando una esfera metálica se carga al acercarle una barra cargada.Principios de las Cargas Eléctricas
Las cargas eléctricas son propiedades fundamentales de las partículas subatómicas y se manifiestan en interacciones entre ellas. Se clasifican en positivas y negativas, y su interacción se rige por leyes de atracción y repulsión. La carga se conserva en cualquier proceso físico y está cuantizada, lo que significa que la carga existe en múltiplos de la carga elemental, la carga del electrón o del protón. Estas propiedades son cruciales para el entendimiento de los fenómenos eléctricos y magnéticos y son la base de las leyes de la electrostática.El Concepto de Campo Eléctrico
El campo eléctrico es una representación de cómo las cargas eléctricas ejercen fuerza sobre otras cargas en el espacio circundante. Se define como la fuerza por unidad de carga en un punto dado y es un vector que indica la dirección y magnitud de la fuerza que experimentaría una carga de prueba positiva. Las líneas de campo eléctrico, que fluyen de cargas positivas a negativas, proporcionan una representación visual útil para entender la influencia de las cargas en su entorno. El estudio del campo eléctrico es esencial para comprender la interacción entre cargas y es un concepto clave en la física de la electricidad y el magnetismo.
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1. DEFINICIONES
CARGAR
EL PROCESO DE FROTAMIENTO ENTRE OBJETOS QUE RESULTA EN LA ADQUISICIÓN DE CAPACIDAD DE ATRAER OTROS OBJETOS
ELECTRIFICACIÓN
EJEMPLOS
EL FROTAMIENTO DE OBJETOS ENTRE SÍ, COMO UN PEINE O UNA BARRA DE PLÁSTICO CON UNA PRENDA DE LANA, RESULTA EN FENÓMENOS DE ELECTRIFICACIÓN COMO LA ATRACCIÓN DE OTROS OBJETOS O LA RESISTENCIA A SER SEPARADAS EN UN CONJUNTO DE HOJAS DE PAPEL
ELECTROSTÁTICA
LA CIENCIA QUE SE ENCARGA DEL ESTUDIO DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS EN REPOSO
2. SISTEMA DE UNIDADES
UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL (SI)
EL SISTEMA DE UNIDADES UTILIZADO PARA MEDIR FUERZA, CARGA Y DISTANCIA EN EL ESTUDIO DE CARGAS ELÉCTRICAS EN REPOSO ES EL SISTEMA INTERNACIONAL (SI)
FUERZA
LA FUERZA SE MIDE EN NEWTON (N) EN EL SI
CARGA
LA CARGA SE MIDE EN COULOMBIO (C) EN EL SI
DISTANCIA
LA DISTANCIA SE MIDE EN METRO (M) EN EL SI
PERMITIVIDAD
LA PERMITIVIDAD ES EL GRADO DE DIFICULTAD QUE OFRECE UN MEDIO AL PASO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA Y SU VALOR DEPENDE DE LA PERMITIVIDAD EN EL AIRE O EN EL VACÍO, DENOTADA COMO "𝜀0"
3. CARGAS ELÉCTRICAS Y SUS PROPIEDADES
EXPERIMENTOS PARA DEMOSTRAR LA EXISTENCIA DE FUERZAS Y CARGAS ELÉCTRICAS
SE PUEDEN LLEVAR A CABO EXPERIMENTOS COMO FROTAR UN PEINE CONTRA EL PELO O UN GLOBO CONTRA UNA TELA DE LANA PARA DEMOSTRAR LA EXISTENCIA DE FUERZAS Y CARGAS ELÉCTRICAS
DOS TIPOS DE CARGAS ELÉCTRICAS
A TRAVÉS DE EXPERIMENTOS SE HA DEMOSTRADO LA EXISTENCIA DE DOS TIPOS DE CARGAS ELÉCTRICAS, POSITIVAS Y NEGATIVAS, QUE SE REPELEN ENTRE SÍ Y SE ATRAEN ENTRE CARGAS OPUESTAS
CONSERVACIÓN DE LA CARGA ELÉCTRICA
LA CARGA ELÉCTRICA SIEMPRE SE CONSERVA EN UN PROCESO DE FROTAMIENTO, DONDE UN CUERPO GANA UNA CARGA NEGATIVA Y EL OTRO UNA CARGA POSITIVA
ESTRUCTURA ATÓMICA Y CARGA ELÉCTRICA
LA CARGA ELÉCTRICA SE DEBE A LA TRANSFERENCIA DE ELECTRONES ENTRE ÁTOMOS, DONDE UN ÁTOMO NEUTRO TIENE EL MISMO NÚMERO DE ELECTRONES QUE DE PROTONES EN SU NÚCLEO
FUERZAS ELÉCTRICAS ENTRE OBJETOS CARGADOS
LAS FUERZAS ELÉCTRICAS ENTRE OBJETOS CARGADOS SON PROPORCIONALES AL INVERSO DEL CUADRADO DE LA DISTANCIA QUE LOS SEPARA, COMO DEMOSTRÓ COULOMB CON SU BALANZA DE TORSIÓN
4. CONDUCTORES, AISLADORES Y CARGAS INDUCIDAS
MATERIALES CONDUCTORES Y AISLADORES
ALGUNOS MATERIALES PERMITEN QUE LA CARGA ELÉCTRICA SE DESPLACE FÁCILMENTE A TRAVÉS DE ELLOS, COMO LOS CONDUCTORES, MIENTRAS QUE OTROS SE OPONEN A ESTE DESPLAZAMIENTO, COMO LOS AISLADORES
CARGA POR INDUCCIÓN
LA CARGA POR INDUCCIÓN ES UN PROCESO MEDIANTE EL CUAL UN CUERPO PUEDE ORIENTAR UNA CARGA DE SIGNO OPUESTO EN OTRO CUERPO SIN PERDER SU PROPIA CARGA
5. CARGAS ELÉCTRICAS
CLASES DE CARGAS EN LA NATURALEZA
LAS CARGAS ELÉCTRICAS SE DIVIDEN EN DOS CLASES, CON LA PROPIEDAD DE QUE CARGAS DIFERENTES SE ATRAEN Y CARGAS IGUALES SE REPELEN
PROPIEDADES IMPORTANTES DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS
FUERZA ENTRE CARGAS
LA FUERZA ENTRE CARGAS VARÍA EN EL INVERSO DEL CUADRADO DE LA DISTANCIA QUE LAS SEPARA
CONSERVACIÓN DE LA CARGA
LA CARGA SE CONSERVA EN UN SISTEMA
CUANTIZACIÓN DE LA CARGA
LA CARGA ESTÁ CUANTIZADA EN UNIDADES DEL SI
LEY DE COULOMB
LA LEY DE COULOMB ESTABLECE QUE LA FUERZA ENTRE DOS CARGAS PUNTUALES ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL AL PRODUCTO DE LAS DOS CARGAS E INVERSAMENTE PROPORCIONAL AL CUADRADO DE LA DISTANCIA QUE LAS SEPARA
6. CAMPO ELÉCTRICO
DEFINICIÓN DE CAMPO ELÉCTRICO
EL CAMPO ELÉCTRICO SE DEFINE COMO LA FUERZA RESULTANTE SOBRE UNA CARGA DE ENSAYO DIVIDIDA POR LA CARGA DE ENSAYO
CAMPO ELÉCTRICO DEBIDO A UNA SOLA CARGA PUNTUAL
EL CAMPO ELÉCTRICO DEBIDO A UNA SOLA CARGA PUNTUAL SE CALCULA A PARTIR DE LA LEY DE COULOMB
CAMPO ELÉCTRICO DEBIDO A UN SISTEMA DE CARGAS PUNTUALES
EL CAMPO ELÉCTRICO RESULTANTE DEBIDO A UNA DISTRIBUCIÓN DE CARGAS PUNTUALES SE DETERMINA SUMANDO LOS CAMPOS ORIGINADOS POR CADA CARGA SEPARADAMENTE
ELECTROSTÁTICA
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00
Un ejemplo de electrificación es cuando un peine o una ______ adquieren la capacidad de atraer o repeler otros objetos tras ser frotados con lana.
barra de plástico
01
Unidad de fuerza en electrostática
La fuerza electrostática se mide en newtons (N), representando la magnitud de la interacción entre cargas.
02
Permitividad en el vacío
La constante 𝜀0 representa la permitividad en el vacío, indicando la facilidad con la que se establece el campo eléctrico.
