LICEO NACIONAL DE LLO LLEODEPARTAMENTO DE FÍSICA

GUÍA DE REPASO

ELECTRICIDADESTÁTICA

4° MEDIOProfesor: Víctor Cepeda Cepeda

Electrostática

El término electricidad estática se refiere a la acumulación de un exceso de carga eléctrica en una zona con poca conductividad eléctrica, un aislante, de manera que la acumulación de carga persiste. Los efectos de la electricidad estática son familiares para la mayoría de las personas porque pueden ver, notar e incluso llegar a sentir las chispas de las descargas que se producen cuando el exceso de carga del objeto cargado se pone cerca de un buen conductor eléctrico (como un conductor conectado a una toma de tierra) u otro objeto con un exceso de carga pero con la polaridad opuesta.

Causas de la electricidad estática

Los materiales con los que tratamos en nuestra vida diaria están formados por átomos y moléculas que son eléctricamente neutros porque tienen el mismo número de cargas positivas (protones en el núcleo) que de cargas negativas (electrones alrededor del núcleo). El fenómeno de la electricidad estática requiere de una separación sostenida entre las cargas positivas y negativas, a continuación se muestran las principales causas para que esto sea posible

APARATOS PARA DETECTAR CARGA ELÉCTRICA

Ejercicios resueltos

1) Una carga de 3×10-6 Coul se encuentra 2 m de una carga de -8×10-6 Coul, ¿Cuál es la

magnitud de la fuerza de atracción entre las cargas?

Solución: Para darle solución al ejercicio, debemos de obtener los datos para poder

resolverlo de manera directa, puesto que tenemos todo lo que necesitamos.

1) Datos

2) Cálculo de la fuerza eléctrica.

Vemos que hay un signo negativo, por ahora no nos sirve interpretar el signo, puesto que el

problema nos pide la magnitud de la fuerza, esto quiere decir que tomaremos la fuerza

como un valor absoluto, que vendría a ser nuestro resultado.

2) Una carga de -5×10-7 coul ejerce una fuerza a otra carga de 0.237 N a una distancia de

3.5 metro, ¿cuál es el valor de la segunda carga? 

 Solución: En este caso, tenemos una incógnita diferente al primer ejercicio, puesto que

ahora nos piden hallar el valor de la segunda carga, esto lo haremos despejando en nuestra

fórmula, asumiendo lo siguiente:

?

Despejaremos la primera fórmula, para obtener 

Ahora vamos  a sustituir nuestros datos

3) Dos cargas con 2.8×10-6 C y 7.5×10-6 C respectivamente se atraen con una fuerza de

10N, ¿A qué distancia se encuentran separadas? 

Solución: El problema es sencillo de resolver, ahora veamos los datos que tenemos:

?

Ahora tendremos que despejar, nuevamente la fórmula de la ley de coulumb.

Ahora tenemos que sustituir nuestros datos

Por lo que nuestro resultado es de 0.1374 metros de distancia entre las cargas, para un

efecto de 10 Newtons.

Como te podrás dar cuenta, no es difícil, simplemente debemos establecer nuestros datos y

resolver… Si tienes problemas de despeje, qué es lo más común, pronto haré un artículo-

video, explicando paso a paso como despejar fórmulas para que evites, tener ese tipo de

situaciones incómodas y no poder llegar al resultado.

EJERCICIOS PROPUESTOS DE LEY DE COULOMB, CAMPO ELÉCTRICO, POTENCIAL ELÉCTRICO

1) El átomo normal de hidrógeno tiene un protón en su núcleo y un electrón en su órbita. Suponiendo que la órbita que recorre el electrón es circular y que la distancia entre ambas partículas es 5,3x10-11(m), hallar: a) la fuerza eléctrica de atracción entre el protón y el electrón, b) la velocidad lineal del electrón. La masa del electrón es 9,11x10-31(kg).

R.(8,2x10-8N; 2,2x106m/s)

2) Hallar la relación entre la fuerza eléctrica F(e) y la gravitatoria F(g) (o peso) entre dos electrones. (F(e) = 4,16x1042F(g))

3) Dos esferillas iguales e igualmente cargadas, de 0,1 g de masa cada una, se suspenden del mismo punto mediante hilos de 13 cm de longitud. Debido a la repulsión entre ambas, las esferillas se separan 10 cm. Hallar la carga de cada una de ellas. (2,1x10-8C)

4) Hallar: a) la intensidad del campo eléctrico E, en el aire, a una distancia de 30 cm de la carga q1 = 5x10-9C,

b) la fuerza que actúa sobre una carga q2 = 4x10-10C situada a 30 cm de q1. (500N/C; 2x10-7N)

5) a) Hallar la intensidad del campo eléctrico en el aire entre dos cargas puntuales de 20x10-8 y -5x10-8 C, distantes 10 cm. Calcular seguidamente la fuerza que actúa sobre una carga de 4x10-8 C, situada en el punto medio del segmento que une las cargas dadas.

b) Si en lugar de la carga de -5x10-8 C se coloca otra de 5x10-8 C, calcular la intensidad del campo y la fuerza resultante sobre la carga de 4x10-8 C.

9x105N/C hacia la derecha; 3,6x10-2N hacia la derecha; 54x104N/C hacia la derecha; 2,2x10-2 hacia la derecha

6) Dos esferillas igualmente cargadas distan 3 cm, están situadas en el aire y se repelen con una fuerza de 4x10-5N. Calcular la carga de cada esferilla. (2x10-9C).

7) Calcular la fuerza ejercida sobre una carga de -10 -6C situada en el punto medio del trazo que une las cargas de 10-8 y -10-8 C, separadas 6m.

(2x10-5N hacia la carga de 10-8C)

8) Sobre una mesa lisa, aislante, en los vértices de un cuadrado de diagonal igual a 20cm, están fijas esferas cargadas de 20stc, 30stc, -20stc y 40stc, respectivamente.

a) Determine la fuerza resultante que actúa sobre una esfera de masa igual a 10g colocada en el centro del cuadrado, con una carga de 10stc,

b) Determine la aceleración de la esfera en esa posición. (4,1 dinas; 0,41cm/s2)

Campo eléctrico

1) Hallar la intensidad del campo eléctrico, en el aire, a una distancia de 30 cm de la carga q1= 5x10-9 coul.

2) Hallar la intensidad del campo eléctrico en el aire entre dos cargas puntuales de 20x10-8 y -5x10-8 C, distantes 10 cm. Haga lo mismo considerando que reemplaza la carga de -5x10-8 por una de 5x10-8 coul.

3) Dos cargas eléctricas de 3 y -8 μC están a dos metros. Calcular la intensidad de campo en el punto medio del trazo que une estas cargas.

4) Calcular la intensidad en un punto de un campo eléctrico si al colocar la carga de 48 μC en él el campo actúa con la fuerza de 1,6 N.

5) Calcular la intensidad del campo eléctrico en un punto situado a 18 km de una carga de 120 μC.

6) Hallar la intensidad del campo eléctrico en un punto del aire situado a 3 cm de una carga de 5x10-8 coul.

7) Calcular la intensidad del campo eléctrico en un punto del aire situado a 1 mμ (10- 9 metros) de un núcleo atómico de helio cuya carga vale 2 electrones.

8) Hallar la aceleración de un protón en un campo eléctrico de intensidad 500 N/C. ¿Cuántas veces esta aceleración es mayor que la debida a la gravedad?.

9) En un punto P del espacio existe un campo eléctrico E de 5x104 N/C, dirigido hacia la derecha. a) Si una carga de prueba positiva de 1,5 μC, se coloca en P, ¿cuál será el valor de la fuerza eléctrica que actúa sobre ella?, ¿en qué sentido se moverá la carga de prueba?, c) responda las preguntas (a) y (b) suponiendo que la carga de prueba es negativa.

10) Dos cargas positivas de 1,5 μC y 3 μC, que están separadas 20 cm. ¿En qué punto será nulo el campo eléctrico creado por esas cargas? entre ellas a 8,3 cm de la primera.

POTENCIAL ELECTRICO

1) Establezca la distinción entre potencial eléctrico y energía potencial eléctrica.2) Una carga negativa se mueve en dirección de un campo eléctrico uniforme. ¿La

energía potencial de la carga aumenta o disminuye?, ¿ésta se mueve a una posición de potencial mayor o menor?.

3) Proporcione una explicación física del hecho de que la energía potencial de un par de cargas iguales es positiva mientras que la correspondiente a un par de cargas diferentes es negativa.

4) ¿Cuál es la seguridad relativa al permanecer en un automóvil con una carrocería metálica durante una intensa tormenta?.

5) Caminar sobre una alfombra y tocar después a alguien puede producir una descarga eléctrica. Explique la razón por la que ocurre lo anterior.

6) ¿Qué potencial existe en un punto de un campo eléctrico si el campo tuvo que efectuar un trabajo de 0,24 J para trasladar una carga de 8 μC desde ese punto hasta el infinito?.

7) Entre dos puntos de un campo eléctrico existe la diferencia de potencial de 2000 V. ¿Qué trabajo se efectúa al trasladar una carga de 25 μC entre esos puntos?

8) Para trasladar una carga eléctrica desde un punto a 220 V y la tierra se efectuó un trabajo de 11 millones de Joule. ¿Qué carga pasó a tierra?

9) ¿Qué potencial existe en la superficie de una esfera de 45 cm de radio cargada con 25 μC?

10) Calcular la aceleración que adquiere un electrón que se desplaza entre dos placas situadas en el vacío a 1 cm entre sí y entre las que existe la diferencia de potencial de 1 V?

11) Un núcleo atómico tiene una carga de 50 protones. Hallar el potencial de un punto situado a 10-12m de dicho núcleo.

12) En un vértice de un rectángulo de 3 por 4 cm se coloca una carga de -20x10-12 coul y en los dos vértices contiguos, sendas cargas de 10-12 C. Hallar el potencial eléctrico en el cuarto vértice.

13) Hallar el potencial eléctrico en un punto situado a 3 cm de una carga de 5x10-8 coul.