Ley de Coulomb y campo eléctrico repaso

¿Qué establece la Ley de Coulomb?

La Ley de Coulomb establece que la fuerza electrostática entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las magnitudes de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.

Fórmula de la Ley de Coulomb

$\displaystyle F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$ donde $\displaystyle F$ es la fuerza, $\displaystyle k$ es la constante de Coulomb, $\displaystyle q_1$ y $\displaystyle q_2$ son las cargas, y $\displaystyle r$ es la distancia.

¿Qué representa la constante de Coulomb ($\displaystyle k$)?

$\displaystyle k \approx 8.99 \times 10^9 \text{ N m}^2/ ext{C}^2$. Es la constante de proporcionalidad en el vacío.

¿Cuándo la fuerza es repulsiva en la Ley de Coulomb?

Cuando ambas cargas tienen el mismo signo (ambas positivas o ambas negativas).

Causa → Efect: Aumentar la carga

Aumentar la magnitud de cualquiera de las cargas incrementa la fuerza electrostática entre ellas.

¿Qué ocurre si la distancia disminuye?

La fuerza electrostática aumenta, ya que es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.

Diferencia entre fuerzas atractivas y repulsivas

- Atractivas: cuando las cargas son de signos opuestos. - Repulsivas: cuando las cargas son del mismo signo.

Ejemplo de la Ley de Coulomb

Dos cargas de $\displaystyle +2 \text{ C}$ y $\displaystyle -3 \text{ C}$ separadas por $\displaystyle 0.5 \text{ m}$. $\displaystyle F = k \frac{|2 \cdot (-3)|}{(0.5)^2} \approx 107.96 \text{ N}$.

¿Qué factores afectan la fuerza electrostática?

- Magnitudes de las cargas. - Distancia entre las cargas.

¿Verdadero o falso? La fuerza electrostática es afectada por el medio.

Verdadero. La constante de Coulomb varía según el medio (aire, agua, etc.).

¿Qué pasa si las cargas son cero?

Si al menos una carga es cero, la fuerza electrostática es cero.

¿Qué tipo de fuerza es la electrostática?

Es una fuerza de campo que actúa a distancia entre las cargas.

Fuerza electrostática en equilibrio

En equilibrio, la fuerza neta sobre una carga es cero, considerando todas las fuerzas actuantes.

Relación entre Coulomb y Ley de Gauss

Ambas describen interacciones electrostáticas, pero la Ley de Gauss es más general y aplica a distribuciones de carga.

¿Cómo se mide la fuerza electrostática?

Se mide en Newtons (N).

¿Para qué se utiliza la Ley de Coulomb?

Se utiliza en cálculos de fuerzas entre cargas puntuales en física y aplicaciones de ingeniería.

Campo eléctrico

Región del espacio donde una carga eléctrica experimenta una fuerza. Se define en torno a cargas puntuales.

Fórmula del campo eléctrico

La fórmula es $\displaystyle E = \frac{F}{q}$, donde $\displaystyle E$ es el campo eléctrico, $\displaystyle F$ es la fuerza y $\displaystyle q$ es la carga de prueba.

¿Cómo se mide el campo eléctrico?

Se mide en newtons por coulomb (N/C) o voltios por metro (V/m).

Cargas iguales

Las cargas de igual signo se repelen. Esto provoca que el campo eléctrico sea divergente.

Cargas opuestas

Las cargas de signo contrario se atraen y el campo eléctrico es convergente. - Fuerza atractiva - Campo hacia la carga positiva.

Superficie equipotencial

Lugares donde el potencial eléctrico es constante. No se realiza trabajo al mover cargas sobre estas superficies.

Pregunta: ¿Puede el campo eléctrico ser nulo?

Sí. En el punto medio entre dos cargas iguales y opuestas, el campo eléctrico se anula.

Principio de superposición

El campo eléctrico total en un punto es la suma vectorial de los campos eléctricos individuales. - Muy útil en configuraciones múltiples.

Fórmula del potencial eléctrico

El potencial eléctrico se define como $\displaystyle V = \frac{U}{q}$, donde $\displaystyle U$ es la energía potencial y $\displaystyle q$ es la carga.

Campo eléctrico de una carga puntual

Se expresa como $\displaystyle E = \frac{k \cdot |q|}{r^2}$, donde $\displaystyle k$ es la constante de Coulomb y $\displaystyle r$ la distancia.

Líneas de campo eléctrico

Representan la dirección y la intensidad del campo. - Salen de cargas positivas - Entrar en cargas negativas.

¿El campo eléctrico es un vector?

Verdadero. Tiene dirección y magnitud, representando la fuerza que una carga de prueba experimentaría.

Campo eléctrico uniforme

Un campo con magnitud y dirección constantes. Se da en condensadores planas, por ejemplo.

Diferencia entre campo y potencial

El campo eléctrico ($\displaystyle E$) es la fuerza por unidad de carga, mientras que el potencial eléctrico ($\displaystyle V$) es la energía por unidad de carga.

Ejemplo: Campo a 1 m de una carga de 1 C

Calcular $\displaystyle E$: $\displaystyle E = \frac{k \cdot |1|}{1^2} = 8.99 \times 10^9$ N/C.

Carga de prueba

Es una carga positiva pequeña utilizada para medir el campo eléctrico sin influir en él.

Interacción electrostática

Fuerza entre cargas eléctricas. Puede ser atractiva o repulsiva. Depende de la magnitud y el signo de las cargas.

¿Qué se aplica en la Ley de Coulomb?

Cálculo de la fuerza entre dos cargas: $\displaystyle F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$, donde $\displaystyle k$ es la constante de Coulomb.

¿Verdadero o falso? La fuerza es siempre atractiva.

Falso. La fuerza puede ser atractiva (cargas opuestas) o repulsiva (cargas iguales).

Campo eléctrico de un dipolo

Efecto de dos cargas opuestas a una distancia. Campos se suman vectorialmente. - Físico fundamental en sistemas atómicos.

Comparar campo eléctrico y fuerza eléctrica.

Campo eléctrico: $\displaystyle E = \frac{F}{q}$. Fuerza eléctrica: $\displaystyle F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$. Campo es la causa, fuerza el efecto.

Ejemplo: Dos cargas +3C y -3C.

La fuerza entre ellas es: $\displaystyle F = k \frac{|3 \cdot (-3)|}{r^2}$. Atraen entre sí.

Causas del campo eléctrico.

Carga: genera campo en su entorno. Campo eléctrico: influencia de la carga sobre otras cargas.

Aplicación: Aislantes vs. Conductores.

Aislantes: no permiten el paso de corriente. Conductores: permiten el flujo de carga. Diferente comportamiento en un campo eléctrico.