Electrostática: Ley de Gauss, Ley de Coulomb y Campo Eléctrico
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Electrostática
La electrostática estudia los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas estáticas, es decir, el campo electrostático de un cuerpo cargado.
Ley de Gauss
La ley de Gauss establece que el flujo eléctrico neto (Φ) a través de cualquier superficie gaussiana es igual a la carga neta encerrada en la superficie dividida por ε0.
Utilizando la ley de Gauss, se puede calcular el campo eléctrico debido a varias distribuciones de carga simétricas.
Campos eléctricos típicos calculados utilizando la ley de Gauss
Esfera aislante de radio R, densidad de carga uniforme y carga total Q
- Con r > R
- Con r < R
Cascarón esférico delgado de radio R y carga total Q
- Con r > R
- Con r < R
Líneas de carga de longitud infinita y carga por unidad de longitud λ
- Afuera de la línea de carga
Plano infinito no conductor cargado con carga por unidad de área σ
- En todo punto fuera del plano
Superficie conductora cargada con carga por unidad de área σ
- Precisamente fuera del conductor
- Adentro del conductor
Ley de Coulomb
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. En términos matemáticos, la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales q1 y q2 ejerce sobre la otra separadas por una distancia r se expresa como:
F = K (|q1||q2|) / r2
Constante de Coulomb
La constante k es la constante de Coulomb y su valor es 1 / (4 * π * ε0). La constante ke es la constante de Coulomb y su valor es aproximadamente 9 x 109.
Campo Eléctrico
El campo eléctrico es la región del espacio donde se ponen de manifiesto los fenómenos eléctricos. Se representa por E y es de naturaleza vectorial. En el Sistema Internacional de unidades, el campo eléctrico se mide en newton/culombio (N/C).
La región del espacio situada en las proximidades de un cuerpo cargado posee unas propiedades especiales. Si se coloca en cualquier punto de dicha región una carga eléctrica de prueba, se observa que se encuentra sometida a la acción de una fuerza. Este hecho se expresa diciendo que el cuerpo cargado ha creado un campo eléctrico. La intensidad de campo eléctrico en un punto se define como la fuerza que actúa sobre la unidad de carga situada en él. Si E es la intensidad de campo, sobre una carga Q actuará una fuerza:
F = Q • E
La dirección del campo eléctrico en cualquier punto viene dada por la de la fuerza que actúa sobre una carga positiva unidad colocada en dicho punto.
Las líneas de fuerza en un campo eléctrico están trazadas de modo que son, en todos sus puntos, tangentes a la dirección del campo, y su sentido positivo se considera que es el que, partiendo de las cargas positivas, termina en las negativas.
La intensidad de un campo eléctrico creado por varias cargas se obtiene sumando vectorialmente las intensidades de los campos creados por cada carga de forma individual.
M.H.A