Problemas de carga eléctrica
Ahora que tenemos algo de experiencia en el cálculo de campos eléctricos, vamos a intentar comprender la geometría de los campos eléctricos. Como ya hemos mencionado, nuestro modelo es que la carga de un objeto (la carga fuente) altera el espacio en la región que lo rodea de tal manera que cuando se coloca otro objeto cargado (la carga de prueba) en esa región del espacio, esa carga de prueba experimenta una fuerza eléctrica. El concepto de líneas de campo eléctrico, y de diagramas de líneas de campo eléctrico, nos permite visualizar la forma en que se altera el espacio, permitiéndonos visualizar el campo. El propósito de esta sección es permitirte crear bocetos de esta geometría, por lo que enumeraremos los pasos y reglas específicas que intervienen en la creación de un boceto preciso y útil de un campo eléctrico.
Es importante recordar que los campos eléctricos son tridimensionales. Aunque en este libro incluimos algunas imágenes pseudo-tridimensionales, varios de los diagramas que verás (tanto aquí, como en capítulos posteriores) serán proyecciones bidimensionales, o secciones transversales. Ten siempre presente que, de hecho, estás viendo un fenómeno tridimensional.
Supongamos que tenemos dos pequeños objetos puntuales
La electricidad estática común implica cargas que van de nanoculombios a microculombios. (a) ¿Cuántos electrones se necesitan para formar una carga de -2,00nC-2,00nC (b) ¿Cuántos electrones hay que quitar de un objeto neutro para dejar una carga neta de 0,500µC0,500µC?
Una ameba tiene 1,00×10161,00×1016 protones y una carga neta de 0,300 pC. (a) ¿Cuántos electrones menos hay que protones? (b) Si los emparejamos, ¿qué fracción de los protones no tendría electrones?
(a) ¿Qué fuerza de atracción existe entre una varilla de vidrio con una carga de 0,700μC0,700μC y una tela de seda con una carga de -0,600μC-0,600μC, que están separadas 12,0 cm, utilizando la aproximación de que actúan como cargas puntuales? (b) Discuta cómo podría verse afectada la respuesta a este problema si las cargas se distribuyen en algún área y no actúan como cargas puntuales.
Si dos cargas iguales de 1 C cada una están separadas en el aire por una distancia de 1 km, ¿cuál es la magnitud de la fuerza que actúa entre ellas? Verás que incluso a una distancia tan grande como 1 km, la fuerza de repulsión es considerable porque 1 C es una cantidad de carga muy importante.
Problemas de carga puntual en física
Clase 2 – Campos eléctricosResumenSe introduce el campo eléctrico como mediador de las interacciones electrostáticas: los objetos generan el campo que impregna todo el espacio, y los objetos cargados en el campo experimentan una fuerza de magnitud proporcional a su carga. Se ofrecen varios ejemplos instructivos, como el campo de un dipolo eléctrico y la noción de dipolo eléctrico y momento dipolar. Se introduce la noción de líneas de campo.
Profesor Ramamurti Shankar: Bien, normalmente preguntaría en una clase pequeña si hay algo que no hayan seguido de la última vez. Tengo miedo de hacerlo ahora, porque es una clase grande y no sé cuántas cosas seguís o no seguís. Lo que haré primero es escribir un resumen muy rápido de los puntos principales de la última vez. Así que deberías preguntarte: «¿He seguido todas esas cosas?». Y si tu respuesta es sí, entonces estás bien. Porque hablé de muchas, muchas cosas, pero no necesitas todo eso. Así que lo que voy a escribir ahora mismo es lo absolutamente esencial de la última conferencia, ¿vale? Eso va a ser necesario para lo que haga a continuación.
Fuerzas y campos eléctricos problema a respuestas
15. Utilice las características de la fuerza de Coulomb para explicar por qué la capacitancia debe ser proporcional al área de las placas de un condensador. Del mismo modo, explique por qué la capacitancia debe ser inversamente proporcional a la separación entre placas.
16. 16. Indique la razón por la que un material dieléctrico aumenta la capacitancia en comparación con lo que sería con aire entre las placas de un condensador. ¿Cuál es la razón independiente por la que un material dieléctrico también permite aplicar un mayor voltaje a un condensador? (El dieléctrico, por tanto, aumenta la \ (C\) y permite una mayor \ (V\)).
20. Las membranas de las células vivas, incluidas las de los seres humanos, se caracterizan por una separación de cargas a través de la membrana. Efectivamente, las membranas son así condensadores cargados con importantes funciones relacionadas con la diferencia de potencial a través de la membrana. ¿Se necesita energía para separar estas cargas en las membranas vivas y, si es así, su fuente es la metabolización de la energía alimentaria o alguna otra fuente?
Figura 19.6.9: La membrana semipermeable de una célula tiene diferentes concentraciones de iones dentro y fuera. La difusión mueve los iones \(\mathrm{K}^{+}) (potasio) y \(mathrm{Cl}^{-}) (cloruro) en las direcciones mostradas, hasta que la fuerza de Coulomb detiene la transferencia. El resultado es una capa de carga positiva en el exterior, una capa de carga negativa en el interior y, por tanto, una tensión a través de la membrana celular. La membrana es normalmente impermeable a los iones de sodio.