U3S1: CONCEPTOS BÁSICOS DE ELECTROSTÁTICA

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TEZIUTLÁN
MATERIA:
FÍSICA PARA
INFORMÁTICA
ENERO / JUNIO 2017

CONCEPTOS BÁSICOS
DE ELECTROSTÁTICA

CARGA ELÉCTRICA
Toda la materia se compone de átomos y estos,
a su vez, de partículas elementales como los
electrones, protones y neutrones.
Los electrones y protones tienen una propiedad
denominada Carga Eléctrica.
ÁTOMO
Protones: Carga Positiva ( +)
Electrones: Carga Negativa ( -)

CARGA ELÉCTRICA
ÁTOMO ELÉCTRICAMENTE
NEUTRO
ANIÓN O ÁTOMO ELÉCTRICAMENTE
NEGATIVO
CATIÓN O ÁTOMO
ELÉCTRICAMENTE POSITIVO

ELECTROSTÁTICA
Los fenómenos generador por esta pérdida o
ganancia de cargas eléctricas y su análisis físico
y matemático, así como sus efectos, pertenece
al ramo de la Electricidad Estática o
Electrostática.
Este fenómeno físico se presenta tanto en
materiales conductores y aislantes, circuitos
eléctricos y el ambiente.

ELECTROSTÁTICA
La electrostática se rige, en su estudio más
elemental y para su compresión, de dos leyes:
• Ley Cualitativa
• Ley Cuantitativa (Ley de Coulomb)

La materia o cuerpo compuesto experimenta la
pérdida, ganancia o balanceo de cargas
eléctricas por medio de fenómenos físicos
(Movimiento, Fricción, Contacto, etc.).
El efecto que produce dichas pérdidas o
ganancias de electrones se denomina
Electrificación.
Los cuerpos se electrizan por medio de
Frotamiento, Contacto Directo o por Inducción.
ELECTROSTÁTICA

El Frotamiento es un modo sencillo de
electrificación, el cual, mediante la fricción
entre dos cuerpos de materiales distintos, uno
cede electrones y el otro los gana.
En este caso, las cargas pasan de un cuerpo a
otro. Si las cargas son suficientes, se generan
chispas eléctricas, incluso visibles y audibles, si
el clima o el aire es seco.
ELECTROSTÁTICA

El Contacto Directo entre un material o cuerpo
previamente electrizado con uno neutro hace
que entre ambos exista un intercambio de
cargas y, por tanto, ambos cuerpos tengan la
misma carga (sea positiva o negativa).
ELECTROSTÁTICA

La electrificación por Inducción se produce
cuando un cuerpo se carga eléctricamente al
acercarse otro ya electrificado (sin contacto
directo).
Este efecto hace que los electrones del cuerpo
electrificado (inductor) atraiga a las cargas
positivas del cuerpo neutro (inducido) y
rechacen a las cargas negativas, o viceversa. Es
decir, en el cuerpo neutro se redistribuyen las
cargas.
Si el cuerpo inducido entra en contacto físico
con el inductor, las cargas vuelven a
redistribuirse.
ELECTROSTÁTICA

ELECTROSTÁTICA La unidad elemental para medir la carga
eléctrica es el electrón; sin embargo, al tener
una masa muy pequeña, se considera utilizar
una unidad práctica conocida y reconocida por
el SI como coulomb o coulombio (C).
1 Coulomb = 1 C = 6.24x1018 electrones
La carga eléctrica no depende de la masa de los
cuerpos.
La carga de un electrón y un protón expresada
en coulombs son las siguientes:
1 electrón = -1.6x10-19 C
1 protón = 1.6x10-19 C

PRIMERA LEY DE LA
ELECTROSTÁTICA
LEY CUALITATIVA

LEY CUALITATIVA DE LA ELECTROSTÁTICA
La Ley Cualitativa de la Electrostática, o
Primera Ley, nos indica cómo interactúan las
cargas eléctricas cuando tengan la misma
naturaleza o si son diferentes.
Estas interacciones generan fuerzas que
pueden anularse o alterarse, dependiendo
del valor de las cargas y su signo.

𝐹𝐹q1 q2
q1 q2
q2 q1
𝐹𝐹q1 q2 q2 q1
CARGAS PUNTUALES CON EL MISMO SIGNO EXPERIMENTAN REPULSIÓN
q1 q2

q1 q2
CARGAS PUNTUALES CON SIGNO OPUESTO EXPERIMENTAN ATRACCIÓN
q1 q2𝐹 𝐹q2 q1

Las fuerzas producto de la Ley Cualitativa de la
Electrostática cumplen con la Tercera Ley de
Newton:
“A toda acción corresponde una reacción de igual
magnitud y sentido opuesto”
Las fuerzas de atracción y repulsión son incluso
más fuertes que la atracción producida por la
gravedad.

𝐹𝐹q1 q2 q2 q1
q1 q2
EL valor o módulo de la Fuerza de q1 debido a q2 (A) será exactamente igual al valor o módulo de la Fuerza de
q2 debido a q1 (B)
A B
q1 q2
q1 q2𝐹 𝐹q2 q1

EJEMPLO:
Q1
Q2 Q3
Se han dispuesto tres cargas (Q1, Q2 y Q3). Determine aproximadamente la dirección de la fuerza
resultante sobre Q3. Q1 y Q3 son negativas y Q2 es positiva.

SEGUNDA LEY DE LA
ELECTROSTÁTICA
LEY DE COULOMB

LEY DE COULOMB
La Segunda Ley de la Electrostática, denominada
también Ley Cuantitativa, nos permite calcular y
expresar, en forma matemática, el valor de las
fuerzas de atracción o repulsión a partir del valor
de las cargas, la distancia entre ellas y el medio
físico donde éstas se encuentren.
Esta Ley se denomina también Ley de Coulomb.

LEY DE COULOMB
CHARLES AUGUSTIN DE
COULOMB
El científico e ingeniero militar francés Charles
Coulomb estudió los fenómenos de la atracción y
repulsión de las cargas eléctricas.
Uno de sus inventos fue la balanza de torsión, la cual
le permitió medir las fuerzas de atracción y repulsión
por medio del retorcimiento de un alambre de plata
rígido.
Colocó una pequeña esfera con carga eléctrica a
diversas distancias de otra también cargada.

LEY DE COULOMB
Coulomb observó que a mayor distancia entre dos
cuerpos cargados eléctricamente, la fuerza de
atracción o repulsión es menor. Dicha reducción no se
hace a una fracción de su valor, sino al cuadrado de la
misma.
Es decir, si la distancia se duplica, la fuerza se reduce
a la cuarta parte; si se triplica, la fuerza se reduce a la
novena parte, y así sucesivamente.
También descubrió que la fuerza eléctrica de atracción
o repulsión aumenta de forma proporcional al producto
de las cargas.
Es decir, si una carga duplicara su valor, la fuerza
también se duplicará.CHARLES AUGUSTIN DE
COULOMB

LEY DE COULOMB
Expresada formalmente, la Ley de
Coulomb se expresa así:
“La fuerza eléctrica (F) de atracción o
repulsión entre dos cargas puntuales
(q1,q2), es directamente proporcional al
producto de las cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia
que las separa”
𝐹 = 𝑘 ∗
𝑞1 ∗ 𝑞2
𝑑2
Donde:
F: Valor de la fuerza eléctrica entre las cargas en el vacío
(N: Newtons)
q1,q2: Cargas puntuales (C: Coulombs)
d: Distancia entre las cargas (m: metros)
k: Constante de Proporcionalidad (9x109 Nm2/C2)

LEY DE COULOMB
Si existiese el caso de que entre las cargas
existiese un material conductor o aislante,
la fuerza eléctrica entre éstas sufrirá una
disminución, cuyo valor dependerá del
material.
La relación entre la fuerza eléctrica entre
las cargas en el vacío y la fuerza de las
mismas, pero sumergidas en un medio o
sustancia recibe el nombre de Permitividad
Relativa o Coeficiente dieléctrico.
𝜖 𝑟 =
𝐹
𝐹′
Donde:
F: Valor de la fuerza eléctrica entre las cargas en el
vacío (N: Newtons)
εr: Permitividad relativa
F’: Valor de la fuerza eléctrica entre las cargas en el
medio o sustancia (N: Newtons)

LEY DE COULOMB
Calcular el valor de la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son Q1= 2 mC y Q2= 4mC, al
estar separadas en el vacío por una distancia de 30 cm.
EJEMPLO:

LEY DE COULOMB
Una carga de 5 µC se encuentra en el aire a 20 cm de otra carga de -2 µC como se aprecia en la
figura. Responda a las siguientes preguntas:
• ¿Cuál es el valor de la fuerza F1 ejercida por Q2 sobre Q1?
• ¿El valor de la fuerza F2 ejercida por Q1 sobre Q2 es igual o diferente a F1?
• ¿Cuál sería el valor de la fuerza eléctrica entre las cargas si estuvieran sumergidas en agua?
EJEMPLO:
+ -
Q1 Q2
20 cm
F1 F2

LEY DE COULOMB
Una carga Q1= 2 µC se encuentra a una distancia de 20 cm de otra carga Q3= 8 µC, como se
muestra en la figura. Determinar el valor de la fuerza resultante y su sentido, sobre una carga Q2=
- 4 µC al ser colocada en medio de las dos cargas
EJEMPLO:
+ - +
Q1 Q2 Q3
20 cm

LEY DE COULOMB
Una carga Q1 = -3 µC recibe una fuerza de atracción debido a dos cargas Q2= 8 µC y Q3 = 7 µC, que se
encuentran distribuidas como señala la figura. Determinar el valor de la fuerza eléctrica resultante que
actúa sobre Q1, así como el ángulo de inclinación que forma con respecto al eje horizontal.
EJEMPLO:
+
- +
Q1 Q2
Q3
0.5 m
0.5 m

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