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Carga eléctrica y fuerza electrostática - Contenido educativo

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Subido el 22 de enero de 2021 por Àngel Manuel G.

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En este vídeo se explica el origen de la fuerza electrostática y la ecuación que la rige.

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En este vídeo vamos a hablar sobre el concepto de carga eléctrica y de fuerza electrostática. 00:00:04
Las primeras representaciones de la carga eléctrica se encuentran cuando cogemos ámbar 00:00:11
y lo frotamos con lana. Se observa que cuando se hace esto el ámbar es capaz de atraer objetos 00:00:19
pequeños. Además, podemos reproducir este efecto si cogemos cristal y lo frotamos con 00:00:31
seda. Se observa que si preparamos dos trozos de ámbar con esta configuración, estos trozos 00:00:41
se repelen. Si preparamos dos trozos de cristal con esta configuración, estos trozos se repelen, 00:00:48
pero si preparamos uno de cada, de ámbar y de cristal, entre sí se atraen. Más tarde 00:00:54
se descubre que el ámbar adquiere una carga negativa y el cristal adquiere una carga 00:00:59
positiva. Con el tiempo se descubren las partículas elementales y se descubre que la partícula 00:01:09
fundamental más pequeña que puede encontrarse aislada o una de ellas es el electrón. El 00:01:18
electrón es una partícula cargada negativamente igual que el ámbar y de hecho toma su nombre de 00:01:28
la palabra griega para ámbar que es electrón. La carga del electrón se representa con la letra e 00:01:34
en valor absoluto y vale 1,609 por 10 elevado a menos 19 coulombs. Coulomb es la unidad de carga 00:01:42
eléctrica y esta va a ser la unidad fundamental de la carga, es decir, la carga más pequeña 00:01:54
que existe y además la fracción más pequeña de carga posible, es decir, la carga puede 00:01:59
ser esta o el doble o el triple, pero no puede ser 1,5 veces esta porque significaría tener 00:02:06
media partícula de estas y eso no es posible. Este concepto se llama cuantización de la 00:02:14
carga cuantización al darse cuenta de que estos sistemas se atraían y se repelían podemos hacer 00:02:20
una analogía con lo que ocurre con el campo gravitatorio si tenemos una carga por ejemplo 00:02:35
positiva y tenemos otra carga positiva se puede medir experimentalmente que cuando estas cargas 00:02:41
están separadas a una distancia r, existe una fuerza entre ellas que si esta carga de aquí le llamamos carga 1 00:02:50
y esta carga de aquí le llamamos carga 2, si hacemos un vector que vaya desde 1 hasta 2 y llamamos a este vector vector r 00:02:58
y hacemos un vector unitario siguiendo esta misma dirección, r gorrito, tendremos que la fuerza que hace 1 sobre 2 00:03:09
1 sobre 2, es una cierta constante K por el producto de las cargas, carga 1 y carga 2, entre la distancia al cuadrado, el módulo de este vector R, 00:03:20
y por este vector R gorrito, vamos a poner R1,2 para que quede claro que va desde 1 hasta 2 00:03:39
y esta es la ecuación para la fuerza que siente la carga 2, que será una fuerza así. 00:03:46
¿Cómo sabemos que es una fuerza así? Porque esta K es un número positivo, 00:03:57
esta Q1 es un número positivo porque la carga es positiva, Q2 es positivo porque la carga es positiva, 00:04:04
r cuadrado, r es positiva porque es una distancia pero además r cuadrado es positiva 00:04:10
por lo tanto todo esto es positivo y va en la dirección de r1,2 es decir 00:04:15
hacia allá, si hacemos lo mismo pero 00:04:19
utilizamos las cargas al revés 00:04:23
es decir miramos la fuerza que hace 2 sobre 1 tendremos que 00:04:26
hacer un vector que vaya desde 2 hasta 1 00:04:31
y que llamaremos r 00:04:35
2,1, un vector unitario que vaya desde 2 hasta 1, que llamaremos R gorrito 2,1, y esta fuerza 00:04:38
será una fuerza tal que así. Podemos observar que tanto la fuerza que he pintado de color 00:04:49
rojo como la fuerza que he pintado de color azul tienen el mismo módulo, porque sería 00:04:59
la K, la distancia es la misma y carga 1 y carga 2 como se están multiplicando aunque las cambie 00:05:06
da igual. La diferencia es que este R12 y el R21 van a ser el mismo vector pero hacia adelante o 00:05:11
hacia atrás. Entonces estas fuerzas F21 y F12 son fuerzas de acción y reacción. Es la acción y la 00:05:18
reacción o bien acción y la reacción. Hablemos un poquito sobre este parámetro K. Este parámetro K 00:05:26
en el vacío es 9 por 10 elevado a 9 newton metro cuadrado dividido entre 00:05:34
colombia al cuadrado insisto eso es en el vacío esta constante k se puede 00:05:44
escribir también en función de otra constante que es se puede escribir de 00:05:51
esta manera, 4pi epsilon sub cero, donde epsilon sub cero se llama permitividad eléctrica 00:05:56
del vacío. Esta constante epsilon sub cero toma el valor de 8,85 por 10 elevado a menos 00:06:14
12, coulombios cuadrado entre newton y metro al cuadrado. Esta permitividad, insisto, es 00:06:30
la del vacío porque si estas cargas estuviesen inmersas en un medio que no fuese vacío tendrían 00:06:38
una permitividad distinta. Si estuviésemos en un medio distinto tendríamos que poner 00:06:45
una K diferente que sería 4pi, epsilon sub 0 hasta aquí igual y epsilon sub r. Esta 00:06:50
epsilon sub r la llamamos permitividad relativa, eléctrica también relativa. ¿Qué significa 00:07:00
relativa? Significa que para el vacío esta permitividad va a ser 1 y para los diferentes 00:07:16
medios en los que podamos sumergir esto va a ir cambiando. La permitividad relativa del vacío es 00:07:22
1, se observa que la permitividad relativa del aire es 1,0006 que más o menos vamos a decir que es 1 00:07:30
y por ejemplo si lo sumergimos en el agua la permitividad relativa es 80,2 cuando el agua 00:07:42
está a 20 grados. Esta permitividad relativa no tiene unidades y nos indica que por ejemplo 00:07:52
en el agua que tiene una permitividad de 80 la fuerza eléctrica entre estas dos cargas 00:07:59
va a ser menor. Finalmente veamos qué ocurre si ponemos una carga negativa en lugar de 00:08:04
una de las positivas. Vamos a representar este dibujo, lo voy a hacer aquí más pequeño, 00:08:11
Tendríamos una carga positiva, tendríamos una distancia r y tendríamos una carga negativa. 00:08:20
¿Qué va a ocurrir cuando yo utilice exactamente la misma fórmula que tengo aquí? 00:08:28
Pondremos la k, pondremos carga 1 que es positiva, pondremos carga 2 que es negativa y pondremos r cuadrado que es positivo. 00:08:32
Por lo tanto, todo este término de adelante va a ser negativo. 00:08:41
Esto es, si yo tengo el vector R21, que es así, obtendré una fuerza que en lugar de ser como antes, hacia allá, va a ser hacia acá, F21 o F12, en este caso F21. 00:08:44
observamos que por lo tanto si las dos cargas son positivas nos han dado fuerzas que van cada 00:09:02
una hacia un lado se repele mientras que si una carga es positiva y la otra es negativa nos ha 00:09:10
dado una fuerza que hace que la negativa vaya hacia la positiva si hubiésemos mirado la positiva 00:09:15
veríamos que también se acerca por lo tanto se atraen si ambas fuesen negativas como esto sería 00:09:20
un signo menos y esto sería un signo menos el producto sería positivo y también se repelería 00:09:26
y esta es la fuerza electrostática que se ejercen dos cargas. 00:09:31
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Autor/es:
Àngel M. Gómez Sicilia
Subido por:
Àngel Manuel G.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Compartir igual
Visualizaciones:
70
Fecha:
22 de enero de 2021 - 19:10
Visibilidad:
Público
Duración:
09′ 42″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1920x1080 píxeles
Tamaño:
251.58 MBytes

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