Ley de Coulomb y Ley Gauss

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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN INGENIERÍA ELÉCTRICA - UNSA Página 1 INTRODUCCION LA LEY DE COULOMB – LEY DE GAUSS LEY DE COULOMB - La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario. - La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas.

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    INTRODUCCION

    LA LEY DE COULOMB LEY DE GAUSS

    LEY DE COULOMB

    - La magnitud de cada una de las fuerzas elctricas con que interactan dos

    cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la

    magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la

    distancia que las separa y tiene la direccin de la lnea que las une. La

    fuerza es de repulsin si las cargas son de igual signo, y de atraccin si

    son de signo contrario.

    - La constante de proporcionalidad depende de la constante dielctrica del

    medio en el que se encuentran las cargas.

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    LEY DE GAUSS

    - En fsica la ley de Gauss, tambin conocida como teorema de Gauss,

    establece que el flujo de ciertos campos a travs de una superficie cerrada

    es proporcional a la magnitud de las fuentes de dicho campo que hay en el

    interior de dicha superficie. Dichos campos son aquellos cuya intensidad

    decrece como la distancia a la fuente al cuadrado. La constante de

    proporcionalidad depende del sistema de unidades empleado.

    - Se aplica al campo electrosttico y al gravitatorio. Sus fuentes son la carga

    elctrica y la masa, respectivamente. Tambin puede aplicarse al campo

    magnetosttico.

    http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_de_un_campo_vectorialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_electrost%C3%A1ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_gravitatoriohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Masa
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    LA LEY DE COULOMB LEY DE GAUSS

    1.1 DEFINICION LEY DE COULOMB

    Charles-Augustin de Coulomb desarroll la balanza de torsin con la que

    determin las propiedades de la fuerza electrosttica. Este instrumento consiste

    en una barra que cuelga de una fibra capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra

    tiende a hacerla regresar a su posicin original, con lo que conociendo la fuerza

    de torsin que la fibra ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza

    ejercida en un punto de la barra.

    La ley de Coulomb tambin conocida como ley de cargas tiene que ver con las

    cargas elctricas de un material, es decir, depende de si sus cargas son negativas

    o positivas.

    En la barra de la balanza, Coulomb coloc una pequea esfera cargada y a

    continuacin, a diferentes distancias, posicion otra esfera tambin cargada.

    Luego midi la fuerza entre ellas observando el ngulo que giraba la barra.

    Dichas mediciones permitieron determinar que:

    La fuerza de interaccin entre dos cargas y duplica su magnitud si

    alguna de las cargas dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas

    aumenta su valor en un factor de tres, y as sucesivamente. Concluy entonces

    que el valor de la fuerza era proporcional al producto de las cargas.

    En consecuencia:

    http://es.wikipedia.org/wiki/Charles-Augustin_de_Coulombhttp://es.wikipedia.org/wiki/Balanza_de_torsi%C3%B3n
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    Si la distancia entre las cargas es , al duplicarla, la fuerza de interaccin

    disminuye en un factor de 4 (2); al triplicarla, disminuye en un factor de 9 (3) y

    al cuadriplicar , la fuerza entre cargas disminuye en un factor de 16 (4). En

    consecuencia, la fuerza de interaccin entre dos cargas puntuales, es

    inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:

    - Asociando ambas relaciones:

    Finalmente, se introduce una constante de proporcionalidad para transformar la

    relacin anterior en una igualdad:

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    1.2 ENUNCIADO DE LA LEY

    La ley de Coulomb es vlida slo en condiciones estacionarias, es decir, cuando

    no hay movimiento de las cargas o, como aproximacin cuando el movimiento se

    realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilneas uniformes. Es por ello que

    es llamada fuerza electrosttica.

    En trminos matemticos, la magnitud de la fuerza que cada una de las dos

    cargas puntuales y ejerce sobre la otra separadas por una distancia se

    expresa como:

    Dadas dos cargas puntuales y separadas una distancia en el vaco, se

    atraen o repelen entre s con una fuerza cuya magnitud est dada por:

    La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitudes vectoriales:

    Donde es un vector unitario, siendo su direccin desde la cargas que produce

    la fuerza hacia la carga que la experimenta.Al aplicar esta frmula en un ejercicio,

    se debe colocar el signo de las cargas q1 o q2, segn sean stas positivas o

    negativas.

    El exponente (de la distancia: d) de la Ley de Coulomb es, hasta donde se sabe hoy

    en da, exactamente 2. Experimentalmente se sabe que, si el exponente fuera de la

    forma

    http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vector_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Vectorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica
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    Entonces:

    .

    - Representacin grfica de la Ley de Coulomb para dos cargas del mismo

    signo.

    Obsrvese que esto satisface la tercera de la ley de Newton debido a que implica

    que fuerzas de igual magnitud actan sobre y .

    La ley de Coulomb es una ecuacin vectorial e incluye el hecho de que la fuerza

    acta a lo largo de la lnea de unin entre las cargas.

    1.3 CONSTANTE DE COULOMB

    La constante es la Constante de Coulomb y su valor para

    unidades SI es Nm/C.

    A su vez la constante

    - Donde

    Permitividad relativa,

    , y F/m

    http://es.wikipedia.org/wiki/Lista_de_constantes_f%C3%ADsicashttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Newton_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Newton_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Culombiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Permitividadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Faradiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro
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    Es la permitividad del medio en el vaco. Cuando el medio que rodea a las cargas

    no es el vaco hay que tener en cuenta la constante dielctrica y

    la permitividad del material. La ecuacin de la ley de Coulomb queda finalmente

    expresada de la siguiente manera:

    La constante, si las unidades de las cargas se encuentran en Coulomb es la

    siguiente y su resultado ser en sistema MKS ( ). En

    cambio, si la unidad de las cargas estn en UES (q), la constante se expresa de

    la siguiente forma y su resultado estar en las unidades

    CGS ( ).

    1.4 POTENCIAL DE COULOMB

    La ley de Coulomb establece que la presencia de una carga puntual general induce

    en todo el espacio la aparicin de un campo de fuerzas que decae segn la ley de

    la inversa del cuadrado.

    Para modelizar el campo debido a varias cargas elctricas puntuales estticas

    puede usarse el principio de superposicin dada la aditividad de las fuerzas sobre

    una partcula.

    Sin embargo, matemticamente el manejo de expresiones vectoriales de ese tipo

    puede llegar a ser complicado, por lo que frecuentemente resulta ms sencillo

    definir un potencial elctrico.

    Para ello a una carga puntual se le asigna una funcin escalar o potencial de

    Coulomb tal que la fuerza dada por la ley de Coulomb sea expresable como:

    http://es.wikipedia.org/wiki/Permitividadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_diel%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Permitividadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_de_fuerzas_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_la_inversa_del_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_la_inversa_del_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_superposici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctrico
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    - De la ley de Coulomb se deduce que la funcin escalar que satisface la

    anterior ecuacin es:

    Dnde:

    , es el vector posicin genrico de un punto donde se pretende definir el

    potencial de Coulomb

    , es el vector de posicin de la carga elctrica cuyo campo pretende

    caracterizarse por medio del potencial.

    Montaje experimental para verificar la ley de Coulomb.

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    1.5 LIMITACIONES DE LA LEY DE COULOMB

    La expresin matemtica solo es aplicable a cargas puntuales estacionarias, y

    para casos estticos ms complicados de carga necesita ser generalizada

    mediante el potencial elctrico. El campo elctrico creado por una distribucin de

    carga dada por .

    Cuando las cargas elctricas estn en movimiento es necesario reemplazar

    incluso el potencial de Coulomb por el potencial vector de Linard-Wiechert,

    especialmente si las velocidades de las partculas son cercanas a la velocidad de

    la luz.

    Para cargas distancias pequeas (del orden del tamao de los tomos), la fuerza

    electrosttica efectiva debe ser corregida por factores cunticos. Para campos

    muy intensos puede ocurrir el fenmeno de la creacin espontnea de pares de

    partcula-antipartcula que requieren corregir el campo para distancias muy

    cortas.

    1.6 VERIFICACION EXPERIMENTAL DE LA LEY DE COULOMB

    Es posible verificar la ley de Coulomb mediante un experimento sencillo.

    Considrense dos pequeas esferas de masa "m" cargadas con cargas iguales, del

    mismo signo, y que cuelgan de dos hilos de longitud l, tal como se indica en la

    figura adjunta. Sobre cada esfera actan tres fuerzas: el peso mg, la tensin de la

    cuerda T y la fuerza de repulsin elctrica entre las bolitas . En el equilibrio:

    Tambin:

    http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potenciales_de_Li%C3%A9nard-Wiecherthttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_la_luzhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomos
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    Dividiendo miembro a miembro, se obtiene:

    - Siendo la separacin de equilibrio entre las esferas cargadas, la

    fuerza de repulsin entre ellas, vale, de acuerdo con la ley de Coulomb

    - Por lo tanto, se cumple la siguiente igualdad:

    Al descargar una de las esferas y ponerla, a continuacin, en contacto con la

    esfera cargada, cada una de ellas adquiere una carga q/2, en el equilibrio su

    separacin ser y la fuerza de repulsn entre las mismas estar dada

    por:

    - Por estar en equilibrio, tal como se dedujo ms arriba:

    .

    - Y de modo similar se obtiene:

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    - Dividiendo, miembro a miembro, se llega a la siguiente igualdad:

    Midiendo los ngulos y y las separaciones entre las cargas y es

    posible verificar que la igualdad se cumple dentro del error experimental. En la

    prctica, los ngulos pueden resultar difciles de medir, as que si la longitud de

    los hilos que sostienen las esferas son lo suficientemente largos, los ngulos

    resultarn lo bastante pequeos como para hacer la siguiente aproximacin:

    - Con esta aproximacin, la relacin (5) se transforma en otra mucho ms

    simple:

    - De esta forma, la verificacin se reduce a medir la separacin entre cargas

    y comprobar que su cociente se aproxima al valor indicado.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Coulomb#Equation_5
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    1.7 COMPARACION DE LA LEY DE COULOMB CON LA LEY DE GRAVIATCION

    UNIVERSAL

    Esta comparacin es relevante ya que ambas leyes dictan el comportamiento de

    dos de las fuerzas fundamentales de la naturaleza mediante expresiones

    matemticas cuya similitud es notoria.

    La ley de la gravitacin universal establece que la fuerza de atraccin entre dos

    masas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente

    proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Expresndolo

    matemticamente:

    - Siendo:

    La constante de gravitacin universal,

    Las masas de los cuerpos en cuestin

    La distancia entre los centros de las masas.

    A pesar del chocante parecido en las expresiones de ambas leyes se encuentran

    dos diferencias importantes.

    La primera es que en el caso de la gravedad no se han podido observar masas de

    diferente signo como sucede en el caso de las cargas elctricas, y la fuerza entre

    masas siempre es atractiva.

    La segunda tiene que ver con los rdenes de magnitud de la fuerza de gravedad y

    de la fuerza elctrica. Para aclararlo analizaremos como actan ambas entre un

    protn y un electrn en el tomo de hidrgeno.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_la_gravitaci%C3%B3n_universalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_gravitaci%C3%B3n_universal
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    La separacin promedio entre el electrn y el protn es de 5,310-11 m. La carga

    del electrn y la del protn valen:

    - Respectivamente y sus masas son

    - Sustituyendo los datos:

    Al comparar resultados se observa que la fuerza elctrica es de unos 39 rdenes

    de magnitud superior a la fuerza gravitacional. Lo que esto representa puede ser

    ilustrado mediante un ejemplo muy llamativo. 1 C equivale a la carga que pasa en

    1 s por cualquier punto de un conductor por el que circula una corriente de

    intensidad 1 A constante. En viviendas con tensiones de 220 Vrms, esto equivale a

    un segundo de una bombilla de 220 W (120 W para las instalaciones domsticas

    de 120 Vrms).

    Si fuera posible concentrar la mencionada carga en dos puntos con una

    separacin de 1 metro, la fuerza de interaccin sera:

    http://es.wikipedia.org/wiki/Metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Coulombhttp://es.wikipedia.org/wiki/Segundohttp://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vatio
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    O sea, 916 millones de kilopondios, o el peso de una masa de casi un milln

    de toneladas (un teragramo)!.

    Si tales cargas se pudieran concentrar de la forma indicada ms arriba, se

    alejaran bajo la influencia de esta enorme fuerza. Si de esta hipottica

    disposicin de cargas resultan fuerzas tan enormes, por qu no se observan

    despliegues dramticos debidos a las fuerzas elctricas? La respuesta general es

    que en un punto dado de cualquier conductor nunca hay demasiado alejamiento

    de la neutralidad elctrica. La naturaleza nunca acumula un Coulomb de carga en

    un punto.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Kilopondiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tonelada
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    2. LEY DE GAUSS

    La ley de Gauss relaciona el flujo del campo elctrico a travs de una superficie

    cerrada con la carga neta incluida dentro de la superficie. Esta ley permite

    calcular fcilmente los campos elctricos que resultan de distribuciones

    simtricas de carga, tales como una corteza esfrica o una lnea infinita.

    La figura muestra una superficie de forma arbitraria que incluye un dipolo.

    El nmero de lneas que salen de la carga es exactamente igual al nmero de

    lneas que entran en el mismo recinto y terminan en la carga negativa. Si

    contamos el nmero que sale como positivo y el nmero que entra como negativo,

    el nmero neto que sale o entra es cero. En otras distribuciones de carga, como

    ocurre en la figura derecha, el nmero neto de lneas que sale por cualquier

    superficie que encierra las cargas es proporcional a la carga encerrada dentro de

    dicha superficie. Este es un enunciado cualitativo de la ley de Gauss.

    La magnitud matemtica relacionada con el nmero de lneas de fuerza que

    atraviesa una superficie recibe el nombre de flujo elctrico, cuya definicin

    general es:

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    Frecuentemente estamos interesados en conocer el flujo del campo elctrico a

    travs de una superficie cerrada, que viene dado por:

    La figura muestra una superficie esfrica de radio R con su centro en la carga

    puntual Q. El campo elctrico en un punto cualquiera de la superficie es

    perpendicular a la superficie y tiene la magnitud

    - El flujo neto a travs de esta superficie esfrica es:

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    En donde E ha salido de la integral por ser constante en todos los puntos. La

    integral de dA extendida a toda la superficie es precisamente el rea total,

    igual a:

    - Sustituyendo:

    Se obtiene:

    Idntico resultado hubiramos obtenido si la superficie fuese irregular. Si se trata

    de sistemas de ms de una carga puntual como en la figura, el flujo neto a travs

    de la superficie cerrada sealada es igual a:

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    - Es costumbre escribir la constante de Coulomb k en funcin de la

    permitividad del vaco:

    - De modo que la ley de Gauss se escribe:

    2.1. CLCULO DEL CAMPO ELCTRICO MEDIANTE LA LEY DE GAUSS

    En algunas distribuciones de carga altamente simtricas, tales como una esfera

    uniformemente cargada o una lnea infinita de carga, es posible determinar una

    superficie matemtica que por simetra posee un campo elctrico constante

    perpendicular a la superficie.

    A continuacin puede evaluarse fcilmente el flujo elctrico a travs de esta

    superficie y utilizar la ley de Gauss para relacionar el campo elctrico con la

    carga interior a la superficie. Una superficie utilizada para calcular el campo

    elctrico mediante la ley de Gauss se denomina superficie gaussiana.

    En esta seccin utilizaremos dicho mtodo para calcular el campo elctrico

    producido por diferentes distribuciones simtricas de carga.

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    a. Campo elctrico E prximo a una carga puntual

    I. Superficie gaussiana, elegimos una superficie esfrica de radio r centrada

    en la carga.

    II. E es radial y su magnitud depende slo de la distancia a la carga.

    III. E tiene el mismo valor en todos los puntos de nuestra superficie esfrica.

    - El flujo neto a travs de esta superficie es:

    - Pero la ley de Gauss nos da:

    - Igualando obtenemos

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    b. Campo elctrico E prximo a un plano infinito de carga

    Densidad de carga uniforme. Por simetra el campo elctrico debe:

    I. Ser perpendicular al plano.

    II. Depender slo de la distancia z del plano al punto del campo.

    III. Tener el mismo valor pero sentido opuesto en los puntos situados a la

    misma distancia por arriba y por debajo del plano

    Escogemos como superficie gaussiana un cilindro en forma de pastillero y su

    base tiene un rea A. Como E es paralelo a la superficie cilndrica, no existe flujo

    que la atraviese.

    Puesto que el flujo que sale por cada cara superior o inferior es EA, el flujo total

    es:

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    - La carga neta en el interior de la superficie es:

    - A partir de la ley de Gauss.

    - De donde:

    2.2. CAMPO ELCTRICO E PRXIMO A UNA CARGA LINEAL INFINITA

    Densidad de carga uniforme Por simetra el campo debe:

    a. Ser perpendicular al hilo.

    b. Depender slo de la distancia r del hilo al punto.

    Tomamos como superficie gaussiana un cilindro de longitud L y radio r coaxial

    con la lnea de carga. El campo elctrico es, por tanto, perpendicular a la

    superficie cilndrica y posee el mismo valor E, en cualquier punto de la superficie.

    No hay flujo a travs de las superficies planas de los extremos del cilindro.

    - El flujo elctrico es, por tanto:

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    Igual al producto del campo elctrico por el rea de la superficie cilndrica.

    - La carga neta dentro de esta superficie es:

    - Segn la Ley de Gauss:

    - De donde:

    - NOTA:

    Para usar la ley de Gauss es necesaria la existencia de un alto grado de simetra.

    El clculo anterior fue necesario suponer E sera constante en todos los puntos de

    la superficie gaussiana cilndrica . Esto es admisible cuando la distribucin lineal

    es de longitud:

    a. INFINITA

    b. FINITA

    En puntos muy prximos a la carga lineal lo que equivale a suponer que a esa

    distancia parece ser infinitamente larga.

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    2.3. CAMPO ELCTRICO E EN EL INTERIOR Y EN EL EXTERIOR DE UNA

    CORTEZA CILNDRICA DE CARGA

    Densidad de carga superficial uniforme, .

    a) Puntos interiores a la corteza

    Tomamos una superficie gaussiana cilndrica de longitud L y radio r < R

    concntrico con la corteza.

    Por simetra, el campo elctrico es:

    a) perpendicular a esta superficie gaussiana y

    b) su magnitud Er es constante en todos los puntos de la superficie.

    El flujo de E a travs de la superficie es, por tanto,

    La carga total dentro de esta superficie es cero y la ley de Gauss nos da:

    b) Puntos interiores a la corteza

    Tomamos una superficie gaussiana cilndrica de longitud L y radio r > R

    concntrico con la corteza.

    El flujo vuelve a ser:

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    - Pero la carga interior no sera nula, sino y segn la ley de Gauss:

    - Observar que:

    Justamente sobre la corteza en r = R, el campo elctrico es:

    Como el campo justamente dentro de la corteza es cero resulta un salto.

    Esta discontinuidad aparece siempre que haya carga superficial.

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    2.4. CAMPO ELCTRICO E EN EL INTERIOR Y EN EL EXTERIOR DE UN CILINDRO

    SLIDO DE CARGA INFINITAMENTE LARGO

    Densidad de carga rho, distribuida uniformemente por todo el volumen del

    cilindro.

    Lo mismo que en el caso de la corteza cilndrica de carga tomamos una superficie

    gaussiana cilndrica de radio r y longitud L, el flujo ser

    a. Puntos exteriores al cilindro, es decir, si r > R, La carga total dentro de

    esta superficie es:

    Y segn la ley de Gauss

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    De donde:

    b. Puntos exteriores al cilindro, es decir, si r < R, La carga total dentro de

    esta superficie es:

    Representacin grfica

    La figura muestra el valor E, en funcin de r para esta distribucin de carga.

    Observar que el campo:

    1. en el interior crece directamente proporcional a r

    2. en el exterior vara de modo inversamente proporcional a r

    3. es continuo en r=R.

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    2.5. CAMPO ELCTRICO E EN EL INTERIOR Y EN EL EXTERIOR DE UNA

    CORTEZA ESFRICA DE CARGA

    Densidad superficial de carga. Por simetra:

    1. E debe ser radial y

    2. su magnitud depender slo de la distancia r desde el centro de la

    esfera.

    a) Puntos exteriores a la corteza.

    Tomamos una superficie gaussiana esfrica de radio r > R, el flujo ser

    La carga total dentro de esta superficie es:

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    - Y segn la ley de Gauss:

    - De donde:

    - Siendo Q la carga total de la corteza.

    b) Puntos interiores a la corteza.

    Si escogemos una superficie gaussiana esfrica en el interior de la corteza.

    De modo que r < R, el flujo neto no vara, pero la carga total dentro de la

    superficie gaussiana es CERO. Por tanto, para r < R, la ley de Gauss nos da:

    - Representacin grfica:

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    2.6. CAMPO ELCTRICO E EN EL INTERIOR Y EN EL EXTERIOR DE UNA ESFERA

    SLIDA UNIFORMEMENTE CARGADA

    Densidad de carga uniforme, distribuida por todo el volumen Como en el caso de

    la corteza esfrica de carga, el flujo a travs de una superficie gaussiana de radio

    r es:

    1. Puntos exteriores a la esfera. r > R La carga total dentro de esta superficie

    es:

    Y segn la ley de Gauss

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    - De donde:

    - Siendo Q la carga total de la esfera

    2. Puntos interiores a la esfera.

    Superficie gaussiana r < R, Carga interior:

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    - Representacin grfica

    3. CONCLUSIONES

    a. La LEY DE GAUSS permite calcular de forma simple el campo elctrico

    debido a distribuciones de carga con alto grado de simetra

    particularmente de distribucin de carga con simetra esfrica, cilndrica o

    plana.

    b. La ley de Coulomb seala que la fuerza F (newton, N) con que dos cargas elctricas Q y q (culombio, C) se atraen o repelen es proporcional al

    producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la

    distancia r (metro, m) que las separa.

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    c. Definimos una superficie gaussiana como cualquier superficie cerrada

    imaginaria que empleamos en la LEY DE GAUSS para calicular el campo

    elctrico debido a cierta distribucin de cargas.

    d. Para calcular el campo elctricos es necesario seleccionar la superficie

    gaussiana, calcular el flujo travs de dicha superficie, calcular la carga

    total dentro de dicha superficie.

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    e. Ley de COULOMB La existencia de ms de una carga produce en cada punto un conjunto de fuerzas individuales cuya resultante es la suma vectorial.

    Cuando esta resultante vale cero el campo elctrico en ese punto tambin

    es cero.

    4. BIBLIOGRAFIA

    a. LEY DE GAUSS - HYPERPHYSICS b. LEY DE GAUSS - UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA c. LEWIS FORD, ROGER A. FREEDMAN LA LEY DE GAUSS d. TEOREMA DE GAUSS - CIE e. SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA PUMACAYO f. SISTEMAS ELCTRICOS DE GRAN POTENCIA J. WEEDY g. SISTEMAS DE POTENCIA GOMEZ EXPOSITO h. LEY DE COULOMB - BALDERAS MORENO OCTAVIO MICHE i. LEY DE COULOMB - ITSON j. LEY DE COULOMB - GONZALO REVELO PABON

    http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/gaulaw.htmlhttp://docencia.udea.edu.co/regionalizacion/irs-404/contenido/capitulo5.htmlhttps://www.google.com.pe/search?sa=N&hl=es&biw=1366&bih=624&tbm=bks&q=inauthor:%22A.+Lewis+Ford%22&ei=LyBIU4qXBuaZ0AGFl4GgBQ&ved=0CHYQ9AgwCTgKhttps://www.google.com.pe/search?sa=N&hl=es&biw=1366&bih=624&tbm=bks&q=inauthor:%22Roger+A.+Freedman%22&ei=LyBIU4qXBuaZ0AGFl4GgBQ&ved=0CHcQ9AgwCTgKhttps://www.google.com.pe/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=30&cad=rja&uact=8&ved=0CG4QFjAJOBQ&url=http%3A%2F%2F148.216.10.84%2Felectro%2Fproblegauss.htm&ei=ViBIU4fsKJDq0QGA4YG4Cg&usg=AFQjCNG-dYVCvz-uyXj6ba7EmodflwKZ5A&sig2=TRi7rWwvB0AtVCo9wQuPrg&bvm=bv.64542518,d.dmQhttp://biblioteca.itson.mx/oa/dip_ago/ley_de_coulomb/index.htmhttps://www.google.com.pe/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=24&ved=0CHYQFjANOAo&url=http%3A%2F%2Fwww.slideshare.net%2FGONZALOREVELOPABON%2Fley-de-coulomb-problemas-resueltosgonzalo-revelo-pabon&ei=1iBIU7--I8Lk0gGIpIHoCw&usg=AFQjCNH5OtzvGb6mW4ztfZLIxGNjItBF-g&sig2=eTbpS482Pxvii-KjqQzVbw&bvm=bv.64542518,d.dmQ