Presentacion - Clase 2 SAB 19 OCT 2024.pdf

Electricidad
• Del vocablo griego elektrón que significa ámbar proviene la palabra
electricidad. El ámbar es una resina fósil y transparente de color
amarillo, que se produjo desde tiempos remotos por árboles que
son ahora carbón fósil.
• Tales de Mileto (650-546 a de C) fue un matemático griego que
describió los primeros fenómenos eléctricos, como cuando al frotar
ámbar con una piel de gato, ésta podía atraer algunos objetos
ligeros como polvo, cabellos o paja.
• Benjamín Franklin propuso la construcción del pararrayos en la
protección de edificios. El pararrayos consta de una larga barra
metálica terminada en punta que se coloca en la parte más alta de
un edificio o construcciones y por medio de un cable de cobre se
conecta a una plancha metálica enterrada en el suelo.

Electricidad
• El estadounidense Benjamín Flanklin contribuyó al aplicar el
fenómeno conocido como el poder de puntas en la
construcción del pararrayos.
• Franklin observó que cuando un conductor con carga negativa
terminaba en punta, los electrones se acumulaban en esa
región y ocasionalmente abandonaban dicho extremo por
repulsión, fijándose sobre las moléculas de aire o sobre un
conductor cercano con carga positiva (carente de electrones).
• Un conductor cargado positivamente atrae a los electrones
por la punta, arrancándolos de las moléculas de aire cercanas.

Electricidad
• Charles Coulomb (1736-
1806) fue un científico
francés que estudió las
leyes de atracción y
repulsión eléctrica.
Inventó la balanza de
torsión para medir la
fuerza de atracción o
repulsión por medio del
retorcimiento de una
fibra fina y rígida a la vez.

Electricidad
• Alessandro Volta (1745-
1827) fue un físico
italiano que contribuyó
notablemente al
estudio de la
electricidad. Elaboró la
primera pila eléctrica
combinando dos
metales distintos con un
líquido que servía de
conductor.

Electricidad
• George Ohm (1789- 1854) fue un físico alemán que describió la
resistencia eléctrica de un conductor.
• James Joule (1818-1889) fue un físico inglés que estudió los
fenómenos producidos por corrientes eléctricas y el calor
desprendido en los circuitos eléctricos.
• Varios investigadores que contribuyeron al desarrollo de la
electricidad fueron: el estadounidense Joseph Henry (1797-1878),
que construyó el primer electroimán; el ruso Heinrich Lenz (1804-
1865), enunció la ley relativa al sentido de la corriente inducida; el
escocés James Maxwell (1831-1879), propuso la teoría
electromagnética de la luz y las ecuaciones generales del campo
electromagnético, el yugoslavo Nikola Tesla (1856-1943) inventó el
motor asincrónico; el físico inglés Joseph John Tomson (1856-1940)
descubrió el electrón, partícula fundamental con carga negativa del
átomo.

Electrostática
• La electrostática estudia los
fenómenos o situaciones que se
producen por cargas eléctricas en
reposo.
• Electrización. Todas las
substancias pueden electrizarse
al ser frotadas con otra
substancia. Una regla de plástico
se electriza al frotarla con seda y
puede atraer una bolita de unicel;
un peine se electriza al frotarse
contra el cabello y después atrae
a éste o a un hilo de agua, la ropa
de nylon se electriza al
friccionarse con nuestro cuerpo.

Electrización
• Los cuerpos electrizados se pueden separar en dos grupos:
• El primer grupo constituido por cuerpos cuyo comportamiento es
igual al de una barra de vidrio que se frota con seda. Se puede
observar que los cuerpos electrizados de este grupo se repelen o
rechazan unos a otros. Se dice que estos cuerpos están electrizados
positivamente o que al ser frotados adquirieron carga eléctrica
positiva.
• Los cuerpos del segundo grupo se comportan como una barra de
goma o resina frotada con un trozo de tela de lana. Se puede
observar que los cuerpos de este grupo se repelen unos a otros
pero atraen a los cuerpos del grupo anterior. Se dice que los
cuerpos de este segundo grupo se encuentran electrizados
negativamente, o bien, que adquirieron carga negativa cuando se
les frotó.

Cargas positivas y negativas
• Se concluye que:
• El proceso de electrización de un cuerpo consiste en la
transferencia de carga eléctrica entre los cuerpos que se frotan.
Dicha transferencia se efectúa por el paso de electrones de un
cuerpo hacia otro.
Existen dos tipos de cargas eléctricas: positivas
y negativas. Las cargas eléctricas del mismo
signo se repelen o rechazan y las de signo
contrario se atraen.

Electrización
• De acuerdo a la teoría atómica moderna, la materia está
constituida por partículas subatómicas fundamentales:
protones (de carga positiva), neutrones (sin carga eléctrica) y
electrones (de carga negativa). Los protones y neutrones se
encuentran en el núcleo atómico y los electrones alrededor
de él. Un cuerpo que no está electrizado se dice que tiene
neutralidad eléctrica ya que el número de protones es igual al
de electrones. Al frotar dos cuerpos entre sí hay una
transferencia de electrones de un cuerpo hacia otro. El que
pierde electrones tendrá un exceso de protones y quedará
electrizado positivamente. El otro cuerpo quedará electrizado
negativamente debido a que tiene exceso de electrones.

Conservación de carga eléctrica
• Se debe resaltar que en el
proceso de electrización, el
número total de protones y
electrones no se altera, sólo
se produce una separación
de las cargas eléctricas, por
lo que no hay creación ni
destrucción de carga
eléctrica.
• La carga eléctrica total del
universo es una magnitud
constante, pues no se crea
ni se destruye.
Cabello cargado positivamente
(perdió electrones).
+ + + +
+ + + +
Peine cargado
negativamente
ganó electrones
- - - -
- - - -

Carga eléctrica
• La unidad elemental para medir carga eléctrica debería ser la carga
eléctrica del electrón pero por ser una unidad muy pequeña se
utilizan unidades más grandes de acuerdo con el sistema de
unidades empleado.
• La unidad de carga eléctrica en el sistema internacional es el
Coulomb:
1 C= 6.24 x 1018 veces la carga del electrón
La carga de 1 electrón = -1.6 x 10 -19 C
La carga de 1 protón = 1.6 x 10 -19 C
El coulomb es una unidad de carga eléctrica muy grande por lo que
se pueden utilizar comúnmente submúltiplos, como el milicoulomb,
el microCoulomb y el nanoCoulomb.

Carga eléctrica
Las cargas del mismo signo se repelen y las de signo opuesto se
atraen. Este principio fundamental de la electricidad se puede
demostrar mediante el uso de un péndulo eléctrico que consiste en
una esferilla de unicel sostenida por un soporte con un hilo de seda
aislante. Se necesita también una barra de vidrio, una barra de
ebonita, que es un material plástico de caucho endurecido con
azufre, o bien, una regla de plástico y un trapo de lana.
El milicoulomb = 1 mC = 1 x 10-3 C
El microcoulomb = 1 μC = 1 x 10-6 C
El nanocoulomb = 1 nC = 1 x 10-9 C

Péndulo eléctrico
• Procedimiento:
• Se frota vigorosamente la barra de ebonita o la regla de
plástico con el trapo de lana, después se acerca a la esferilla y
se observa que ésta se aproxima a la barra de ebonita o regla
de plástico hasta que entran en contacto. Después se aleja y al
acercarse el plástico a la esfera ésta se aleja.
soporte
Hilo de seda
Esferilla hecha de médula
de saúco o de unicel
Péndulo eléctrico

Péndulo eléctrico
• Explicación:
Al frotar el plástico adquiere una propiedad que no tenía, la cual se
manifiesta al atraer a la esfera, cuando la esfera toca el plástico
adquiere también esa propiedad y es rechazada entonces. Luego, la
barra de vidrio se frota con el trapo y se acerca a la esfera. Entonces
se observa que mientras la esfera es rechazada por la barra de
plástico, es atraída por la barra de vidrio hasta tocarse, de manera
que adquiere la propiedad del vidrio y después es rechazada. Se
concluye que la propiedad que adquiere el plástico es diferente a la
que adquiere el vidrio. Se denomina carga eléctrica a dicha
propiedad. Se debe concluir que los dos objetos quedan cargados,
aunque en distinta forma: el vidrio de una, que se llama positiva, y
el plástico de otra que se llama negativa.

Conductores y aislantes
• Los materiales conductores de electricidad son aquellos que se
electrizan en toda su superficie aunque sólo se frote un punto de la
misma. Los materiales aislantes o malos conductores de
electricidad, llamados también dieléctricos, sólo se electrizan en los
puntos donde hacen contacto con un objeto cargado, o bien, en la
parte frotada. Algunos ejemplos de materiales aislantes son:
madera, vidrio, caucho, resinas, plásticos, porcelana, seda, mica y
papel. Como conductores: todos los metales, soluciones de ácidos,
bases y sales disueltas en agua, así como el cuerpo humano. Se
debe mencionar que no hay un material 100 % conductor, ni un
material 100 % aislante, en realidad todos los objetos son
conductores eléctricos, pero algunos lo son más que otros y por eso
es posible hacer una clasificación práctica de los mismos, como la
anterior.

Semiconductores
• Entre conductores y
aislantes existen otros
materiales intermedios
llamados semiconductores,
como el silicio y el
germanio, que son
elementos clasificados
como metaloides en la tabla
periódica de los elementos.
Un chip de silicio es la forma en
miniatura de un circuito electrónico.

Electricidad
• Las leyes que rigen la atracción y repulsión de dos cargas eléctricas
puntuales en reposo fue estudiada por el físico francés Charles
Coulomb (una carga puntual es la que tiene distribuida un objeto
electrizado cuyo tamaño es pequeño comparado con la distancia
que lo separa de otro objeto cargado). Se puede considerar, en este
caso, que toda la carga del objeto se encuentra reunida en su
centro. Inventó en 1777 la balanza de torsión que cuantificaba la
magnitud de la fuerza de atracción o repulsión por medio del
retorcimiento de un alambre de plata rígido. Una esfera pequeña
con carga eléctrica la colocó a diversas distancias de otra también
cargada por lo que así logró medir la magnitud de la fuerza de
atracción o repulsión según la torsión observada en la balanza.

Electricidad
• Coulomb pudo observar que a mayor distancia entre dos
objetos cargados eléctricamente menor es la magnitud de la
fuerza de atracción o repulsión y que la fuerza no se reduce
en igual proporción al incremento de la distancia sino
respecto del cuadrado de la misma. También descubrió que la
fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre dos objetos
cargados aumenta de modo proporcional al producto de sus
cargas, por lo que si una carga duplica su valor, la magnitud de
la fuerza también se duplica y si además la otra carga se
triplica, la magnitud de la fuerza entre las cargas será seis
veces mayor.

Ley de Coulomb
• La ley de Coulomb queda enunciada así:
La magnitud de la fuerza eléctrica de atracción o repulsión
entre dos cargas puntuales q1 y q2 es directamente
proporcional al producto de sus cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
La expresión matemática de la ley de Coulomb para el vacío
queda como:
La constante de proporcionalidad k tendrá un valor de
acuerdo con el sistema de unidades utilizado.
F= k q1 q2
r2

Ley de Coulomb
• En el sistema internacional, su valor es:
La ecuación de la ley de Coulomb sólo es válida cuando las cargas se
encuentran en el vacío; o en forma aproximada, si están en el aire.
Pero si entre las cargas existe una substancia o medio aislante, la
fuerza eléctrica de interacción de éstas sufrirá una disminución, la
cual, será mayor o menor dependiendo del medio. La relación que
existe entre la magnitud de la fuerza eléctrica de dos cargas en el
vacío y la magnitud de la fuerza eléctrica de estas mismas cargas
sumergidas en algún medio o substancia aislante recibe el nombre
de permitividad relativa o coeficiente dieléctrico de dicho medio o
substancia, por lo que:
k= 9 x 109 N.m2/C2

Permitividad relativa
• Donde:
Er = permitividad relativa del medio (adimensional).
F= magnitud de la fuerza eléctrica entre las cargas en el
vacío en Newtons (N).
F’= magnitud de la fuerza eléctrica entre las mismas cargas
colocadas en el medio en Newtons (N).
Dado que la permitividad relativa del aire casi es la misma
a la del vacío, al resolver problemas de cargas eléctricas
en el aire, se considera como si se encontraran en el
vacío.
Er = F
F’

Permitividad relativa de algunos medios
Medio aislador Permitividad relativa Er
Vacío 1.0000
Aire 1.0005
Gasolina 2.35
Aceite 2.8
Vidrio 4.7
Mica 5.6
Glicerina 45
Agua 80.5

Problemas resueltos
1. Calcular la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos
valores son q1= 3 milicoulombs, q2= 5 milicoulombs, al estar
separadas en el vacío por una distancia de 30 cm.
Datos: Fórmula:
F= ? F= k q1q2
q1 = 3 mC = 3 x 10-3 C r2
q2 = 5 mC = 5 X 10-3 C
r= 30 cm=0.3 m
k= 9 x 109 Nm2 /C2
Conversión de unidades:
3 mC x 1 C = 0.003 C= 3 x 10 -3 C
1000 mC

Problemas resueltos
Conversión de unidades:
5 mC x 1 C = 0.005 C = 5 x 10-3 C
1000 mC
Sustitución:
F= (9 x 109 Nm2/C2 ) (3 x 10 -3 C)( 5 x 10-3 C)
(0.3 m)2
Resultado:
F= 1.5 X 106 N

Problemas resueltos
2. Una carga de -2 nanoCouloms se encuentra en el aire a 0.20 m
de otra carga de -4 nanoCoulombs. Calcular:
a) ¿Cuál es la magnitud de la fuerza eléctrica entre éstas?
b) ¿Cuál será la magnitud de la fuerza eléctrica entre éstas si
estuvieran sumergidas en aceite?
Datos: Fórmulas:
F= ? F= k q1 q2 Er = F F’= F
F’aceite=? r2 F’ Er
q1= -2 nC = -2 x 10-9 C
q2= -4 nC = -4 x 10-9 C
r= 0.20 m

Problemas resueltos
Sustitución:
F= (9 x 109 Nm2 /C2) (-2 X 10 -9 C)(-4 X 10-9 C)
(0.20 m)2
Resultado:
F= 1800 x 10-9 N =
b) Si estuvieran sumergidas en aceite cuya permitividad relativa Er es
de 2.8, la magnitud de la fuerza eléctrica F’ en el aceite se calcula:
Despeje: Sustitución: Resultado:
Er = F F’= F = 1.8 x 10-6 N
F’ Er 2.8
F= 1.8 X 10-6 N
F’= 0.64 x 10-6 N
F’= 6.4 x 10-5 N

Problemas resueltos
3. Determinar la distancia a la que se encuentran dos cargas eléctricas
de 5 x 10-8 C al rechazarse con una fuerza cuya magnitud es de 5 x
10-6 N.
Datos: Fórmula: Despeje:
r = ? F= k q1 q2 r= kq1q2
q1 = 5 x 10-8 C r2 F
q2 = 5 x 10-8 C
k = 9 x 10 9 N.m2/C2
F = 5 x 10-6 N
Sustitución: Resultado:
r= (9 x 10 9 N.m2/C2) (5 x 10 -8 C)(5 X 10-8 C)
5 x 10 -6 N
r= 2.12 m

Problemas resueltos
4. Una carga eléctrica de 2 µC se encuentra en el aire a 60 cm de otra
carga. La magnitud de la fuerza con la cual se rechazan es de
3 x 10-1 N. ¿Cuánto vale la carga desconocida?
q1 = 2 µC = 2 X 10 -6 C F= k q1 q2 q2 = Fr2
q2 = ? r2 kq1
F = 3 X 10-1 N
Sustitución:
q2 = (3 x 10 -1 N) (0.6 m)2 q2= 0.06 X 10-4 C
(9 x 109 Nm2/C2)(2 X 10 -6 C)
Resultado:
q 2 = 0.06 x 10-4 C= 6 x 10-6 C = 6 μC

Problemas resueltos
5. Una carga de 5 µc se encuentra en el aire a 20 cm de otra
carga de -2 µC. Como se observa en la fig.
20 cm
q1 F1 F2 q2
Calcular:
a) ¿Cuál es la magnitud de la fuerza F1 ejercida por q2 sobre q1?
b) La magnitud de la fuerza F2 ejercida por q1 sobre q2 es igual o
diferente F1?
c) ¿Cuál será la magnitud de la fuerza eléctrica entre las cargas si
estuvieran sumergidas en agua?
- +

Problemas resueltos
Datos: Fórmulas:
q1 = 5 µC F= k q1 q2
q2 = -2 µC r2
a) F1 = ? Despeje:
b) F2 = ? Er= F F’= F
c) F’en el agua = ? F’ Er
Eragua = 80.5
r= 20 cm = 0.2 m

Problemas resueltos
• Sustitución:
a) La magnitud de la fuerza F1 ejercida sobre q1 por q2 es igual a:
F= 9 x 109 N.m2/C2 (5 x 10 -6 C)(-2 x 10 -6 C)
(0.2 m)2
F= 9 X 109 N.m2/C2 (-10 x 10 -12 C2) = -2250 x 10-3 N
0.04 m2
Resultado:
F= -2.25 N

Problemas resueltos
b) La magnitud de la fuerza F2 ejercida por q1 sobre q2 es
exactamente igual a la de la fuerza F1 ejercida por q2 sobre q
sobre q1. Esto sucede porque de acuerdo a la tercera ley de
Newton, las fuerza F1 y F2 forman una pareja de acción y
reacción, por ello actúan en la dirección o línea de acción que
las une, pero apuntando en sentidos contrarios. En conclusión,
no importa que el valor de las cargas q1 y q2 sea diferente, la
magnitud de la fuerza con que q1 atrae a q2 es igual a la
magnitud de la fuerza con que q2 atrae a q1, pero con sentido
contrario.

Problemas resueltos
• Si las cargas estuvieran sumergidas en agua, cuya
permitividad relativa Er es de 80.5, la magnitud de la fuerza
eléctrica F’ con la que se atraerían es igual a:
• Sustitución: Resultado:
F’= -2.25 N = 0.0279 N =
80.5
F’= -2.79 x 10-2 N

Problemas resueltos
6. Calcular el valor de la carga puntual q2 que ejerce una fuerza de
-1.38 N sobre otra carga puntual q1 valor es de 0.23 μC y se
encuentran en el aire a una distancia de 3 cm.
q1= 0.23 μC= 0.23 x 10-6 C F= k q1q2 q2= Fr2
F= -1.38 N r2 kq1
r= 3 cm= 0.03 m
q2= ?
k= 9 x 10 9 N.m2/C2
q2= (-1.38 N)(0.03 m)2 =
(9 x 109 N.m2/C2)(0.23 x 10-6 C)
q2= -0.6 C

Problemas resueltos
7. Una carga puntual positiva q1= 0.25 μC se coloca a una distancia r= 5
cm de otra carga también puntual pero negativa q2= -0. 50 μC.
Suponiendo que q1 y q2 están en el aire. Calcular el valor de la
fuerza F que q2 ejerce sobre q1.
Datos: Fórmula:
q1 = 0.25 μC = 0.25 x 10-6 C F= k q1 q2
q2= -0.50 μC = - 0.5 x 10-6 C r2
F=?
k= 9 x 10 9 N.m2/C
r= 0.05 m
Sustitución:
F= 9 x 109 N.m2/C (0.25 x 10-6 C)(-0.5 X 10-6 C)= -450 x 10-3 N
(0.05 m)2 =-0.45 N

Problemas resueltos
8. Una carga puntual positiva q1= 0.23 μC se coloca a una distancia r= 3 cm de
otra carga también puntual pero negativa q2= -0.60 μC. Suponiendo que q1 y
q2 están en el aire, calcular el valor de la fuerza F que q2 ejerce sobre q1.
Datos: Fórmula:
q1= 0.23 μC = 0.23 x 10-6 C F= K q1 q2
q2= -0.60 μC= - 0.60 X 10-6 C r2
F= ?
r= 3 cm= 0.03 m
k= 9 x 109 Nm2/C2
Sustitución:
F= 9 X 109 N.m2/C2 (0.23 x 10 -6 C)(-0.60 x 10 -6 C) =
( 0.03 m)2
Resultado
F= 9 X 109 N.m2/C2 (-0.130 X 10 -12 C2) = -1380 x 10-3 N =
0.0009 m2
F= -1.38 N

Problemas resueltos
9. Dos cargas puntuales negativas cuyos módulos son q1= -4.3 μC y q2= -2 μC
están separadas en el aire a una distancia r= 30 cm. ¿Cuál es el valor de q1
ejerce sobre q2?
Datos: Fórmula:
q1= -4.3 μC = -4.3 x 10-6 C F= k q1 q2
q2= -2 μC = -2 X 10 -6 C r2
r= 30 cm = 0.3 m
K= 9 x 109 Nm2/C2
F = ?
Sustitución :
F= 9 x 109 N.m2/C2 (-4.3 x 10 -6 C)(-2 x 10 -6 C)
(0.3 m)2
Resultado:
F= 9 x 109 N.m2/C2 (8.6 x 10 -12 C2) = 860 x 10 -3 N=
0.09 m2
F=0.86 N

Problemas resueltos
10. En un átomo de hidrógeno un electrón gira alrededor de un
protón en una órbita de radio igual a 5.3 x 10-11 m. ¿Con qué
magnitud de fuerza eléctrica se atraen el protón y el electrón?
Datos: Fórmula:
q1= -1.6 x 10-19 C F= k q1 q2
(carga del electrón) r2
q2= 1.6 x 10 -19 C
(carga del protón)
r= 5.3 x 10-11 m
k= 9 x 109 Nm2/C2
F=?

Problemas resueltos
Sustitución:
F= 9 X 109 Nm2 /C2 (-1.6 x 10 -19 C)(1.6 x 10-19 C)
(5.3 X 10-11 m)2
F= -0.82 x 10 -7 N = - 8.2 X 10-8 N
Resultado:
F= -8.2 X 10-8 N

PROBLEMAS RESUELTOS
11. Una carga eléctrica de -4 nanoCoulombs se encuentra en el
aire a 0.2 m de otra carga de -5 nanoCoulombs. Calcular:
a) ¿Cuál es la magnitud de la fuerza eléctrica entre éstas?
Datos: Fórmula:
q1 = 4 nCoulombs F= k q1 q2
q2= -5 nCoulombs r2
r = 0.2 m
K = 9 x 109 Nm2/C2
F= ?

Problemas resueltos
Sustitución:
F= (9 X 109 Nm2/C2) (-4 x 10-9 C)(-5 x 10-9 C)
(0.2 m)2
Resultado:
F= 4500 x 10-9 = 4.5 X 10 -6 N

Problemas resueltos
12. Dos cargas iguales se encuentran en el aire a 20 cm de
distancia y se rechazan con una fuerza cuya magnitud es de 8
x 10 -1 N. ¿Cuánto mide cada carga en Coulombs?
q1= ? F= k q1 q2 q2 = Fr2
q2= ? r2 k
r= 20 cm= 0.20 m
F= 8 x 10-1 N
q = (8 x 10 -1 N)(0.20 m)2 q= 0.188 x 10-5 C
9 x 109 N.m2/C2
q= 1.88 x 10-6 C= 1.88 µC

Problemas resueltos
• Comentarios: Como cada carga tiene el mismo valor, por lo
que su producto es q2 en la fórmula, que al despejarse queda:
q2 = Fr2 q= Fr2
k k
Cada carga tiene un valor de 1.88 x 10 -6 C

Problemas resueltos
13. Determinar la magnitud de la fuerza entre dos cargas cuyos valores
son q1 = - 3 μC y q2 = 4 μC al estar separadas en el vacío por una
distancia de 50 cm.
Datos: Fórmula:
F= ? F= k q1 q2
q1= -3 μC = -3 x 10-6 C r2
q2= 4 μC = 4 x 10-6 C
r = 50 cm
k = 9 x 109 Nm2/C2
F= 9 x 109 Nm2/C2 (-3 x 10 -6 C)(4 x 10-6 C) F= -432 X 10 -3 N
(0.5 m)2
F= -4.32 X 10-1 N

Problemas resueltos
14. Determinar la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyo
valores son q= -5µC y q2 = -4 µC, al estar separadas en el vacío a una
distancia de 20 cm.
Datos: Fórmula:
F=? F= k q1 q2
q1 = -5 µC = - 5 x 10-6 C r2
q2 = -4 µC = - 4 x 10-6 C
r= 20 cm
k= 9 x 109 Nm2/C2
F= 9 x 109 Nm2/C2 (-5 x 10-6 C)(-4 x 10 -6 C ) =
(0.2 m)2
F= 4.5 N

Problemas resueltos
15. Una carga de 7 x 10-9 C se encuentra en el aire a 0.1 m de otra
carga a 3 x 10-9 C. Determinar la magnitud de la fuerza eléctrica
entre ellas. Calcular la magnitud de la fuerza eléctrica si las cargas
se sumergen en gasolina.
Datos: Fórmula:
q1 = 7 x 10-9 C F= k q1q2
q2= 3 x 10-9 C r2
r= 0.1 m
F =?
F’= ?
k= 9 x 109 Nm2/C2
Er gasolina = 2.35

Problemas resueltos
Sustitución:
F= (9 x 109 Nm2/C2) (7 x 10-9 C)(3 x 10-9 C)
(0.1 m)2
F= 18900 x 10-9 N (en el aire)
Si estuviera sumergida en gasolina:
Er = F F´= F F´ = 1.89 X 10-5 N
F´ Er 2.35
F´= 0.8042 x 10-5 N (en gasolina)
F= 1.89 x 10 -5 N
(en el aire)
F´ = 8.04 x 10-6 N
(en gasolina)

Problemas resueltos
16. Determinar la carga eléctrica del protón si se atrae con el electrón
en el átomo de hidrógeno con una fuerza cuya magnitud es de -8.2
x 10 -8 N y el radio de la órbita en la que gira el electrón es de 5.3 x
10 -11 m.
F= -8.2 x 10 -8 N F= k q1q2 q2= Fr2 _
r= 5.3 x 10 -11 m r2 kq1
qe = -1.6 x 10-19 N
qp = ?
K= 9 X 109 N.m2/C2
q2 = (-8.2 x 10-8 N) x (5.3 x 10 -11 m)2 =
(9 x 109 N.m2 /C2)(-1.6 x 10 -19 C)
qP = 16 x 10 -20 C
qP = 1.6 x 10-19 C

Problemas resueltos
17. Calcular la magnitud de la fuerza de repulsión entre dos protones
que se encuentran a una distancia de 4.2 x 10-15 m en un núcleo de
cobalto.
Datos: Fórmula:
F= ? F= k q1 q2
r= 4.2 x 10-15 m r2
q1 = 1.6 x 10 -19 C
q2 = 1.6 x 10 -19 C
k= 9 x 109 Nm2/C2
Sustitución:
F= 9 x109 N.m2 /C2 (1.6 X 10 -19 C)(1.6 X 10 -19 C)
(4.2 X 10 -15 m)2

Problemas resueltos
F= 9 x 109 Nm 2/C2 (2.56 x 10 -38 C2) = 1.306 x 101 N
17.64 X 10-30 m2
F= 13.06 N

Problemas resueltos
18. Determinar la distancia a la que se encuentran dos cargas
eléctricas de 8 x 10-8 C, al rechazarse con una fuerza cuya
magnitud es de 4.5 x 10-3 N.
r = ? F= k q1 q2 r = k q1 q2
q1 = 8 x 10-8 C r2 F
q2 = 8 x 10-8 C
F = 4.5 x 10-3 N
r= 9 x 109 N.m2/C2 (8 x 10 -8 C)(8 x 10 -8 C)
4.5 x 10-3 N
r= 0.113 m

Problemas resueltos
19. La magnitud de la fuerza con que se rechaza una carga de 8 µC con
otra carga es de 4 x 10 -1 N. Determinar el valor de la carga
desconocida si las dos cargas están separadas en el aire con una
distancia de 50 cm.
q1 = 8 µC= 8 x 10-6 C F= k q1 q2 q2= Fr2
q2 = ? r2 kq1
F = 4 x 10-1 N
r = 50 cm= 0.5 m
Sustitución:
q2= (4 x 10-1N) (0.5 m)2 q2= 1 x 10-1 N.m2
(9 x 109 Nm2/C2)(8 x 10-6 C) 72 x 103 Nm2/C
q2= 0.0138 X 10-4 C q2= 1.38 X 10 -6 C = q2 = 1.38 μC

Problemas resueltos
20. Determinar la distancia a la que se encuentran dos cargas
eléctricas de 4 x 10-7 C cada una al rechazarse en el aire con
una fuerza cuya magnitud es de 5 x 10 -2 N.
Datos Fórmula Despeje:
r= ? F= k q1 q2 r2 = k q1 q2
q1= 4 x 10 -7 C r2 F
q2= 4 x 10 -7 C
F= 5 X 10 -2 N
Sustitución:
r= (9 x 109 Nm2/C2) (4 X 10-7 C)(4 X 10-7 C)
5 X 10-2 N

Problema resuelto
r= 9 x109 Nm2 (16 X 10-14 C2) r= 9 X 109 Nm2 (3.2 X 10-12C2/N)
C2 (5 x 10-2 N) C2
r= 28.8 x 10 -3 m2 0.0288 m2 = r= 0.1697 m

Actividad experimental 1
• Objetivo: que el estudiante comprenda y compruebe los
conceptos relacionados con la electricidad.
• Tomar un peine de plástico y pasándolo algunas veces por sus
cabellos (que deben estar limpios y secos) se electrizará.
1. Acerque el peine a objetos ligeros, como pequeños trozos de
papel o de unicel.
2. Deje escurrir un chorro fino de agua de una llave y aproxime a
ella el peine electrizado.
Observe qué sucede en ambos casos. ¿Los pedazos de papel y
el filamento de agua se encontraban inicialmente
electrizados? ¿Por qué fueron atraídos por el peine?

Actividad experimental 2
• Con papel aluminio, haga una esferita y cuélguela del extremo de
un hilo de coser. El otro extremo del hilo se cuelga de un soporte
aislante (en lo alto del marco de madera de una puerta o de una
placa de unicel), así se obtendrá un electroscopio simple, llamado
péndulo eléctrico. Electrizando un peine en la forma descrita en el
experimento anterior, acérquelo luego a la bolita del electroscopio.
Observe que ésta es inicialmente atraída por el peine, pero
después de hacer contacto con él es rechazada: compruebe esta
repulsión tratando de aproximar el peine a la bolita.
a) La esferilla estaba inicialmente electrizada, entonces ¿por qué fue
atraída por el peine?
b) ¿Por qué después de tocar a este último, la bolita fue repelida por
él?

Bibliografía
• Física para Bachillerato
Pérez Montiel, Héctor
Editorial: Patria.
2011
• Física general con experimentos
Alvarenga, Beatriz. Máximo, Antonio.
Editorial: Oxford.
2014

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