Electrostatica que es formulas y ejercicios


¿Qué es la electrostática?

La electrostática es una rama de la física que trata el estudio de los campos eléctricos y el comportamiento de los cuerpos en dichos campos. Se lleva a cabo a través de la atracción y repulsión que estos campos pueden generar.

Formulas de Electrostática

  • Ley de Coulomb: Establece que la fuerza entre dos cargas punto es directamente proporcional al producto de los valores y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas:
    F =k(q1*q2) / r2
  • Ley de Gauss: Establece que la cantidad de carga que hay dentro de una superficie se puede medir conociendo el valor del campo eléctrico en su contorno.
    Φ = ∫ E ⋅ dS

Ejercicios de Electrostática

A continuación se muestran algunos ejemplos de ejercicios de electrostática para practicar los conceptos aprendidos:

  • Calcular la fuerza entre dos cargas puntuales de +3μC y -5μC cuando están separadas por una distancia de 2m.
  • Determinar la cantidad de carga dentro de un cilindro de radio 5cm y longitud 10cm si el campo eléctrico en su contorno es de 4V/m.
  • Calcular la fuerza atractiva y la fuerza repulsiva entre dos cargas de 5μC.
  • Determinar el campo eléctrico en una esfera de radio 10cm si tiene una carga de 10μC dentro de ella.

Esperamos que esto te sirva para practicar e implementar los conceptos aprendidos acerca de la electrostática.

Principales Conceptos de la electrostática

La electrostática estudia los campos eléctricos originados por las cargas estáticas, y explica cómo interactúan los cuerpos por medio de estos campos. La ley general de la electrostática matemática expresa que la fuerza, o la intensidad del campo eléctrico, que se ejerce entre dos cargas separadas, depende de la magnitud de cada una de las cargas, de su signo y de la distancia entre ellas. Esta ley se conoce como Ley de Coulomb:

Fórmula de la Ley de Coulomb

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  • Fe = (K.q1.q2)/d2
  • Donde:

    • Fe = Fuerza electrostática entre dos partículas.
    • K = Constante de Coulomb.
    • q1 y q2 = Magnitud de las dos cargas.
    • d = Distancia entre ellas en metros (m).

Ejercicios de Electrostática

A continuación de dejan algunos ejercicios sencillos para comprender mejor los principios de la electrostática:

Ejercicio 1

Una partícula puntual con carga q1 = -4.000μC, está separada a una distancia de 10 cm de una segunda carga q2 = 8.000μC. Calcular la fuerza eléctrica resultante ejercida sobre q2:

Solución

Fe = (K.q1.q2)/d2

Fe = (8,99×109 x (-4.000×10-6) x (8.000×10-6)) / (0,10)2

Fe = -3.58×10-4N

Ejercicio 2

Se ubican cuatro cargas eléctricas, q1 = +6.000μC, q2 = -2.000μC, q3 = -4.000μC, q4 = -2.000μC. ¿Cuál es la fuerza total ejercida por estas cargas sobre una carga q0 = +5.000μC, ubicada en el origen?

Solución

Ftotal = F12 + F23 + F34 + F41

Ftotal = (K.q0.q1)/d2 + (K.q0.q2)/d2 + (K.q0.q3)/d2 + (K.q0.q4)/d2

Ftotal = (8,99×109 x (+5.000×10-6) x (+6.000×10-6)) + (8,99×109 x (+5.000×10-6) x (-2.000×10-6)) + (8,99×109 x (+5.000×10-6) x (-4.000×10-6)) + (8,99×109 x (+5.000×10-6) x (-2.000×10-6)) / d2

Ftotal = 3.59×10-3N en dirección a q1.

Ejercicio 3
Determinar el campo eléctrico entre dos cargas de 5μC.

Solución
Para determinar el campo eléctrico, necesitamos primero conocer la distancia entre las cargas. Si suponemos que la distancia entre ellas es de 1m, entonces el campo eléctrico será:
E = (K.q1.q2)/d2
E = (8,99×109 x (5×10-6) x (5×10-6)) / (1)2
E = 2,24x107N/C

Ejercicio 4
Determinar el campo eléctrico en una esfera de radio 10cm si tiene una carga de 10μC dentro de ella.

Solución
El campo eléctrico en cualquier punto dentro de la esfera será el mismo y lo podemos resolver usando la fórmula del campo eléctrico del campo eléctrico generado por una carga puntual:

E = K.q/r2

E = (8,99×109 x (10×10-6)) / (0,10)2
E = 8,99x108N/C

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