TEMA 1: CAMPOS ELECTROSTATICOS

 

“Por respeto a las personas… de tipos diferentes, la verdad científica debe presentarse en distintas formas, y debe considerarse como igualmente científica, tanto si aparece en la forma intensa y de vivos colores de una ilustración física, como en la tenue palidez de la expresión simbólica” James Clerk Maxwell.

 

Contenidos:

1.  Carga eléctrica: Propiedades

2.  Materiales conductores y aislantes

2.1.   Conductores: Carga por inducción, conexión a tierra.

2.2.   Dieléctricos: Polarización

3.  Ley de Coulomb

3.1.   Fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales

3.2.   Fuerza sobre una carga debida a varias cargas puntuales

4.  Campo eléctrico

4.1.   Definición

4.2.   Representación del campo eléctrico: Líneas de campo

5.  Diferencia de potencial eléctrico

6.  Distribución continua de carga en objetos: Densidad de carga

Þ              Anexo: Sistema internacional de unidades

 

Objetivos:

Þ   El objetivo general a cubrir en este tema es el conocimiento “panorámico” de los conceptos básicos utilizados en el estudio de los campos electrostáticos (Carga eléctrica, ley de Coulomb, campo eléctrico, diferencia de potencial, propiedades eléctricas básicas de los materiales conductores y aislantes)

Þ   Entender el concepto de carga eléctrica y sus propiedades.

Þ   Conocer la ley de Coulomb como el principio experimental que rige la fuerza entre cargas eléctricas.

Þ   Interpretar la interacción entre cargas en términos de un campo vectorial, en oposición al concepto de fuerzas instantáneas de acción a distancia.

Þ   Visualizar los campos eléctricos mediante líneas de campo.

Þ   Entender el significado de la diferencia de potencial electrostático en términos de trabajo contra las fuerzas del campo eléctrico.

Þ   Entender que las diferencias entre dieléctricos y conductores se deben a su diferente estructura atómica.

Þ   Comprender el efecto total que produce un campo eléctrico sobre un dieléctrico y sobre un conductor, entendiendo las diferencias prácticas entre ambos casos y sus implicaciones en diversos supuestos,

Þ   Conocer las magnitudes utilizadas para definir una distribución continua de carga en objetos. (Las densidades de carga)


 

Bibliografía básica:

Para obtener aclaraciones sobre lo expuesto en clase y revisar los contenidos desde otros puntos de vista, se recomienda la consulta de los apartados indicados en las siguientes referencias.

Apt 1                 Serway 23.1                          Tipler P. 18.1

Apt. 2                Serway 23.2                          Resnick 27.3

Apt 2.1              Serway 24.4                          Resnick 29.4, 30.10 (los dos primeros apartados)

Apt 2.2              Marshall pp 278-279            Resnick 31.6 (sin atender a las referencias sobre condensadores)

Apt 3                 Serway 23.3                          Resnick 27.4

Apt 4                 Serway 23.4                          Resnick 28.1 - 28.5

Apt 5                 Serway 25.1                          Resnick 30.1-30.4, 30.8

Apt 6                 Serway 23.5                          Resnick 28.5 (sólo primer apartado)

 

Referencias completas:

Tippler P., “Física”, Reverté, 3ª ed., Vol. 2, Bilbao, 1996.

Un libro de física general, del mismo nivel que el Serway y el Resnick pero que utiliza fotografías y dibujos a todo color. Puede ser un complemento muy interesante a los apuntes obtenidos en clase.

Serway R., “Física”, 4ª Ed, , McGraw-Hill, México, 1997.

Cuando nos refiramos a esta obra pondremos Serway Compl.

Serway R., “Electricidad y Magnetismo”,3ª Ed. revisada, McGraw-Hill, México, 1997.

Esta es la versión reducida del tratado de Física del mismo autor en dos volúmenes, disponible también en la biblioteca. La parte de electromagnetismo comienza en el segundo volumen y su referencia completa es:

Resnick y Halliday., “Física”, Tomo II, 4ª, Ed. CECSA, Mexico, 1993.

Marshall S., DuBroff R., Skitek G., “Electromagnetismo, conceptos y aplicaciones”, 4ª Ed., Prentice Hall, México, 1997.

 

Nota:

Resnick, Serway o Tippler son adecuados para empezar a estudiar la asignatura. Marshall es un libro de nivel superior que puede utilizarse después con mayor soltura.

La bibliografía específica para la resolución de problemas se incluye en los problemas propuestos para el tema 1.

Bibliografía adicional:

 

Arcega F., “Unidades de medida”, 1ª Ed., Prensas Universitarias de Zaragoza, 1995.

Un conciso manual muy práctico para resolver cualquier duda sobre unidades.

 

Franco García, Angel; Curso de física por ordenador; Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Eibar www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/plano/plano.htm

Es un curso completo de física, muy interesante que incluye animaciones de los problemas más importantes y abundantes reseñas históricas.

 

Abellanas L. et al, “Matemáticas 2º de Bachillerato”, McGraw-Hill, 1996.

Los estudiantes con problemas con las derivadas y el cálculo integral en una variable (integrales inmediatas, cambios de variable sencillos, regla de Barrow etc.), cuyos principios deberían dominarse al término de la enseñanza secundaria, pueden repasarlos en su libro de matemáticas habitual o en este texto elemental.

 

Quien necesite textos matemáticos más avanzados, puede consultar al profesor.

 


Secuenciación prevista:

 

En esta sección se detallan las horas de trabajo, calculadas por el profesor, para que el estudiante promedio alcance los objetivos de aprendizaje previstos en relación con el tema. Han sido calculadas en el supuesto de que el alumno haya asistido a clase y haya recogido sus propios apuntes. La evaluación de la carga de trabajo que supone cada asignatura para el estudiante es un requisito exigido para la implantación de las nuevas titulaciones dentro del marco de la convergencia europea. Para que esta estimación sea realista es necesaria la colaboración de los estudiantes. Por lo que se entregará a los alumnos una cartulina donde apuntar el esfuerzo dedicado para cada una de las actividades que realice en relación con la asignatura. Se ruega la máxima participación y atención en la cumplimentación.

Además, hemos incluido algunos  consejos para optimizar el tiempo de estudio.

 

!    Las horas de estudio y de realización de problemas, relativas a cada tema, deben ejecutarse próximas en el tiempo a las clases de teoría.

!    Si subsiste alguna duda tras el tiempo de estudio debe solucionarse lo antes posible, en tutorías, preguntando a compañeros o mediante la bibliografía, pero siempre antes de pasar al tema siguiente.

 

Horas previstas para el estudio de la parte teórica del tema: 2h 30’

 

!    Se recomienda realizar estas horas de estudio en la biblioteca teniendo a mano una de las referencias sugeridas, por ejemplo el Serway, para leer algo distinto a vuestros apuntes y poder solucionar alguna duda.

!    Tras estas horas de estudio se debería tener unos buenos apuntes del tema con las ideas clave subrayadas y listos para poder repasar en poco tiempo las cuestiones esenciales.

 

De la colección de problemas que se proponen para este tema se realizarán en clase, en principio, los siguientes:

3, 6, 10, 14,18, 23

!    Estos problemas se deben intentar entender en clase y luego usar como ejemplos para la resolución del resto.

 

Los estudiantes deben intentar resolver los siguientes ejercicios

4, 5, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 15, 17, 19, 22, 24.

Para ello el tiempo estimado es de 4h.

 

Los problemas 1, 2, 16, 20, 21, 25, 26 son considerados especiales y, en principio no es necesaria su realización para la comprensión de los puntos fundamentales del tema. Se incluyen como material adicional para los alumnos interesados.

 

Más adelante se entregarán a los estudiantes algunos problemas totalmente resuelto.,

!    El estudiante no debe esperar a los ejercicios resueltos para intentar todos los problemas que considere necesarios para dominar el tema.

 

En resumen, el tiempo total de estudio estimado para de este tema, incluido el necesario para la realización de ejercicios, es de 6h 30’