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CED JORGE ELIECER GAITAN
JORNADA TARDE
FISICA 11
GUIA DE APRENDIZAJE
Saber- Saber Reconocer la fuerza eléctrica, campo eléctrico y potencial eléctrico generado por cargas puntuales
Saber Hacer:Aplican las condiciones a la solución de problemas y en el análisis de configuración de cargas
puntuales
Saber Ser:Relación entre la fuerza eléctrica y el campo eléctrico
ACTIVADOR COGNITIVO
Cuente cuantas letras "F" tiene el texto siguiente.
Hágalorápidamente:
"FINISHED FILES ARE THE RESULT OF YEARS OF SCIENTIFIC STUDY COMBINED WITH
THE EXPERIENCE OF YEARS”
¿Cuántas?
ACCESO A LA INFORMACION
Prerrequisitos y preconceptos:
Probablemente fueron los antiguos filósofos griegos, (624 – 543 a. C.)– los primeros en observar fenómenos
eléctricos. Unos 500 años antes de Cristo, comprobaron que cuando frotaban con piel de animal un trozo de
ámbar (un tipo de resina fósil), esta era capaz de atraer algunos objetosmuy livianos como semillas secas. Los
fenómenos electrostáticos, como escuchar chasquidos alsacarnos una prenda de vestir, peinar varias veces
nuestro cabello seco y luego acercarlo a pequeños trozos de papel, por ejemplo, se producen por la interacción
de la carga eléctrica de un cuerpo con la de otro. La palabra electricidad proviene del término élektron, palabra
con que los griegos llamaban al ámbar.
Cuando un átomo –o un cuerpo–tiene la misma cantidad de cargas positivas (protones) y negativas (electrones)
se dice que está eléctricamente neutro. Si se produce un desequilibrio entre la cantidad de electrones y
protones, se dice que está electrizado. El cuerpo que pierde electrones queda con carga
positiva y el que recibe electrones queda con carga negativa. Se llama cargaeléctrica (q) al
exceso o déficit de electrones que posee un cuerpo respecto al estado neutro. La carga neta
corresponde a la suma algebraica de todas las cargas que posee un cuerpo.
Formas para electrizarun cuerpo
B. Franklin (1706-1790)
Al observar lo que sucede cuando frotamos con nuestra ropa una regla plástica y la acercamos a las hojas de un
cuaderno o al “hilo” de agua que cae por una llave de agua, o cuando notamos una chispa al tocar a una persona
luego de caminar por una alfombra en un día de verano, entre otro, ejemplos, podemos inferir que la materia se
puede electrizar. Un cuerpo eléctricamente neutro se electriza cuando gana o pierde electrones. Existen tres
formas básicas de modificar la carga neta de un cuerpo: electrización porfrotamiento, contacto e inducción. En
todos estosmecanismos siempre estápresente el principio deconservación de la carga, quenos dice que la carga
eléctrica no se crea ni se destruye, solamente se transfiere de un cuerpo a otro.
a. Frotamiento. En la electrización por fricción, el cuerpo menos conductor saca electrones de lascapas
exteriores de los átomos del otro cuerpo quedando cargado negativamente y el que pierde electrones queda
cargado positivamente.
b. Contacto. En la electrización por contacto, el que tiene exceso de electrones (carga –) traspasa carga
negativa al otro, o el que tiene carencia de ellos (carga +) atrae electrones del otro cuerpo. Ambos quedan con
igual tipo de carga.
c. Inducción. Al acercar un cuerpo cargado al conductor neutro, las cargas eléctricas se mueven de tal manera
que las de signo igual a las del cuerpo cargado se alejan en el conductor y las de signo contrario se aproximan al
cuerpo cargado, quedando el conductor polarizado. Si se hace contacto con tierra en uno de los extremos
polarizados, el cuerpo adquiere carga del signo opuesto.
ACTIVIDAD 1
Realice un diagrama donde explique las diferentes formas de electrizar un cuerpo.
Nueva Información:Fuerza eléctrica
Dos cargas eléctricas del mismo signo se repelen, mientras que si son de signos contrarios se atraen. Esta
fuerza eléctrica de atracción o repulsión, depende de las cargas eléctricas y de la distancia entre ellas.
LA CARGA NI SE CREA NI SE DESTRUYE SE TRANSFIERE(átomos, moléculas y cuerpos)
LA LEY DE COULOMB
Las primeras experiencias que permitieron cuantificar la fuerza eléctrica entre dos cargas se
deben al francés Charles Coulomb, en el año 1785.A partir de sus resultados,Coulomb enunció una ley
quedescribe esta fuerza, de atraccióno de repulsión, la que es conocidacomo ley de Coulomb, y que es
unprincipio fundamental de laelectrostática.
La ley de Coulomb sostiene que: la fuerza eléctrica entre doscargas puntuales (q1 y q2), separadas una
distancia r, esdirectamente proporcional alproducto de sus cargas einversamente proporcional al cuadrado de la
distancia que las separa
EJEMPLO
Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1 = + 1 x 10-6 C. y q2 = + 2,5x 10-6 C. que se
encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5 cm.
Se grafica la situación y se aplica la ley de Coulomb
Como la respuesta obtenida es de signo positivo nos está indicando que la fuerza es de repulsión.
Integración: .ACTIVIDAD 2
EJERCICIOS
1 Se tienen dos esferas cargadas eléctricamente con 4x10-8 C y 2.3x10-7 C respectivamente y están separadas
35 cm en el aire. Calcular la fuerza eléctrica de atracción entre ellas.
2 Dos cargas puntuales q1= 3.10-6 y q2= 4.10-6estan separadas 0,5 m y ubicadas en el vacío.
a) Calcule el valor de la fuerza entre las cargas b) Construya un esquema donde represente la situación
anterior y las fuerzas de interacción entre las cargas.
3 Dos cargas A y B, separadas 3 cm, se atraen con una fuerza de 40 μN. ¿Cuál es la fuerza entre A y B si se
separan 9 cm
4 ¿cual es la fuerza que ejercen dos cargas q1=5c y q2=-2c a una distancia de 0.25m
5 ¿Cuál es la fuerza que actúa entre dos cargas, una de 8*10-8 C y otra de 2X10-6 C separadas por una
distancia de 0.3 m?
6 Calcular la distancia entre el electrón y el protón de un átomo de hidrógeno si la fuerza de atracción es de
8,17 x10-8 N.
7 Una carga puntual de-2u C está localizada en el origen. Una segunda carga puntual de 6u C se encuentra en
x=1m y=0,5m. Determinar las coordenadas x e y de la posición en la cual un electrón estaría en equilibrio.
8 Tenemos un triangula equilátero de tres cargas:q1 = 3 C, q2 = 5 C, q3 = 8 C¿Qué fuerza ejercen estas
cargas sobre q3 si la distancia entre cada una es de 0.5m?
9 Tres cargas puntuales se colocan en las esquinas de un triángulo equilátero.Calcule la fuerza eléctrica neta
sobre la carga de 7 micro culombios.
10 En la figura, las dos esferitas son iguales, de 100 g de masa, y tienen la misma carga eléctrica. Los dos hilos
son aislantes, de masa despreciable y de 15 cm de longitud. Determina la carga de las esferas sabiendo
que el sistema está en equilibrio y que el ángulo entre las cuerdas es de 10º.
APLICACIÓN
RecordaciónCAMPO ELECTRICO
Después de definir el concepto de la fuerza eléctrica, la pregunta que nos debemos realizar es cómo se aplica la
fuerza entre cargas interactuantes?, además, si suponemos que estas cargas se encuentran separadas por una
distancia “r” y en el vacío. A este tipo de interacción es se denomina acción a distancia, en donde la fuerza se
aplica entre cuerpos que se encuentran separados entre sí. En consecuencia, para definir este tipo de
interacción es necesario definir un concepto nuevo, llamado Campo, y que será el responsable de generar la
fuerza entre las cargas o cuerpos que se encuentran separados por una distancia “r”.
El producto de la presencia de una carga eléctrica es que se genera en el espacio colindante a ella una
propiedad que le llamaremos intensidad de campo eléctrico, propiedad que tiene características vectoriales y que
la determinaremos haciendo uso de una carga de prueba positiva, que la posicionaremos en el espacio que
rodea a la carga generadora de campo, para determinar la fuerza que se genera sobre ella,
Ahora si representamos en la siguiente figura, solo los vectores intensidad de campo eléctrico generado por
cargas positivas y negativas en su espacio colindante, se muestra:
Sabemos que la fuerza que aplica una carga
(Q) sobre una carga de prueba (q) que se ubica a una distancia “r” tiene una magnitud:
tenemos que la magnitud del campo eléctrico en un punto en donde se ubica la carga de prueba tiene, la
siguiente forma:
En donde la unidad de medida de vector intensidad de campo eléctrico, en el sistema internacional es:
De acuerdo a la relación, se tiene que el campo generado por una carga puntual, depende de la carga que lo
genera y no de la carga de prueba, además de considerar que depende del inverso del cuadrado de la distancia
entre la carga generadora de campo y un punto del espacio colindante a la carga.
Ejemplo
Calcular la intensidad del campo eléctrico de una carga de prueba de 3x10 -8 C que recibe una fuerza de 7.2x1 010 N.
E=F/q2=7.2x10-10 N/3x10-8 C=2.4 x 10-2 N/C
RefinamientoACTIVIDAD 3
De acuerdo con la información elabore los siguientes ejercicios.
1 Una carga de 2 μC colocada en un punto “P” en un campo eléctrico experimenta una fuerza de 8 x 10-4 N.
Determinar el campo eléctrico en ese punto.
2 En un punto determinado, la intensidad de campo eléctrico es de 4x10-3 N/C en dirección al este. Una carga
desconocida recibe una fuerza de 5x10-6 N hacia el oeste. Calcular el valor de la carga.
3 Calcular la intensidad de campo eléctrico en un punto “P” localizado 6 mm a la izquierda de una carga de
8 nC. Asimismo, determinar la magnitud y dirección de la fuerza de una carga de -2 nC colocada en un punto
“P”.
4 Determinar la intensidad de campo eléctrico en un punto colocado a 3 cm a la derecha de una carga de 16 nC
y 4 cm a la izquierda de una carga de – 9 nC.
5 Una carga q1 de 20 μC este 4 cm arriba de una carga desconocida q2. La intensidad de campo eléctrico en un
situado 2 cm arriba de q1 es de 2.20 x 109 N/C con dirección hacia arriba. ¿Cuáles son la magnitud y el
signo de q2?
6 Dos cargas puntuales de 9 μC y -2 μC están separadas 50 mm. Determinar la intensidad de campo eléctrico
en un punto localizado 30 mm directamente arriba de la carga de -2 μC
7 Dos cargas puntuales negativas de -7 mC y -12 mC están separadas 12 mm ¿Qué intensidad de campo
eléctrico se genera en un punto “A” situado a 4 mm de la carga -7 mC y en un punto “B” localizado a 3 mm
exactamente arriba del punto “A”?
8 Dos cargas de 12 nC y 18 nC están separadas por una distancia horizontal de 28 mm ¿Cuál es la intensidad
de campo eléctrico resultante en un punto equidistante de 20 mm de longitud localizado arriba de la horizontal
que une a las cargas?
Construcción en Pequeño Grupo: Organice grupos de cuatro estudiantes máximo y entrega el desarrollo de los
ejercicios relacionados con Campo eléctrico y Potencial eléctrico
POTENCIAL ELÉCTRICO
Si una carga eléctrica q situada en un punto de un campo eléctrico se duplica, triplica o aumenta n veces, la
energía potencial eléctrica aumentará en la misma cantidad, respectivamente. Sin embargo, es más frecuente
considerar, en dicho punto, el potencial eléctrico (V) que corresponde a la energía potencial eléctrica por unidad
de carga, ya que este valor será el mismo, independiente de la cantidad de cargas o incluso si no hay cargas(es
una propiedad del espacio). Por lo tanto:
𝑢
𝑘𝑞
𝑣= 𝑣=
𝑞
𝑟
V  Potencial eléctrico en volt (v), U  Energía potencial eléctrica en J , q  Carga eléctrica en CLa unidad de
medida del potencial eléctrico es el volt, en honor del físico italiano Alessandro Volta (creador de la pila eléctrica),
que corresponde a J/C. Por ejemplo, un potencial de 220 V significa que en ese punto una carga de 1 C adquiere
una energía de 220 J.1 volt = 1 joule/coulomb
DIFERENCIA DE POTENCIAL ELÉCTRICO
La energía potencial eléctrica por unidad de carga o potencial eléctrico varía de acuerdo a la distancia respecto
de una carga generadora. Por lo tanto, existe una diferencia de potencial eléctrico (V) entre dos puntos ubicados
a diferentes distancias de la carga generadora de un campo eléctrico .La diferencia de potencial eléctrico se
define como el trabajo (W) realizado por un agente externo por unidad de carga, independientemente de la
trayectoria seguida. Luego, la diferencia de potencial entre dos puntos de un campo eléctrico está dada por:
V 
W
q
V : Diferencia de potencial en volt W : Trabajo en Joule, q : carga eléctrica en C
En términos de la variación de la energía potencial eléctrica podemos escribir la relación:
ΔU = q ·ΔV
Así, una carga q que se mueve entre dos puntos del espacio que están a diferente potencial, cambia su energía
potencial en q  V
Ep=KqQ energía potencial
v= kq potencial eléctrico
R
r
Ejemplo: Determinar el potencial eléctrico en un punto que se encuentra a 6 cm de una carga de 8.40 μC y
determinar la energía potencial de una carga de -2 nC colocada en el punto.
RECAPITULACIÓN
Socialización al Gran Grupo:ACTIVIDAD 4
Cada relator del pequeño grupo presenta su producto en plenaria.
5 Determinar el potencial eléctrico en un punto medio de una recta que une a una carga de -12 μC con otra
carga de 3 μC localizada a 80 mm de la primera.
2 Una carga de 45 nC se encuentra 68 mm a la izquierda de una carga de -9 nC. Determinar el potencial
eléctrico en un punto que se localiza 40 mm a la izquierda de la carga de -9 nC.
3 Los puntos A y B se localizan a 68 y 26 mm de una carga de 90 μC. Determinar:
a) El potencial eléctrico en cada uno de los puntos
b) La diferencia de potencial entre los dos puntos
4 Una carga de 6 μC se encuentra en x=0 sobre el eje de las x, y una carga de -2 μC se localiza en x= 8 cm.
Determinar el trabajo realizado para llevar una carga de -3 μC desde el punto x=10 cm hasta el punto x=3 cm.
5 ¿A cuánta distancia de una carga puntual, el potencial eléctrico es de 400 N/C? Determinar la distancia a la
carga y la magnitud de dicha carga.
Verificación:El desarrollo de la guía permite calificar:
Trabajo individual: Activador Cognitivo, mapa conceptual o diagrama (prerrequisitos) y ejercicios sobre
Fuerzas Eléctricas
Trabajo en grupo: Desarrollo de los ejercicios sobre campo eléctrico y potencial eléctrico, se entrega un informe
por grupo
Reflexión:Recordemos que una estrategia de aprendizaje son las guías de aprendizaje, el buen desarrollo de la
guía asegura un buen aprendizaje.
Regulación: Los estudiantes deben entregar las diferentes actividades a tiempo y en forma organizada.