Fuerza sobre una partícula cargada
Imagina que tienes una bola diminuta con carga positiva. Lo dejas ir y comienza a moverse hacia la derecha, cada vez más rápido cuanto más se aleja de ti. Puede ver que nada lo tocó, pero también puede ver que algo debe haber ejercido una fuerza sobre este objeto cargado para hacerlo acelerar así. ¿Qué era?
Todas las cargas crean un campo eléctrico invisible a su alrededor. Este campo puede ejercer una fuerza sobre cualquier otra carga que se coloque cerca. La bola cargada positivamente que soltó experimentó una fuerza debido a la presencia de un campo eléctrico que debe haber sido creado por algunas otras cargas que estaban cerca.
Los campos eléctricos ejercen fuerzas tanto sobre cargas positivas como negativas, pero la dirección de la fuerza depende tanto de la dirección del campo como del tipo de carga (positiva o negativa) que contiene el objeto. Los objetos con carga positiva siempre sentirán una fuerza en la misma dirección que el campo eléctrico, mientras que los objetos con carga negativa siempre sentirán una fuerza en una dirección opuesta al campo eléctrico.
Magnitud y dirección del campo
Una forma de crear un campo eléctrico uniforme es colocar dos placas cerca una de la otra, luego darle a una de ellas una carga positiva y a la otra una carga negativa igual. Esto creará un campo eléctrico entre las placas que se aleja de la placa cargada positivamente y hacia la placa cargada negativamente.
Si el tamaño de las dos placas cargadas es mucho mayor que la distancia entre las placas, entonces el campo eléctrico entre las placas será constante. Es bastante fácil calcular la magnitud de este campo. Solo necesita saber la cantidad total de carga en cada plato ( Q ) y el área de cada plato ( A ). La distancia entre las placas realmente no importa, siempre que sea mucho menor que el diámetro de las placas.
¿Qué son los Campos Eléctricos y Magnéticos en Física?
Veamos un ejemplo de cómo calcular el campo eléctrico entre dos placas paralelas cargadas:
Si cada placa es circular con un radio de 10 cm y cada una tiene una carga total de 0.05 C, ¿cuál es la magnitud del campo eléctrico entre estas placas?
Primero, encuentra el área de las placas.
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Luego use esta área para calcular la magnitud del campo eléctrico entre las placas.
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Movimiento de una partícula cargada
Ahora veamos qué pasaría si enviaras una carga en movimiento al espacio entre dos placas cargadas.
El campo eléctrico entre estas placas ejercerá una fuerza sobre esta carga, por lo que lo primero que debe hacer es determinar en qué dirección se ejercerá la fuerza sobre esta carga.
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Un objeto cargado, con una carga de 4.0 nC y una masa de 4.0 mg, se mueve hacia abajo cuando ingresa a una región donde hay un campo eléctrico (E = 50,000 N / C). ¿Lo que pasa? Debido a que la carga es positiva, experimentará una fuerza en la misma dirección que el campo eléctrico, que en este caso está a la derecha.
Inicialmente, la carga se movía hacia abajo, por lo que si experimenta una fuerza hacia la derecha, su movimiento comenzará a curvarse hacia la derecha. Esto es muy similar a lo que sucede cuando lanzas una pelota horizontalmente. Comienza con una velocidad horizontal, pero la gravedad ejerce una fuerza hacia abajo sobre la pelota, lo que hace que siga una trayectoria curva y parabólica hasta que golpea el suelo.
La fuerza de la gravedad siempre hace que los objetos que caen cerca de la superficie de la tierra tengan una aceleración de 9,8 m / s 2 , pero la aceleración de un objeto cargado en un campo eléctrico depende de tres cosas: la magnitud del campo eléctrico, la masa del cargo, y la cantidad de cargo presente.
Primero, encuentre la magnitud de la fuerza ejercida sobre la carga:
F = q E = (4.0×10 -9 ) (50,000 N / C) = 0,0002 N
Luego, use la segunda ley de Newton para encontrar la aceleración del objeto cargado:
a = F / m = (0,0002 N) / (4×10 -6 kg) = 50 m / s 2
Resumen de la lección
Un campo eléctrico es un campo invisible creado por cargas. Los campos eléctricos ejercen fuerzas sobre cargas positivas y negativas, pero la dirección de la fuerza depende tanto de la dirección del campo como del tipo de carga (positiva o negativa) que contiene el objeto. Los objetos con carga positiva siempre sentirán una fuerza en la misma dirección que el campo eléctrico, mientras que los objetos con carga negativasiempre sentirá una fuerza en una dirección opuesta al campo eléctrico. Cuando dos placas cargadas se colocan cerca una de la otra y paralelas entre sí, se creará un campo eléctrico uniforme entre ellas. El campo eléctrico se dirigirá desde la placa cargada positivamente a la placa cargada negativamente y tendrá una magnitud que se puede encontrar usando la siguiente ecuación:
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Un campo eléctrico ejercerá una fuerza sobre un objeto cargado que se coloca en el campo, y esa fuerza depende de la magnitud del campo y la cantidad y tipo de carga (positiva o negativa) sobre el objeto.
F = q E
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