Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

Pregrado → Electromagnetismo ↓


Electrostática


La electrostática es una rama de la física que estudia las cargas eléctricas estacionarias. Implica el estudio de fuerzas, campos y potenciales asociados con cargas eléctricas estacionarias. Comprender la electrostática es fundamental, ya que sienta las bases para temas más avanzados en electromagnetismo y desempeña un papel vital en una variedad de aplicaciones prácticas que van desde la electrónica cotidiana hasta procesos industriales complejos.

Conceptos básicos de la electrostática

Carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia que ejerce una fuerza sobre la materia cuando se coloca en un campo eléctrico. Hay dos tipos de cargas: positiva y negativa. Las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las cargas de signo contrario se atraen. La unidad de carga eléctrica es el coulomb (C).

Carga positiva: +
Carga negativa: -

Ley de Coulomb

La ley de Coulomb describe la fuerza entre dos cargas puntuales. Esta fuerza es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.

F = k * |q1 * q2| / r^2

donde F es la fuerza entre las cargas, k es la constante de Coulomb (aproximadamente 8.99 x 10^9 N m^2/C^2), q1 y q2 son las cantidades de cargas, y r es la distancia entre las cargas.

Q1 Q2 R

Campo eléctrico

El campo eléctrico es la región alrededor de un objeto cargado donde su fuerza eléctrica se ejerce sobre otras cargas. El campo eléctrico E puede definirse como la fuerza F por unidad de carga q:

E = F / q

La dirección del campo eléctrico es la dirección de la fuerza que actúa sobre una carga de prueba positiva colocada en el campo. Las líneas de campo se utilizan para representar el campo; apuntan hacia afuera de las cargas positivas y hacia las cargas negativas.

, Líneas de campo eléctrico

Potencial eléctrico

El potencial eléctrico V en un punto en un campo eléctrico representa la cantidad de trabajo requerido para mover una unidad de carga positiva desde un punto de referencia a ese punto. Se mide en voltios (V).

V = W / q

donde W es el trabajo realizado al mover la carga q. La diferencia de potencial entre dos puntos a menudo se denomina voltaje.

, , Voltaje: V

Conductores y aislantes

En electrostática, los materiales generalmente se clasifican en dos categorías: conductores y aislantes.

Conductor

Los conductores son materiales que permiten que las cargas eléctricas fluyan fácilmente. Los metales como el cobre y el aluminio son conductores comunes. Los electrones en los conductores se mueven libremente, permitiendo que el material conduzca electricidad.

Aislante

Los aislantes son materiales que no permiten que las cargas eléctricas fluyan fácilmente. Ejemplos incluyen caucho, vidrio y plástico. En los aislantes, los electrones están firmemente ligados a los átomos y no pueden moverse libremente, lo que hace que estos materiales sean barreras efectivas para la corriente eléctrica.

Capacitancia

La capacitancia es la capacidad de un sistema para almacenar carga eléctrica. El componente básico que representa la capacitancia es el condensador, que consiste en dos placas conductoras separadas por un material aislante llamado dieléctrico. La capacitancia C se define como la carga Q almacenada por unidad de voltaje V

C = Q / V

La unidad de capacitancia es el Faradio (F).

Ejemplo visual de un condensador de placas paralelas

placa positiva Placa Negativa

Ley de Gauss

La ley de Gauss relaciona el flujo eléctrico que pasa a través de una superficie cerrada con la carga encerrada por esa superficie. Es una herramienta poderosa en electrostática, que permite el cálculo de campos eléctricos de distribuciones de carga simétricas.

Φ_E = Q_enclosed / ε_0

donde Φ_E es el flujo eléctrico, Q_enclosed es la carga total encerrada por la superficie, y ε_0 es la permitividad del vacío.

Ecuaciones para geometría general utilizando la ley de Gauss

Para una carga puntual:

E = k * q / r^2

Para una línea de carga infinita con densidad de carga lineal λ:

E = λ / (2 * π * ε_0 * r)

Para un plano de carga infinito con densidad de carga superficial σ:

E = σ / (2 * ε_0)

Aplicaciones de la electrostática

La electrostática tiene muchas aplicaciones en la tecnología y la industria. Algunos ejemplos comunes incluyen:

Precipitador electrostático

Utilizado para eliminar partículas de los gases de escape industriales, reduciendo así la contaminación. Se cargan las partículas de polvo y hollín y luego se recogen en placas con carga opuesta.

Fotocopiadora

Utiliza electrostática para transferir partículas de tóner al papel y crear copias de documentos. Este proceso implica cargar áreas específicas del tambor y transferir tóner a las áreas cargadas.

Pantalla táctil capacitiva

Estas pantallas, que se encuentran en muchos teléfonos inteligentes y tabletas, utilizan sensores de toque capacitivos para detectar la presencia y ubicación de un toque en la pantalla. Esta tecnología se basa en cambios en la capacitancia causados por un dedo o un lápiz óptico.

Conclusión

La electrostática es un campo fascinante y esencial de la física que explica el comportamiento de las cargas en un estado estático. Desde principios básicos como la ley de Coulomb y los campos eléctricos hasta aplicaciones prácticas como las pantallas táctiles capacitivas, la electrostática proporciona un entendimiento fundamental de cómo las cargas eléctricas interactúan y afectan el mundo que nos rodea. Comprendiendo estos conceptos, podemos apreciar los avances tecnológicos y los descubrimientos científicos impulsados por los principios de la electrostática.


Pregrado → 2.1


U
username
0%
completado en Pregrado

← Anterior (2)
Electromagnetismo
Siguiente (2.1.1) →
Carga eléctrica y propiedades

Comentarios 



Electrostática

https://www.physicsflow.com/ug/2.1?pfal=es