Ley de Coulomb en un vacío
La relación fundamental para la fuerza de Coulomb entre dos puntos en el vacío es:
* f =k * (q1 * q2) / r²
Dónde:
* f es la fuerza (en Newton, n)
* k es la constante de Coulomb (aproximadamente 8.98755 × 10⁹ n past²/c²)
* Q1 y Q2 son las magnitudes de las dos cargas (en coulombs, c)
* r es la distancia entre las cargas (en metros, m)
La influencia de los materiales dieléctricos
Cuando coloca cargas en diferentes materiales dieléctricos (aisladores), la fuerza entre ellos cambia debido a un fenómeno llamado polarización . Así es como funciona:
1. polarización: El campo eléctrico creado por las cargas hace que las moléculas del material dieléctrico se alineen. Esta alineación crea un campo eléctrico opuesto dentro del material.
2. Fuerza reducida: El campo eléctrico opuesto del dieléctrico polarizado cancela parcialmente el campo eléctrico original de las cargas. Esto da como resultado una fuerza * reducida * entre las cargas.
La constante dieléctrica (κ)
La medida en que un material dieléctrico reduce la fuerza entre las cargas se cuantifica por su constante dieléctrica (κ) . Una constante dieléctrica más alta significa que la fuerza se reduce más significativamente.
* κ =1 para una aspiradora
* κ> 1 Para todos los demás materiales (por ejemplo, el agua tiene un κ de alrededor de 80)
Modificación de la ley de Coulomb para materiales dieléctricos
Para tener en cuenta el material dieléctrico, modificamos la ley de Coulomb:
* f =(k / κ) * (Q1 * Q2) / r²
Ejemplo
Imagine que tiene dos cargas, Q1 y Q2, separados por una distancia R en un vacío. Ahora los coloca en un material con una constante dieléctrica de κ =4. La fuerza entre ellos se reducirá a un cuarto de su valor original.
Notas importantes
* Constantes dieléctricas diferentes: Si las cargas están en diferentes materiales con diferentes constantes dieléctricas, deberá considerar la constante dieléctrica efectiva del medio entre las cargas.
* situaciones más complejas: Para escenarios más complejos (cargas en diferentes materiales de forma, etc.), es posible que deba utilizar técnicas más avanzadas como resolver la distribución del campo eléctrico dentro de los materiales.
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