FÍSICA Volumen 2 /

Incluye Referencias Bibliográfica

CAPÍTULO 25

CARGA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB 567

25-1 Electromagnetismo: introducción

567

25-2 Carga eléctrica 568

25-3 Conductores y aislantes 571

25-4 Ley de Coulomb 573

25-5 Distribuciones continuas de carga 576

25-6 Conservación de la carga 580 Preguntas y problemas 9

CAPÍTULO 26

CAMPO ELÉCTRICO 587

26-1 ¿Qué es un campo?

587

26-2 Campo eléctrico 588

26-3 Campo eléctrico de cargas puntuales

590

26-4 Campo eléctrico de distribuciones continuas de carga 592

26-5 Las líneas del campo eléctrico 595

26-6 Una carga puntual en un campo eléctrico

597

26-7 Dipolo en un campo eléctrico 600

26-8 El modelo nuclear del átomo (opcional)

602

Preguntas y problemas 605

CAPÍTULO 27

LEY DE GAUSS 611

27-1 ¿A qué se refiere la ley de Gauss? 611

27-2 El flujo de un campo vectorial 612

27-3 El flujo de un campo eléctrico

613

27-4 Ley de Gauss 616

27-5 Aplicaciones de la ley de Gauss 617

27-6 Ley de Gauss y los conductores

621

27-7 Pruebas experimentales de la ley de Gauss y de la de Coulomb 624

Preguntas y problemas 627

CAPÍTULO 28

LA ENERGÍA ELÉCTRICA Y EL POTENCIAL ELÉCTRICO 635

28-1 Energia potencial 635

28-2 Energía potencial eléctrica 636

28-3 El potencial eléctrico 639

28-4 Cálculo del potencial a partir del campo 640

28-5 Potencial generado por cargas puntuales 641

28-6 El potencial eléctrico de las distribuciones de carga continua 644

28-7 Cálculo del campo a partir del potencial 646

28-8 Superficies equipotenciales 648

28-9 El potencial de un conductor cargado 649

28-10 El acelerador electrostático (opcional) 651

Preguntas y problemas 654

CAPÍTULO 29

PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES 661

29-1 Tipos de materiales 661

29-2 Un conductor en un campo eléctrico: condiciones estáticas 662

29-3 Un conductor en un campo eléctrico: condiciones dinámicas 663

29-4 Materiales óhmicos 666

29-5 Ley de Ohm: una perspectiva microscópica 668

29-6 Un aislante en un campo eléctrico 670 Preguntas y problemas 674

CAPITULO 30

CAPACITANCIA 679

30-1 Capacitores 679

30-2 Capacitancia 679

30-3 Cálculo de la capacitancia 681

30-4 Capacitores en serie y en paralelo 683

30-5 Almacenamiento de energía en un campo eléctrico 685

30-6 Capacitor con dieléctrico 687 Preguntas y problemas 692

CAPÍTULO 31

CIRCUITOS DE CORRIENTE DIRECTA 701

31-1 Corriente eléctrica 701

31-2 Fuerza electromotriz 703

31-3 Análisis de circuitos 704

Esta es la quinta edición del libro que en 1960 David HaIliday y Robert Resnick publicaron por primera vez con el título de Physics for Students of Science and Engineering. Desde hace 40 años ha sido la obra clásica en el curso introductorio basado en el cálculo y ha gozado de gran prestigio por su exposición clara y exhaustiva. En esta edición hemos procurado mejorar la accesibilidad, sin sacrificar el nivel ni el rigor de su contenido. Reescribimos gran parte del libro para que el material fluya mejor y para facilitar la introducción a nuevos temas. Hemos tratado de ofrecer ejemplos más prácticos y de proceder de lo particular a lo general cuando se abordan temas nuevos.

En la presente edición se incluyen muchos cambios en la didáctica, lo mismo que en la orden de los capítulos. Quienes estén familiarizados con la cuarta edición encontrarán los mismos temas, aunque en un orden ligeramente revisado. Al realizar las revisiones recurrimos a usuarios de las ediciones anteriores y tuvimos en cuenta los resultados de la investigación dedicada a la enseñanza de la física. A continuación, señalamos las innovaciones que ofrece esta edición.

1. Debido a la reordenación que condujo a eliminar dos capítulos del volumen 1. los del volumen 2 fueron numerados comenzando con el 25 (que corresponde al 27 de la cuarta edición).

2. A los alumnos les resulta difícil integrar las distribuciones de carga continua cuando calculan los campos eléctricos. procedimiento que es a la vez conceptualmente abstracto y nada fácil desde el punto de vista del cálculo. A fin de resolver antes los problemas conceptuales, explicamos el procedimiento al tratar de las fuerzas eléctricas y no de los campos eléctricos; por ejemplo, en el capítulo 25 se explica cómo calcular la fuerza ejercida por una línea de carga sobre una carga puntual. En general, los alumnos intuyen mejor las fuerzas que los campos, de modo que podemos exponer el procedimiento matemático en un contexto más físico. Más adelante repetiremos los cálculos de campos y de potenciales. Por motivos parecidos, abordamos los teoremas de cascarones en el capítulo 25 dentro del contexto de las fuerzas, lo cual corresponde a su introducción en el capítulo 14 del volumen 1 al tratar de la fuerza gravitacional.

3. En ediciones anteriores la dispersión de Rutherford se incluía en el capítulo dedicado a la ley de Gauss; ahora se incorpora en la explicación de los campos eléctricos en el capítulo 26.
4. En el capítulo 27 (Ley de Gauss), hemos ampliado la exposición sobre la relación entre el flujo eléctrico y las líneas de campo; ahora nos ocupamos de las aplicaciones ordinarias de la ley a las distribuciones de carga continua y luego de su aplicación a los conductores.

5. El capítulo 29 (Propiedades eléctricas de los materiales) fue reescrito e incorpora material acerca de los conductores y los dieléctricos que en ediciones anteriores aparecían en los dos capítulos de los capacitores y la corriente. Creemos que se trata de material independiente y que, al exponerlo de esta manera, es más fácil contrastar el comportamiento de los conductores y el de los aislantes en los campos eléctricos.

6. La investigación de la enseñanza de la física revela que los estudiantes tienen serios problemas para entender el comportamiento de los circuitos simples de corriente directa. Por ello hemos ampliado la exposición de este tema, al mismo tiempo que reducimos la de los circuitos multiespiras y la de los instrumentos de medición.

7. En esta edición comenzamos la introducción a las fuentes del campo magnético (Capítulo 33) explicando el campo debido a una sola carga en movimiento y pasando luego al campo debido a un elemento de corriente. Se logra así una mejor correspondencia con la forma en que se abordan los campos magnéticos en el capítulo anterior (se examina la fuerza en una sola carga en movimiento y luego en un elemento de corriente). Ahora se calcula directamente el campo axial de un solenoide usando la ley de BiotSavart antes de repetir el cálculo mediante la de Ampere.

8. El momento dipolar magnético se pospone hasta el capítulo 35 (Propiedades magnéticas de los materiales). En parte lo hicimos para no sobrecargar a los estudiantes con material nuevo en el primer capítulo dedicado a los campos magnéticos y para ofrecerles una exposición más coherente al iniciar el tratamiento del dipolo magnético en un contexto donde se aplicará muy directamente. Hemos abreviado un poco la explicación del magnetismo atómico y nuclear en este capítulo, optando por posponer una explicación más a fondo en un capítulo posterior, una vez expuestos algunos de los rudimentos de la estructura atómica junto con el espín de los electrones.

9. Se integraron los capítulos 40, 41, 42 y 43 de la edición anterior a los capítulos 38 y 39 de la quinta edición. El capítulo 38 trata ahora de las ecuaciones de Maxwell y de sus aplicaciones a las ondas electromagnéticas, material que figuraba