En este blog encontraras diversos temas, para poder comprender las "leyes de la electricidad"
Electrostática
Electrostática
Es la rama de la electricidad encargada de estudiar las
cargas en reposo. Todos los cuerpos están compuestos por pequeñas partículas como
en la siguiente imagen:
De esa manera al tener neutrón en sí, no puede poseer una
carga eléctrica. Así podemos afirmar que la carga de eléctrica es una propiedad
que poseen los electrones y los
protones.
La carga eléctrica se puede transmitir de una
partícula a otra o de un cuerpo a otro; a este proceso le llamamos “ELECTRIZAR
UN CUERPO” y consiste en que las partículas o cuerpos ganan o pierden
electrones al interactuar entre ellos mismos.
Existen tres maneras de electrizar un cuerpo que vienen
siendo;
- -Frotamiento: se presentan cuando dos cuerpos se frotan entre si o por la fricción que existe entre ellos.
- -Contacto: consiste simplemente en tocar los dos cuerpos entre sí.
- -Inducción: ocurre cuando un cuerpo excedido en carga eléctrica se acerca a otro sin tener que presentar contacto directo entre ellos.
La unidad que se utiliza para medir las cargas eléctricas en
el sistema internacional (SI) se le llama coulomb (c) y se define como la
cantidad de electrones que poseen en exceso un cuerpo a lo que posee en su
estado neutro.
Lo cual en electrones equivalen a:
Lo cual en electrones equivalen a:
1C = 6.25 X 10ˆ18 electrones
(ˆ este símbolo
significa que es un exponente oxease exponente a la 18)
Existen materiales en nuestro entorno
que al estar formados por átomos que contienen propones y electrones, a pesar
de esta característica común entre
ellos, no presentan la misma propiedad de poder conducir la electricidad así se
puede clasificar en tres tipos de materiales:
-Conductores: son los que se pueden
electrizar en todo sus superficies, al estar libres los electrones para moverse
en todo el material algunos ejemplos son él: cobre, oro, hierro,
plata y níquel.
-Aislantes o dieléctrico: son los
materiales que se electrizan en los puntos donde son tocados por un cuerpo
cargado o en la parte donde son frotados, y se debe a que en ellos la movilidad
de los electrones es nula los aislantes pueden ser: azufre, carbono (diamante), cloro, selenio, fósforo.
-Semiconductores: son materiales que
presentan las propiedades intermedias de los conductores y aislantes y se
utilizan en la fabricación de implemento de electrónica. Para esto te daremos de nuevo cinco ejemplos:
aluminio, estaño, plomo,
antimonio y talio.
La
ley de coulomb
La fuerza de atracción (cuando las
cargas opuestas se atraen) o repulsión (cuando las cargas iguales se repelan) (como
en la siguiente figura) entre dos cargas puntuales q1 y q2, es directamente proporcional al
producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
r que las separa.
Matemáticamente se expresa de la
siguiente manera
La relación de que existe entre la
fuerza eléctrica de dos cargas situadas
en vació y en otro medio o sustancia
aislante.
Campo Eléctrico
Existe cuando existe una carga y representa el vínculo entre
ésta y otra carga al momento de determinar la interacción entre ambas y las
fuerzas ejercidas. Tiene carácter vectorial (campo vectorial) y se representa
por medio de líneas de campo. Si la carga es positiva, el campo eléctrico es
radial y saliente a dicha carga. Si es negativa es radial y entrante.
El concepto de campo.
A Michael Faraday la idea de que las cargas o los imanes actuasen a distancia a través del espacio vacío no le convencía, de modo que para explicar las fuerzas que actúan entre las cargas o los polos de los imanes tuvo que inventar “algo” que llenase el espacio y que conectase de algún modo una carga con otra o un polo del imán con el otro; Faraday pensaba en una especie de tubos de goma o algo así, quizá animado al ver cómo las limaduras de hierro se ordenan al colocar cerca un imán. Así nació el concepto de campo de fuerzas, en general. |
Así nació el concepto de campo de fuerzas, en general.
¿Qué significa campo eléctrico?
Es una propiedad del espacio mediante la cual “se
propaga” la interacción entre cargas. Una región del espacio donde existe una
perturbación tal que a cada punto de dicha región le podemos asignar una
magnitud vectorial, llamada intensidad de campo eléctrico E.
 Representación del campo. Un campo se representa dibujando las llamadas líneas
de campo. Para el campo creado por una carga puntual, las líneas de campo son
radiales. como esta imagen: |
Para el caso de un campo creado por dos cargas puntuales iguales del
mismo signo:
Las líneas de campo no se pueden cortar, porque si lo hicieran en un
punto habría dos valores distintos de intensidad de campo E. Un campo eléctrico muy útil es el que se crea entre dos placas metálicas y
paralelas (CONDENSADOR) conectadas a un generador de corriente continua;
de ese modo las placas adquieren carga igual pero de signo contrario y en la
zona que existe entre ellas se crea un campo uniforme.
Intensidad de campo eléctrico.La región del espacio situada en las proximidades de un cuerpo cargado posee unas propiedades especiales. Si se coloca en cualquier punto de dicha región una carga eléctrica de prueba, se observa que se encuentra sometida a la acción de una fuerza. Este hecho se expresa diciendo que el cuerpo cargado ha creado un campo eléctrico. La intensidad de campo eléctrico en un punto se define como la fuerza que actúa sobre la unidad de carga situada en él. Si E es la intensidad de campo, sobre una carga Q actuará una fuerza. a qui se puede mostrar una imagen de un aparato de campo eléctrico;
SUS FORMULA SON:
La primera formula sirve para calcular la intensidad del campo eléctrico por una carga eléctrica en el que:
E = Intensidad del campo eléctrico (N/C)
F = Fuerza que recibe la carga de prueba
q = valor de la carga de prueba (C)
Y la segunda sirve para calcularlo igualmente pero, a distancia a lo cual:
E = Intensidad del campo eléctrico (N/C)
K = Constante de proporcionalidad = 9x10ˆ9 Nmˆ2/Cˆ2
q = valor de la carga de prueba (C)
r =distancia desde un punto hacia el centro de la carga (m)
Algunas características son:
-en el interior de un conductor el campo eléctrico es 0-en un conductor con cargas eléctricas las mismas se encuentran en la superficie.
Electrodinámica
En los temas anteriores se te dio a conocer como es la electrostática,
que es la ley de coulomb y también como es y, cuál es la intensidad de un campo
eléctrico. Ahora veremos cómo se distribuyen
en los aparatos eléctricos. Ya que la ELECTRODINÁMICA, es parte de la
ELECTRICIDAD que estudia las cargas eléctricas en movimiento.
Por
otra parte podríamos definir a la corriente eléctrica como el movimiento de las
cargas a través de un conductor, originada por el movimiento o flujo electrónico
a través de un conductor, que es originada
por el movimiento o flujo electrónico mediante un conductor esto es debido a la
diferencia de potencia lo cual al ser diferente los electrones circulan de una
terminal negativa a una positiva. El flujo de los electrones solo se puede
efectuar en metales, gases y líquidos (electrolitos).
Su intensidad (la corriente eléctrica) solo se puede medir
mediante la siguiente formula
matemática;
A lo que viene siendo que:
I = Intensidad de la corriente eléctrica en Amperios = A
= C/s
q = carga eléctrica que as por la sección transversal del
conductor (C)
t = Tiempo que tarada en pasar la carga (s)
Esto se utiliza en la intensidad de la corriente eléctrica y
no solo eso, se utilizan en practicas de unidades más pequeñas de ella, como el
miliampere (mA) = 1x10ˆ-3A
y el microampere (µA) = 1X10ˆ-6A.
La imagen que tenemos
arriba de este pequeño texto es un instrumento para poder medir la intensidad
de la corriente eléctrica llamada “AMPERÍMETRO”
Resistencia eléctrica
Existen materiales que son buenos conductores de la
electricidad y otros que no lo son, debido a que estos obstruyen más el flujo
de electrones que los primeros, por lo que los electrones encuentran cierta
resistencia al circular por el material.
La unidad de la
resistencia eléctrica en el SI es ohm, para encontrar resistencia del conductor
con ayuda de la formula.
Para calcular la resistencia de un conductor a
cierta temperatura su formula es:
Ley de ohm
La ley de Ohm tiene como importancia el que ver con el circuito eléctrico, que es la corriente que
está en el hogar ya que, es controlada con un switch, cuando deja de haber corriente en la casa se tienen que cambiar los fusibles.
Esta ley se basa en controlar las altas y bajas diferencias de
potencia o voltaje y así poder proteger
los aparatos electrónicos de una sobrecarga
o corto circuito, ya que de presentarse esta situación, el alambre o lámina que
están dentro de los fusibles, se rompe para que deje de circular corriente.
En la siguiente imagen tu puedes observar ejemplos de diferentes tipos de fusibles que sirven para proteger diversos aparatos eléctricos de posibles sobrecargas de voltaje:+}
El físico alemán de George Simón Ohm, al
realizar sus experimentos, utilizo instrumentos de medición muy confiables, así
él pudo observar que al aumentar la diferencia de potencia en un circuito, si
mayor es la intensidad de corriente
eléctrica; también observo que al incrementar la resistencia del conductor
disminuye la intensidad de la corriente eléctrica
Matemáticamente se expresa como la siguiente formula:
Gracias a estos resultados, en 1827 anuncio la
siguiente ley: “la intensidad de la corriente eléctrica
que pasa por un conductor en un circuito es directamente proporcional a la
diferencia de potencial aplicado a sus extremos e inversamente proporcional a
la resistencia del conductor”.
Circuitos eléctricos
Son los sistemas por el
cual fluye la corriente a través de un conductor en una trayectoria completa
debido a una diferencia de potencia de voltaje y, en un circuito podemos encontrar las partes que le pertenecen como son: El voltaje, la intensidad de corriente y su resistencia. existen tres tipos de circuitos que son:
Circuito en serie
Todos
los elementos se conectan uno tras otro, así la corriente tiene la misma
trayectoria. Este circuito comúnmente se utiliza en los focos de una habitación.
Su formula para poder conocer su resistencia y su voltaje total es:
Circuitos paralelos
Los circuitos paralelos o también llamados circuitos
de conexión en derivación, los elementos se conectan entre dos alambres
conductores, a los alambre conductores y circuitos se llaman RAMALES, gracias a
esto se presenta la siguiente propiedades la resistencia de un circuito siempre
tendrá menor valor que la de la rama con la resistencia de menor valor. Este
circuito lo podemos encontrar en la instalación eléctrica de nuestra casa.
sus formulas para resistencia e intensidad de corriente son las siguientes:
Circuitos mixtos
Son aquellos que se conectan en grande
agrupaciones tanto como paralelo y en serie la forma de resolver este tipo de
circuitos es sumar la resistencia
equivalente.
y su formula pera este circuito es:
Potencia eléctrica
Se define como la rapidez con la que el
aparato que emplea energía eléctrica realiza un
trabajo, la potencia eléctrica se mide en watts (W) en el SI, que
resulta la multiplicación de volt (V), por la unidad de intensidad de corriente
que es el Amper (A).
la potencia eléctrica puede ser medida con la siguiente formula:
la potencia eléctrica puede ser medida con la formula de ohm:
Ley de joule
Esta ley afirma que el calor que produce una
corriente eléctrica al circular por un conductor es directamente proporcional
al cuadrado de la intensidad de la corriente, a la resistencia y al tiempo que
dura circulando la corriente.
Su formula matemática es:
2
Q = 0.24/RT
Q
= Es la cantidad de calor (cal)
0.24cal
= 1 joule de trabajo
/
= intensidad de corriente (A)
R
= Resistencia del aparato (Ω)
T
= Tiempo que dura funcionando (S)
Algunos instrumentos en la cual tienen esta ley de
joule son: Las planchas; Parrillas eléctricas; Secadoras de pelo, etc.
Tipos de imanes
El artificial se separa en dos tipos:
Magnetismo
Se
refiere a la atracción
de ciertos materiales hacia un imán, ya que estos tiene una fuerza invisible
que puede atraer o repeler metales; Esta teoría fue demos tratada por John Michell
y lo pudo demostrar utilizando una balanza de torsión como en la siguiente
imagen:
Pero
claro existen dos tipos de imanes los cuales son naturales y artificiales. Esta
propiedad ha sido ampliamente utilizada por el ser humano; por ejemplo, la
puerta de los refrigeradores posee dos cintas magnéticas que la mantienen
cerrada, lo cual favorece la conservación de la temperatura y, por lo tanto, de
los alimentos. Así mismo los estudios de faraday sugerían que la electricidad y
el magnetismo eran manifestaciones de un mismo fenómeno. Esta idea fue materializada
por el físico escocés James Clerk maxwell concluyó que ambos son producto de
una misma interacción, a la que denominó interacción electromagnética.
El modelo matemático de maxwell esencialmente
postula que:
-Existen portadores de cargas
eléctricas, y las líneas del campo eléctrico parten desde las cargas positivas
y terminan en las cargas negativas.
-No existen portadores de carga
magnética; por lo tanto, el número de líneas del campo magnético que salen
desde un volumen dado, debe ser igual al número de líneas que entran a dicho
volumen.
-Un imán en movimiento, o, dicho
de otra forma, un campo magnético variable, genera una corriente eléctrica
llamada corriente inducida.
-Las cargas eléctricas en
movimiento generan campos magnéticos.
Tipos de imanes
existen dos tipos de imanes:
IMANES
NATURALES: se refiere a minerales naturales, los cuales tienen la propiedad de
atraer elementos como el hierro, el níquel, etc. Con una gran facilidad y que
es en realidad un Óxido de hierro (Fe3O4).
IMANES ARTIFICIALES: esta denominación recae sobre aquellos cuerpos
magnéticos que, tras friccionarlos con magnetita se transforman de manera
artificial en imanes (cuando se expone a un campo magnético generado por un
solenoide).El artificial se separa en dos tipos:
-IMANES
TEMPORALES: los imanes temporales están conformados por hierro dulce y se
caracterizan por poseer una atracción magnética de corta duración.
-IMANES PERMANENTES: con este término se alude a aquellos
imanes constituidos por acero, los cuales conservan la propiedad magnética por
un tiempo perdurable.
Campos magnético
Michael Faraday quien estudio con intensidad
los externos de los imanes señalo la presencia de una área de influencia entre ellos,
la cual se conoce como campo magnético., William Gilbert demostró que si se
acercaban dos polos opuestos la fuerza de atracción y se acercan dos polos
iguales es de repulsión como se muestra en las siguientes imágenes:
También existe el; Magnetismo terrestre
Nuestro planeta funciona como un gran imán
pues posee campos magnéticos, por eso una brújula siempre señala a al norte, aun
cuando la brújula se mueve hacia el norte, los meridianos magnéticos y
terrestres no coinciden formando un pequeño Angulo de desviación, este Angulo de
desviación se conoce como declinación magnética y varia cada siglo.
como se observa en la siguiente imagen:
Electromagnetismo
Nace como una rama de la física gracias a oersted, en 1820, asi asociando el magnetismo y la electricidad.
El en su experimento sencillamente observó cómo la aguja de una brújula se desvía cuando se coloca cerca de un alambre que conduce corriente eléctrica. Esto fue la pauta para el desarrollo tecnológico basado en el electromagnetismo, en lo cual hemos observado grandes avances: como los trenes bala, en entretenimiento, medicina, y en la industria con los motores, los transformadores y los generadores de corriente eléctrica, entre muchos otros.
La mayoría de las aplicaciones anteriores utilizan el electro imán, que consiste en arrollar cable o una bobina sobre un núcleo de hierro, lo que genera un campo magnético cuando circula corriente eléctrica por él.
Generador, transformador y motor eléctricos
A partir del descubrimiento de la relación de la electricidad con el magnetismo, fueron muchos los esfuerzos los científicos por desarrollar nuevas tecnologías que permitieran un mejor control de la electricidad.
Gracias a esto se pudieron inventar tres aparatos que son de gran importancia y utilidad para realizar las numerosas actividades de nuestra vida. Estos aparatos son:
-Generador eléctrico: Es un aparato que sirve para transformar la energía mecánica en energía eléctrica.
-Transformador:Es el aparato que sirve para elevar o disminuir el voltaje de la energía eléctrica.
.Motor eléctrico: aparato que sirve para transformar la energía eléctrica en energía mecánica.
Generador, transformador y motor eléctricos
A partir del descubrimiento de la relación de la electricidad con el magnetismo, fueron muchos los esfuerzos los científicos por desarrollar nuevas tecnologías que permitieran un mejor control de la electricidad.
Gracias a esto se pudieron inventar tres aparatos que son de gran importancia y utilidad para realizar las numerosas actividades de nuestra vida. Estos aparatos son:
-Generador eléctrico: Es un aparato que sirve para transformar la energía mecánica en energía eléctrica.
-Transformador:Es el aparato que sirve para elevar o disminuir el voltaje de la energía eléctrica.
.Motor eléctrico: aparato que sirve para transformar la energía eléctrica en energía mecánica.
