Unidad 6: Electrostatica
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:
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.
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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:
Para el caso de un campo creado por dos cargas puntuales iguales de distinto signo como este:
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.
, es el incremento de su integridad física cuando se aplica un pequeño cambio global y uniforme de temperatura 
a todo el cuerpo. El cambio total de longitud de la dimensión lineal que se considere, puede despejarse de la ecuación anterior:![L_f = L_0 [1 +\alpha_L (T_f - T_0)]\;](https://upload.wikimedia.org/math/4/d/8/4d8d9e521d59aa36de0d776706db3b16.png)
