fisicamente: 2016

ELECTROSTÁTICA

La electrostática es la rama de la Física que estudia las interacciones entre cuerpos cargados eléctricamente que se encuentran en resposo. En este tema estudiaremos los fundamentos y leyes que gobiernan la electricidad y descubriremos que la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia, al igual que lo es la masa. Esto nos permitirá, en temas posteriores, estudiar qué ocurre cuando las cargas se encuentran en movimiento.

PROCESO DE ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO O FRICCIÓN

Cuando ponemos un cuerpo cargado

en contacto con un conductor se puede dar una transferencia de carga de un cuerpo al otro y así el conductor queda cargado, positivamente si cedió electrones o negativamente si los ganó.

EJEMPLO

Una mascada o pañuelo de seda contra un peine o varilla de plástico, la mascada atrae electrones del material de plástico, por lo que este último queda con una carga positiva, mientras que la seda gana electrones y queda electrizada negativamente debido al exceso de electrones que contiene después del frotamiento.

PROCESO DE ELECTRIZACIÓN POR CONDUCCIÓN O CONTACTO

Es necesario que el cuerpo previamente electrizado entre en contacto con un cuerpo neutro para que se lleve a cabo el proceso de electrización por contacto o conducción. Esto sucede por que, al entrar los cuerpos en contacto, los electrones se transfieren del material que contiene un exceso de electrones al otro.

La distribución uniforme de la carga en el material que originalmente se encontraba en estado neutro dependerá mucho de que este sea un buen conductor de la electricidad.

PROCESO DE ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro. Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste. En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

LEY DE COULOMB

Ley de Coulomb

El científico francés Charles Coulomb encontró, que entre dos cargas puntuales en reposo, la fuerza eléctrica de atracción o repulsión es inversamente proporcional al cuadrado de distancia (r) que las separa. Y también que la fuerza es proporcional al producto de las magnitudes de las cargas q1 y q2, y estableció que si los signos son contrarios es fuerza de atracción, y de repulsión si ambas cargas son de signos iguales.

La magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas separadas por una distancia (r) :

Donde:

F= Fuerza eléctrica de atracción o repulsión.

K= Constante de Coulomb o de proporcionalidad eléctrica, cuyo valor en el Sistema internacional de medida es: -10

K= 8.9875x10 N m²/C²

Es válido aproximar su valor a:

La ecuación anterior se conoce como Ley de Coulomb y se aplica únicamente a cargas puntuales esférica:
q1 y q2= Cargas puntuales.

r= Distancia que separa las cargas.

Cuando dos cargas puntuales q1 y q2 están separadas por una distancia, según la Ley de Coulomb ejercen una fuerza recíproca; si ambas son del mismo signo habrá repulsión, la fuerza que q1 sea de igual magnitud y de dirección opuesta a la de q2, se ejercerá atracción si son de signos contrarios

TABLA DE EQUIBALENCIAS

PROBLEMA RESUELTO

Una carga de 3×10^-6 C se encuentra 2 m de una carga de -8×10^-6 C, ¿Cuál es la magnitud de la fuerza de atracción entre las cargas?

Solución: Para darle solución al ejercicio, debemos de obtener los datos para poder resolverlo de manera directa, puesto que tenemos todo lo que necesitamos.
$\displaystyle {{q}_{1}}=3x{{10}^{-6}}C$
$\displaystyle {{q}_{2}}=-8x{{10}^{-6}}C$
$\displaystyle d=2m$
$\displaystyle K=9x{{10}^{9}}\frac{N{{m}^{2}}}{{{C}^{2}}}$
Aplicando la fórmula de la ley de coulomb
$\displaystyle F=K\frac{{{q}_{1}}\cdot {{q}_{2}}}{{{d}^{2}}}$
Sustituimos
$\displaystyle F=\left[ 9x{{10}^{9}}\frac{N{{m}^{2}}}{{{C}^{2}}} \right]\frac{(3x{{10}^{-6}}C)\cdot (-8x{{10}^{-6}}C)}{{{(2m)}^{2}}}$
$\displaystyle F=\left[ 9x{{10}^{9}}\frac{N{{m}^{2}}}{{{C}^{2}}} \right]\frac{-24x{{10}^{-12}}{{C}^{2}}}{4{{m}^{2}}}$
Hemos multiplicado las cargas eléctricas, recordar que los exponentes se suman. y hemos elevado al cuadrado la distancia que los separa, ahora seguimos con las operaciones.
$\displaystyle F=\left[ 9x{{10}^{9}}\frac{N{{m}^{2}}}{{{C}^{2}}} \right]-6x{{10}^{-12}}\frac{{{C}^{2}}}{{{m}^{2}}}$
Multiplicamos y obtenemos:
$\displaystyle F=-54x{{10}^{-3}}N=-0.054N$
Vemos que hay un signo negativo, por ahora no nos sirve interpretar el signo, puesto que el problema nos pide la magnitud de la fuerza, esto quiere decir que tomaremos la fuerza como un valor absoluto, que vendría a ser nuestro resultado.

$\displaystyle F=0.054N$

CAMPO ELÉCTRICO E INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO

CAMPO ELECTRICO

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.

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:

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

PROBLEMA RESUELTO

Hallar: a) la intensidad de campo eléctrico E, en el aire, a una distancia de 30 cm de la carga q1 = 5 · 10E-9 C, b) la fuerza F que actúa sobre una carga q2 = 4 · 10E-10 C situada a 30 cm de q1.

ELECTRODINAMICA

La electrodinámica es la parte de la Física que estudia los efectos de las cargas eléctricas en movimiento, es decir, de la corriente eléctrica.
Un circuito eléctrico es un camino cerrado formado por conductores eléctricos, por el que circula una corriente eléctrica.

   Los 3 parametros básicos de un circuito eléctrico son: la fuerza eléctrica que impulsa el flujo de cargas eléctricas o corriente eléctrica, llamado diferencia de potencial o voltaje (V); la oposicion que presentan los conductores al paso de esa corriente eléctrica, llamada resistencia eléctrica (R); y el valor de esa misma corriente eléctrica, o flujo eléctrico, mejor llamada: intensidad de corriente eléctrica (I)
   La unidad de medida del voltaje V es el voltio (V).
   La unidad de resistencia eléctrica R es el ohmnio (Ω).
   La unidad de intensidad de corriente eléctrica I es el amperio (A).

PROBLEMA RESUELTO

Por la sección transversal de un alambre pasan 10 coulombios en 4seg. Calcular la intensidad de la corriente eléctrica?

q = 10 coulombios t = 4 seg. i = ?

amp. 2,5 segcoul 410 t q i===

Problema 2.

La intensidad de la corriente que atraviesa a un conductor es 5 amperios. Calcular la carga que pasa por su sección transversal en 2 seg.

i = 5 amp. t = 2 seg. q = ?

coul. 10 seg 2 * amp 5 t * i q===

RESISTENCIA ELÉCTRICA

“La resistencia eléctrica es la mayor o menor oposición que presenta un

cuerpo al paso de la corriente eléctrica.”

Todo cuerpo se opone al paso de la corriente eléctrica, esto es, los

electrones rozan con los átomos del material por el cual circulan. Cuanto

menos rozamiento exista entre los electrones y los átomos, menor será la

resistencia.

La unidad que se utiliza para medir la resistencia eléctrica es el ohmio y

se representa por la letra griega omega y se representa con la letra R.

Teniendo en cuenta el anexo 1 del tema anterior, las unidades que

vamos a utilizar para la resistencia eléctrica son:

FACTOR NOMBRE DEL

PREFIJO

SÍMBOLO DEL

PREFIJO

1.000.000 = 106 Mega ohmio M

1.000 = 103 Kilo ohmio K

1 ohmio

0,001 = 10-3 Mili ohmio m

Los símbolos más utilizados para representar la resistencia eléctrica son:

Conductores: Son los elementos que presentan una oposición muy pequeña al paso de los electrones a través de ellos; es decir, presentan una resistencia eléctrica muy baja. Como ejemplo de buenos conductores eléctricos podemos nombrar a los metales.
Semiconductores: Son un grupo de elementos, o compuestos, que tienen la particularidad de que bajo ciertas condiciones, se comportan como conductores. Cuando estas condiciones no se dan, se comportan como aislantes. Como ejemplo podemos nombrar al germanio, al silicio, al arseniuro de galio...
Aislantes: Son los materiales o elementos que no permiten el paso de los electrones a través de ellos. Como ejemplo podemos nombrar a los plásticos.

PROBLEMA RESUELTO

.- Determine la resistencia de 2400 cm de alambre de plata que posee un diámetro de 25 centímetros.

Solución: Para poder resolver el ejercicio, vamos a reunir nuestros datos sabiendo que nos piden la resistencia de un alambre de plata, por lo que:

$\displaystyle \rho =1.59x{{10}^{-8}}\Omega m$ (resistividad).

$\displaystyle l=2400cm\left( \frac{1m}{100cm} \right)=24m$

$\displaystyle d=25cm\left( \frac{1m}{100cm} \right)=0.25m$ (diámetro)

$\displaystyle A=\pi {{r}^{2}}=\pi {{\left( 0.125m \right)}^{2}}=0.04908{{m}^{2}}$

Reemplazando estos valores en nuestra fórmula:

$\displaystyle R=\rho \frac{l}{A}$

$\displaystyle R=1.59x{{10}^{-8}}\Omega m\left( \frac{24m}{0.04908{{m}^{2}}} \right)=7.775x{{10}^{-6}}\Omega$

2.- Un conductor de 30m de largo y 20 ohm de resistencia tiene una resistividad de 2,63.10 elevado a – 8 ohm-m ¿Cual es el diámetro de dicho conductor?.

Solución: Este es un problema un poco más complicado que el anterior, debido a que en este caso tenemos que despejar una variable de nuestra fórmula:

$\displaystyle R=\rho \frac{l}{A}$

De aquí despejaremos al Área (A).

$\displaystyle A=\rho \frac{l}{R}$

Tenemos los datos de la longitud del conductor, la resistividad y el valor de la resistencia, por lo que lo único que nos queda es reemplazar esos datos en la fórmula.

$\displaystyle A=(2.63x{{10}^{-8}}\Omega m)\frac{30m}{20\Omega }$

$\displaystyle A=3.945x{{10}^{-8}}{{m}^{2}}$

Qué sería el área del conductor. 😀

Recordemos que el diámetro lo podemos calcular, por la fórmula del área:

$\displaystyle A=\frac{\pi {{d}^{2}}}{4}$

despejando a “d”, nos queda:

$\displaystyle d=\sqrt{\frac{4A}{\pi }}$

sustituyendo en nuestros datos:

$\displaystyle d=\sqrt{\frac{4A}{\pi }}=\sqrt{\frac{4(3.945x{{10}^{-8}})}{\pi }}=2.24x{{10}^{-4}}m$

Por lo que nuestro diámetro es de:

$\displaystyle d=2.24x{{10}^{-4}}m$

LEY DEL OHM

"La relación entre la tensión aplicada a un

conductor y la intensidad que circula por él se mantiene constante. A esta constante se le llama

RESISTENCIA del conductor".

PROBLEMA RESUELTO

Calcula la intensidad de la corriente que alimenta a una lavadora de juguete que tiene una resistencia de 10 ohmios y funciona con una batería con una diferencia de potencial de 30 V

Solución:

Para darle solución a este problema, basta con retomar los datos del problema que en este caso sería la resistencia de 10 Ohmios, y una tensión de 30 Volts, por lo que tendríamos.
$\displaystyle R=10\Omega$
$\displaystyle V=10V$
$\displaystyle i=$ ?
El problema nos pide la corriente, por lo que tendremos que aplicar la ley del ohm, para hallarla.
$\displaystyle i=\frac{V}{R}=\frac{30V}{10\Omega }=3A$

CIRCUITOS

Se denomina circuito eléctrico al conjunto de elementos eléctricos conectados entre sí que permiten generar,transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad de transformarla en otro tipo de energía como, por ejemplo, energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor). Los elementos utilizados para conseguirlo son los siguientes:

Generador. Parte del circuito donde se produce la electricidad, manteniendo una diferencia de tensión entre sus extremos.

Conductor. Hilo por donde circulan los electrones impulsados por el generador.

Resistencias. Elementos del circuito que se oponen al paso de la corriente eléctrica .

Interruptor. Elemento que permite abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica. Si el interruptor está abierto no circulan los electrones, y si esta cerrado permite su paso.

Circuito serie

El circuito serie, o con receptores en serie, es aquel que tiene conectados los receptores en cadena uno a continuación del otro. En un circuito serie, la intensidad que recorre todos los elementos es la misma.

Las características de todo circuito serie son:

- La intensidad es la misma en todos los receptores, y coincide con la intensidad total I que recorre el circuito, ya que solo hay un camino para el paso de los electrones.

- El voltaje total V es igual a la suma de las caídas de tensión en cada uno de los receptores.

Circuito paralelo

El circuito paralelo, o con receptores en paralelo, es aquel que tiene los receptores conectados de tal manera que tienen sus extremos conectados a puntos comunes. En un circuito paralelo, todos los elementos están sometidos a la misma diferencia de potencial.

Las características de todo circuito paralelo son:

- La intensidad total I que recorre el circuito es igual a la suma de las intensidades que atraviesan cada uno de los receptores.

- El voltaje será el mismo en todos los receptores, y coincidirá con el voltaje en extremos del generador V, ya que la diferencia de potencial es la misma por estar todos los elementos conectados entre los mismos puntos.

problema resuelto

Calcula la resistencia equivalente del circuito. (Sol: 3,75 Ω)

En este caso, al estar las dos resistencias asociadas en paralelo, la resistencia equivalente del circuito (aplicando la fórmula para el cálculo de la resistencia equivalente de varias resistencias en paralelo), será igual a:

(1/ Req) = (1/R1) + (1/R2) = (1/5) + (1/15) = (3/15) + (1/15)= (4/15)
se despeja Req, y se obtiene:

Req = 15/4 = 3,75 Ω

fisicamente

miércoles, 8 de junio de 2016

Ley del joule

martes, 7 de junio de 2016

ELECTRICIDAD

LEY DE COULOMB

Ley de Coulomb

$\displaystyle F=0.054N$

CAMPO ELÉCTRICO E INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO

ELECTRODINAMICA

RESISTENCIA ELÉCTRICA

LEY DEL OHM

CIRCUITOS

Circuito serie

El circuito serie, o con receptores en serie, es aquel que tiene conectados los receptores en cadena uno a continuación del otro. En un circuito serie, la intensidad que recorre todos los elementos es la misma.

Las características de todo circuito serie son:

- La intensidad es la misma en todos los receptores, y coincide con la intensidad total I que recorre el circuito, ya que solo hay un camino para el paso de los electrones.

- El voltaje total V es igual a la suma de las caídas de tensión en cada uno de los receptores.

Circuito paralelo

El circuito paralelo, o con receptores en paralelo, es aquel que tiene los receptores conectados de tal manera que tienen sus extremos conectados a puntos comunes. En un circuito paralelo, todos los elementos están sometidos a la misma diferencia de potencial.

Las características de todo circuito paralelo son:

- La intensidad total I que recorre el circuito es igual a la suma de las intensidades que atraviesan cada uno de los receptores.

- El voltaje será el mismo en todos los receptores, y coincidirá con el voltaje en extremos del generador V, ya que la diferencia de potencial es la misma por estar todos los elementos conectados entre los mismos puntos.

problema resuelto