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:
<!--[if
!vml]-->
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.
Aplicando la fórmula de la ley de coulomb
Sustituimos
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.
Multiplicamos y obtenemos:
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.
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.
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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. |
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Para el caso de un campo creado por dos cargas puntuales iguales del mismo
signo: |
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Para el caso de un campo creado por dos cargas puntuales iguales de distinto
signo: |
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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. |
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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 |
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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. |
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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:
(resistividad).
(diámetro)
Reemplazando estos valores en nuestra fórmula:
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:
De aquí despejaremos al Área (A).
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.
Qué sería el área del conductor. 😀
Recordemos que el diámetro lo podemos calcular, por la fórmula del área:
despejando a “d”, nos queda:
sustituyendo en nuestros datos:
Por lo que nuestro diámetro es de:
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.
?
El problema nos pide la corriente, por lo que tendremos que aplicar la ley
del ohm, para hallarla.
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