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.
EJEMPLO
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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.
Solución: Para darle solución al ejercicio, debemos de
obtener los datos para poder resolverlo de manera directa, puesto que tenemos
todo lo que necesitamos.
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).
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.
Solución:
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:
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
PROCESO
DE ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO O FRICCIÓN
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.
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
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
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.
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
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:
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
PROBLEMA RESUELTO
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
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