Carga Eléctrica
Todos los protones y electrones tienen la misma carga eléctrica, pero con signos opuestos, los átomos neutros tienen igual número de electrones que de protones.
Todos los protones y electrones tienen la misma carga eléctrica, pero con signos opuestos, los átomos neutros tienen igual número de electrones que de protones.
Los átomos con exceso o deficiencia de
electrones se conocen como iones.
Existen materiales conductores que permiten
fácil mente el movimiento de electrones libres a través de ellos (como
por ejemplo los metales), semiconductores (silicio y germanio) y aislantes que
casi no permiten el movimiento de electrones debido a que ellos están
fuertemente ligados al núcleo (hule, plástico, porcelana, madera ceca
entre otros).
Además el frotamiento ciertos cuerpos se pueden
cargar con inducción, la inducción se produce cuando acercamos un cuerpo cargado
a otro que esta neutro.
Los electrones cargados positivamente libres
del cuerpo neutro se acerca o alejan del cuerpo cargado dependiendo de la carga
(positiva y negativa) que tenga como produciendo por polarización de la carga
(cargas negativas en un extremo y cargas positivas en el otro).
Si en el extremo alejado se aterrizan las
cargas, solo habrá cargas de un signo y de esta forma tendremos otro cuerpo
cargado.
Propiedades básicas de las cargas eléctricas, como sabemos, existen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas.
Esta denominación fue introducida, para
establecer un criterio de análisis de los fenómenos electroestáticos
conocidos por entonces:
*carga positiva: El término se refiere
literalmente a los Campos electrostáticos de átomos y moléculas en el ámbito
científico llamado físicos; Una carga positiva se produce cuando el número
de protones supera el número de electrones en la electricidad y el
magnetismo, carga eléctrica de átomos dicta cómo las moléculas reaccionan
entre sí y en la naturaleza.
*carga negativa: una carga negativa se define
como el exceso de electrones en cierto cuerpo o bien en una partícula.
*carga neutra: Bajo las leyes físicas del
magnetismo, cuando una carga positiva se combina con una carga negativa se
anulan entre sí, creando una carga neutra. Los átomos y moléculas,
naturalmente, son eléctricamente neutros, ya que tienen un número igual de
electrones y protones.
* Iones: Es una partícula cargada
eléctricamente constituida
por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutra. Conceptualmente esto se puede entender como que, a partir de un estado neutro de un átomo o partícula, se han ganado o perdido electrones; este fenómeno se conoce como ionización.
por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutra. Conceptualmente esto se puede entender como que, a partir de un estado neutro de un átomo o partícula, se han ganado o perdido electrones; este fenómeno se conoce como ionización.
El espacio
que rodea a los cuerpos cargados y en el cual dejan sentir su influencia, se
denomina campo de fuerza electrostática. El campo electrostático está
determinado siempre por un objeto material y se extiende al espacio que rodea
el punto de origen disminuyendo generalmente en proporción con el cuadrado de
la distancia.
Gráficamente,
se representan los campos de fuerza mediante líneas de dirección e intensidad.
La intensidad se representa por el número de líneas por unidad de superficie, y
la dirección por la flecha. Para evitar confusión, las líneas de fuerza de una
carga positiva se representan siempre saliendo, y las líneas de una carga
negativa siempre entrando.
Electroscopio:
Es un instrumento que se utiliza para saber si un cuerpo
está cargado eléctricamente. Cuando un electroscopio se carga con un signo
conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto
aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto
está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario,
si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos.
Ley
de Coulomb (Charles Coulomb)
(Angulema, Francia, 1736-París, 1806) Físico
francés.
Su celebridad se basa sobre todo en que enunció la
ley física que lleva su nombre (ley de Coulomb), dedujo que la fuerza de
atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional
al producto de las magnitudes de las cargas inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia entre ellas, y dirigida a la línea que las une.
Dónde: y son cargas eléctricas
(Coulomb-C).
K es la constante eléctrica =9x109 N·m2/C2
Es la fuerza eléctrica de atracción o
repulsión (N).
CAMPO
ELÉCTRICO
Se puede comprender como la modificación que hace una
carga eléctrica con el medio que lo rodea, es decir, si consideramos que una
carga positiva se acerca al carpo eléctrico de una carga negativa, se observa
que la carga positiva es atraída hacia la negativa que se encuentra en la
región de influencia de dicho campo.
El campo eléctrico generado por una carga q a una distancia r es:
El campo eléctrico es una carga positiva, es un vector
que se dibuja apuntando hacia afuera de la partícula, mientras que el campo
eléctrico de una carga negativa se dibuja apuntando hacia la partícula.
El campo eléctrico producido por varias cargas puntuales
se encuentra realizando la suma de vectorial de los campos producidos por
cada una de las cargas.
Líneas
de Campo Eléctrico
En el interior de una caja metálica del campo eléctrico
eléctrico neto es cero, este es el principio conocido, como la ‘‘caja de
Faraday’’ se utiliza para proteger instrumentos delicados y circuitos
electrónicos de los campos eléctricos extremos indeseados.
En líneas de campo entre dos placas paralelas y que están
igualmente espaciadas, es constante.
Para entender el concepto, debemos definir la diferencia
potencial: es el trabajo que realiza un campo eléctrico por unidad de carga que
desplaza una carga eléctrica del punto A al punto B (no depende de la
trayectoria).
CORRIENTE
ELECTRICA
Es el movimiento de las cargas a través de un conductor.
Esto es posible debido a la diferencia de potencial producido por una batería
que permite el movimiento de las cargas al encontrarse conectado a un circuito
eléctrico, un circuito sencillo se compone de una batería, cables eléctricos y
un bombillo.
La corriente se simboliza con i, y es igual a la
cantidad de carga por unidad de tiempo, la corriente eléctrica parte siempre
del borne positivo de la batería y regresa al borne negativo.
Ley de Ohm (Georg Simón Ohm)
Georg Simón Ohm (Erlangen; 16 de
marzo de 1789-Múnich; 6 de julio de 1854) fue un
físico y matemático alemán que aportó a la teoría de la electricidad. Estudió
la relación que existe entre la intensidad de una corriente eléctrica,
su fuerza electromotriz y la resistencia, formulando en 1827 la
ley que lleva su nombre que establece que: I = V/R
R se reconoce como la resistencia eléctrica, su unidad
son los Ohmios (Ω).
Muchos conductores obedecen a esta ley y la gráfica de
corriente contra voltaje corresponde a: Resistencia
RESISTENCIA
ELECTRICA
El valor de la resistencia de un resistor donde
está escrito en el exterior o se expresa mediante un código de color, como se
observa en la figura.
La potencia eléctrica es la energía eléctrica
transmitida, por lo menos parcialmente en energía térmica, y es debida a las
colisiones entre las cargas eléctricas.
Para que haya corriente en un circuito eléctrico, se
necesita una batería o generador eléctrico. A tal dispositivo se le llama
fuente de fuerza electro matiz (fem).
La resistencia de un circuito eléctrico se puede
conectar en serie (con algunas instalaciones navideñas) y se puede
observar un ejemplo en las siguientes figuras:
CAMPOS MAGNETICO
Los imanes tienen dos caras que llamamos polo
norte magnético y polo sur magnético, y cada cara se marca con un color
diferente para diferenciarlas, y depende de que zonas
juntemos, se repelen o se atraen.
El imán dispone de un campo magnético capaz de provocar atracción o conseguir repeler otros cuerpos magnéticos. La materia presenta, en su interior, movimientos de los electrones almacenados en los átomos. Cuando este movimiento se orienta a direcciones diferentes, el efecto se anula. En cambio, cuando todos esos pequeños imanes están en una misma línea, la materia se magnetiza.
El Imán
Es un mineral cuya estructura se combina por un par de
óxidos de hierro y que posee la particularidad de generar atracción en otros
elementos de hierro, acero o, en menor
medida, de otras clases de materiales.
juntemos, se repelen o se atraen.
El imán dispone de un campo magnético capaz de provocar atracción o conseguir repeler otros cuerpos magnéticos. La materia presenta, en su interior, movimientos de los electrones almacenados en los átomos. Cuando este movimiento se orienta a direcciones diferentes, el efecto se anula. En cambio, cuando todos esos pequeños imanes están en una misma línea, la materia se magnetiza.
William
Gilbert (Colchester, Essex, 24 de
mayo de 1544 – Londres, 10 de
diciembre de 1603).Fue uno de los primeros filósofos naturales de la
era moderna en realizar experimentos con la electrostática y
el magnetismo, realizando para tal fin incontables experimentos que
describía con todo lujo de detalles en su obra. Definió el término de fuerza
eléctrica como el fenómeno de atracción que se producía al frotar ciertas
sustancias. A través de sus experiencias clasificó los materiales en
conductores y aislantes e ideó el primer electroscopio.
Los antiguos griegos conocieron fenómenos magnéticos
cuando ciertas rocas se atraían unas a otras (imanes naturales en la ciudad de
magnesia). En el siglo XVII William Gilbert estudio los polos de un imán y
además concluyo que la tierra se puede considerar como un gigantesco imán con
los polos magnéticos cerca de los polos geográficos (el polo sur geográfico
casi coincide con el polo norte magnético y el polo norte geográfico con el
polo sur magnético).
Si un imán se separa no obtenemos polos norte y sur
aislados; en vez de ellos, se producen dos nuevos imanes, cada uno con un polo
norte y un polo sur.
Hans
Christian Oersted
El danés Hans Christian Oersted, por casualidad, llego a
la conclusión que existe interacción entre el magnetismo y la carga en
movimiento al acercar una brújula a un alambre con corriente eléctrica.
André
Marie Ampere
El francés André Marie Ampere descubrió que dos
corrientes a cierta distancia actúan una sobre la otra repeliéndose y
atrayéndose según el sentido de las corrientes.
Campos
Magnéticos
Una carga eléctrica en movimiento genera en el espacio
que la rodea un campo magnético. Esta ejercerá fuerza magnética sobre otras
cargas también en movimiento la velocidad v es perpendicular al campo magnético
B. la fuerza F es perpendicular al plano que contiene a v y B, como lo muestra
la figura.
Para una carga eléctrica negativa, la fuerza es en
sentido contrario.
Las cargas eléctricas no experimentan ninguna fuerza si
se mueve en dirección del campo magnético B.
La dirección de la fuerza se produce por la regla de la
mano derecha:
Y sus magnitudes son
F=Bq v seno θ
Θ es el ángulo entre v y B.
El campo magnético B se mide en Weber/m2=Gauss.
Algunos materiales como el hierro, el cobalto, el níquel
y gadolinio son materiales ferromagnéticos, es decir, sus átomos se pueden
alinear hasta formar un campo magnético intenso.
Líneas
de inducción magnética
Líneas
de inducción magnética en un campo uniforme
Para representar campos magnéticos, también fuerzas
magnéticas o velocidades de las cargas en tres dimensiones, realizamos las
siguientes representaciones:
Movimiento
de una partícula cargada en un campo magnético uniforme
La trayectoria de una partícula cargada que se mueve en
un plano perpendicular a un campo magnético uniforme es una circunferencia.
Sabemos que la fuerza magnética es F=Bq y la fuerza
centrípeta es F=mv2/r, e igualado obtenemos:
r=mB/qB
Donde r es el radio de la trayectoria circular, m es la
masa de la partícula cargada, q es la magnitud de la carga eléctrica y B es la
magnitud del campo magnético.
Acción
de un campo magnético sobre un conductor
La fuerza que experimenta un alambre conductor dentro de
un campo magnético se debe a que las cargas que circulan por él están sometidas
a la acción de una fuerza magnética.
Donde L es el largo del alambre, i es la corriente que
circula por el alambre conductor.
Fuerzas que sobre una espira por la que circula corriente
Al circular corriente por un espira, esta experimentara
un par de fuerza que hace que rote. Es el principio de los motores eléctricos.
Interacción
entre conductores y campos magnéticos
Cuando un conductor se desplaza perpendicularmente a un
campo magnético B, los electrones libres que hay dentro del conductor se
moverán, entonces se produce una corriente inducida.
Cuando una carga se encuentra en equilibrio la fuerza
eléctrica y la fuerza magnética son iguales, por lo tanto.
Flujo
magnético
Mide la cantidad del campo magnético que pasa a través de
determinada superficie.
Φ =ABN (Weber)
Φ es el flujo magnético, A es el área de la superficie, BN es
la magnitud de campo magnético perpendicular a la superficie.
La variación del campo magnético da como resultado una
variación de flujo magnético sobre la espira originándose así una corriente
inducida.
Ley
de Faraday
Michael Faraday (Newington, 22 de
septiembre de 1791-Londres, 25 de agosto de 1867), fue
un físico y químico británico que estudió
el electromagnetismo y la electroquímica. Sus principales
descubrimientos incluyen la inducción electromagnética, diamagnetismo y
la electrólisis.
Si hay variación de flujo magnético en el tiempo, se
produce una fem incluida.
Sabemos que las fem es ε=-v BL
Ley
de Lenz
Heinrich Friedrich Emil Lenz (12 de
febrero de 1804 - 10 de febrero de 1865), fue
un alemán del Báltico conocido por formular la Ley de
Lenz en 1833, cuyo enunciado es el siguiente:
El sentido de las corrientes o fuerza electromotriz
inducida es tal que se opone siempre a la causa que la produce, o sea, a la
variación del flujo.
Una corriente producida por un fem inducida se mueve en
una dirección de modo que su campo magnético se opone al cambio original de
flujo.
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