domingo, 5 de junio de 2016

desarrollo de la electricidad


electrostatica


Electrostática

la electrostática es la rama de la electricidad que se encarga de estudiar las cargar electrostáticas en reposo. Todos los cuerpos que nos redean están compuestos por materia que a su vez esta conformada por pequeñas partículas llamados atomos, que estos a su vez tienen protones neutrones y electrones.

La carga eléctrica es una propiedad que tienen los electrones y protones. De igual manera esta carga eléctrica se puede transmitir y consiste en que un cuerpo gane o pierda electrones, a esto se le denomina electrizar un cuerpo y existen tres maneras de lograrlo:

Frotamiento: se presenta cuando dos cuerpos se frotan entre si o por la friccion entre estos.



Contacto: consiste en simplemente el contacto entre dos cuerpos.



Inducción: se presenta cuando un cuerpo que esta cargado se acerca a otro y transfiere esa carga pero sin haber ningún tipo de contacto entre ellos. Un claro ejemplo de esto es cuando pasas cerca de la televisión y sientes como fluye la corriente al acercarte.



La unidad que se utiliza para medir las cargas eléctricas se denomina coulomb (C) y se refiere a la cantidad de electrones que posee en exceso un cuerpo en comparación con su estado neutral. La equivalencia en electrones es la siguiente:

1C=6.25x1018 electrones

Existen materiales en nuestro entorno  que al estar formados por atomos poseen electrones y protones pero aunque tengan esto en común no todos poseen la misma capacidad para  conducir electricidad por lo tanto se puede clasificar de la siguiente manera:

Materiales conductores: son aquellos que pueden electrizar toda su superficie al estar libre los electrones se pueden mover por todos lados.




Materiales aislantes o dieléctricos: son aquellos materiales que solo se electrifican en el punto donde han contacto o son frotados esto es debido a que el movimiento de sus electrones es nulo.



Materiales semiconductores: son materiales que presentan ambas características, es decir, tanto de los conductores como de los aislantes, son utilizados principalmente en electrónica.



LEY DE COULOMB

La Ley de Coulomb, que establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales, constituye el punto de partida de la Electrostática como ciencia cuantitativa.
Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años después, pero fue Coulomb en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales directos.
Entendemos por carga puntual una carga eléctrica localizada en un punto geométrico del espacio. Evidentemente, una carga puntual no existe, es una idealización, pero constituye una buena aproximación cuando estamos estudiando la interacción entre cuerpos cargados eléctricamente cuyas dimensiones son muy pequeñas en comparación con la distancia que existen entre ellos.

La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario".
Es importante hacer notar en relación a la ley de Coulomb los siguientes puntos:
a) cuando hablamos de la fuerza entre cargas eléctricas estamos siempre suponiendo que éstas se encuentran en reposo (de ahí la denominación de Electrostática);
Nótese que la fuerza eléctrica es una cantidad vectorial, posee magnitud, dirección  y sentido.
b) las fuerzas electrostáticas cumplen la tercera ley de Newton (ley de acción y reacción); es decir, las fuerzas que dos cargas eléctricas puntuales ejercen entre sí son iguales en módulo y dirección, pero de sentido contrario:
Fq1 → q2 = −Fq2 → q1 ;
 x
En términos matemáticos, esta ley se refiere a la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales q1q2 ejerce sobre la otra separadas por una distancia r y se expresa en forma de ecuación como:
 Ley_Coulomb001
k es una constante conocida como constante Coulomb y las barras denotan valor absoluto.
es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (en función de que las cargas sean positivas o negativas).
- Si las cargas son de signo opuesto (+ y –), la fuerza "F" será negativa, lo que indica atracción
- Si las cargas son del mismo signo (– y –   ó   + y +), la fuerza "F" será positiva, lo que indica repulsión.
x

En el gráfico vemos que, independiente del signo que ellas posean,  las fuerzas se ejercen siempre en la misma dirección (paralela a la línea que representa r), tienen siempre igual módulo o valor (q1 x q2 = q2 x q1) y siempre se ejercen en sentido contrario entre ellas.

Recordemos que la unidad por carga eléctrica en el Sistema Internacional (SI) es el Coulomb.

c) hasta donde sabemos la ley de Coulomb es válida desde distancias de muchos kilómetros hasta distancias tan pequeñas como las existentes entre protones y electrones en un átomo.


CAMPO ELÉCTRICO
El campo eléctrico se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. El campo eléctrico existe cuando coexiste 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 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.








            

La unidad con la que se mide es:

N/C
N=Newton
C=Coulomb



La letra con la que se representa el campo eléctrico es la E.
Para calcular la intensidad del campo eléctrico producido por una carga eléctrica, se emplea una carga positiva llamada carga de prueba. Esta es colocada en un punto de la región a investigar, si la carga de prueba recibe una fuerza de origen eléctrico, se dice que en ese punto existe un campo eléctrico, cuya intensidad es igual al cociente entre la fuerza y el valor de dicha carga de prueba.
Se expresa de la siguiente manera:

Ahora bien, si deseamos calcular el campo eléctrico a una determinada distancia utilizamos la siguiente expresión matemática:





Cuando tenemos varias cargas eléctricas alrededor de un punto y se desea conocer la intensidad del campo eléctrico en dicho punto, la resultante será la suma vectorial de cada uno de los campos eléctricos producidos individualmente por cada una de las cargas, como se puede observar en la siguiente figura.




ELECTRODINÁMICA
La electrodinámica se caracteriza por que las cargas eléctricas se encuentran en constante movimiento. Se fundamenta precisamente en el movimiento de los electrones o cargas eléctricas que emplean como soporte un material conductor de la corriente eléctrica para desplazarse.
Todos los objetos están formados por átomos y estos están formados por protones y electrones, ahora bien un átomo pude ganar o ceder electrones de su última  orbita y así convertirse en un ion positivo o negativo.
Cuando el átomo cede o pierde electrones la cantidad de protones con carga positiva supera a los electrones con carga negativa. Si por el contrario en lugar de ceder electrones los capta o gana en su última orbita se convierte en un ion negativo.es necesario recordar que el número de electrones máximo que puede contener en su última carga es de 8.
Las cargas eléctricas pasan por de una molécula a otra utilizando como medio un material que sea conductor. Para poner en movimiento a esas cargas eléctricas o electrones se puede utilizar cualquier fuente de fuerza electromotriz (FEM) ya sea de naturaleza química como una batería o magnética como un generador de corriente.
Existen dos tipos de corriente eléctrica: la continua (CC) que obtenemos de las pilas y baterías. El otro tipo de corriente eléctrica es la corriente alterna (CA) que se obtiene a partir de plantas generadoras de corriente eléctrica.




La intensidad de la corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que pasa por la sección de un conductor en un segundo.




La intensidad de corriente eléctrica tiene por unidad en el SI al ampere (A). 




Resistencia eléctrica
Como sabemos existen materiales que no son buenos conductores de energía eléctrica pero también hay que si lo son, los que no son buenos conductores obstruyen el paso de los electrones por lo que los electrones encuentran cierta resistencia al circular por el material.

Pero ¿Qué es la resistencia electrica?

Consiste en la oposición que presencia un conductor al pasar la corriente o el flujo de electrones por el.

 A  continuación se te presentan algunos factores que influyen en la resistencia de los conductores:

La naturaleza del conductor: un ejemplo la plata tiene menor resistencia que el hierro para que circule la energía.



Longitud del conductor: a mayor longitud mayor resistencia habrá



Sección o transversal: se refiere al area del conductor ya que a mayor area menor resistencia habrá.



Temperatura: en el caso de los metales la resistencia aumenta conforme a la temperatura.



La unidad de la resistencia eléctrica en el SI es el ohm (W).
Para calcular al resistencia de un material se emplea la sig. formula:

R=rL/A

R=resistencia del conductor (W)
r=resistividad del material de que esta hecho a 0°C (Wm)
L=longitud del conductor  (m)
A=area transversal del  conductor (m2)

Para calcular la rsistencia de un material a cierta temperatura se emplea otra formula:

Rt=RO(1+at)

Rt= resistencia del conductor a una temperatura (W)
RO=resistencia del conductor a 0°C (W)
a=coeficiente de temperatura de la resistencia del material conductor (°C-1)
t=temperatura del conductor (°C)

ejemplo:

determina la resistencia eléctrica de una línea conductora fabricada con alambre de aluminio, la cual será tendida a lo largo de 12km, cuya sección transversal es de 3.14cm2. hay que considerar que la temperatura promedio del poblado en invierno es de 0°C y se desea conocer la resistencia en ese periodo.

L=12km
A=3.14m2
r=3.21x10-8Wm

Se usa la formula

R=rL/A
R=(3.21x10-8Wm) 12000m/0.000314m2
R=38520x108Wm2/0.000314m2
R=1.22 W

Ahora se quieresaber cual será la resistencia de conductor pero en el dia, normalmente la temperatura es 45°C
En este caso se utiliza la otra formula
Rt=RO(1+at)

RO= 1.22W
a (Aluminio) =3.9x10-3°C-1
t=45°C

Rt= (1.22W )(1+3.9x10-3°C-1{45°C})
Rt= (1.22W )(1.1755)
Rt= 1.43W

Ley de ohm

una ley importante es la ley de ohm,  seguramente ya habras notado que en tu casa existe un switch o centro de carga  que contiene dos o tres implementos que de seguro ya conoces que son los fusibles. Pues estos implementos se basan en esta ley para controlar las altas y bajas de la diferencia de voltaje.



El físico George simon ohm, al realizar sus experimentos, utilizo instrumentos de medición muy confiables y pudo observar que al aumentar la diferencia de potencial de un circuito mayor es la intensidad de la corriente. También observo que al incrementar la resistencia del conductor disminuye la intensidad de la corriente. Gracias a estos resultados, enuncio en 1827 la siguiente ley: “la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor  en un circuito es directamente proporcional a la resistencia del conductor”.

Matemáticamente se expresa:
I=V/R

I=intensidad de la corriente que circula por el conductor (A)
V=diferencia de potencial o voltaje aplicado a los extremos del conductor (V)
R= resistencia de la corriente que circula por el conductor (A)

Ejemplo

Encuentra la intensidad de la corriente de un  aparato eléctrico con una resistencia de 25W al estar conectado a una fuente de 115V.

R= 25W
V=115V
I=?

I= V/R
I= 115V/25W
I= 4.6A

También se puede calcular la resistencia con esta formula solo hay que despejarla

R=V/I
R=115V/4.6A
R=25W

CIRCUITOS ELECTRICOS

El circuito eléctrico es un sistema por el cual fluye la corriente a través de un conductor en una trayectoria completa debido a una diferencia de potencial o voltaje. En cualquier circuito eléctrico identificamos tres elementos:  voltaje, intensidad de corriente y la resistencia. Se dice que un circuito es cerrado cuando la corriente circula por el y abierto cuando no lo hace.


a=cerrado
b=abierto

Existen tres tipos de circuitos, los de serie, los paralelos y los mixtos.

Circuitos eléctricos en serie: son aquellos que están conectados uno tras otro, de esta forma la corriente tiene una misma trayectoria, por lo tanto la corriente circula igual por todos los puntos.



En este tipo de circuito la resistencia se calcula de la siguiente manera

Re=R1+R2+R3+………….

Re=resistencia equivalente del circuito
R1,2,3,4,etc.=cada una de las resistencias en el circuito

El voltaje total se calcula de la siguiente manera

Vt=V1+V2+V3+V3+V4+………
 

Como sabemos que V=IR entonces nos queda:

Vt=IR1+IR2+IR3+……..

Circuitos eléctricos en paralelo: se conectan entre dos alambres que conducen hacia la fuente de voltaje, la corriente se divide entre los elementos conectados.




En este circuito la resistencia se calcula de la siguiente manera:

1/RT=1/R1+1/R2+1/R3+…….

La intensidad de la corriente se calcula con la siguiente formula:

I=V/R1+V/R2+V/R3+…….
 

Circuitos eléctricos mixtos: poseen caracteristicas de los dos circuitos anteriores




En este tipo de circuito se emplean las dos formulas anteriores pero se tiene que ir agrupando las resistencias de acuerdo a si son paralelas o seriales y con el + cercano 

ejemplo



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