FISICA 3 UAS: UNIDAD I ELECTRICIDAD Y SU NATURALEZA

LA ELECTRICIDAD

La palabra electricidad podemos dejar patente que tiene su origen etimológico en el término griego elektron que puede traducirse como “ámbar”. Partiendo del mismo se establece que la persona que acuñó este término fue más concretamente el científico inglés William Gilbert quien en el siglo XVI habló de “eléctrico” para mencionar los fenómenos de cargas de atracción que descubrieron ya los griegos.

La electricidad es una propiedad física manifestada a través de la atracción o del rechazo que ejercen entre sí las distintas partes de la materia. El origen de esta propiedad se encuentra en la presencia de componentes con carga negativa (denominados electrones) y otros con carga positiva (los protones).

La electricidad es un fenómeno físico, cuyo propulsor son las cargas eléctricas y la energía que estas promueven puede manifestarse ya sea en expresiones dentro del ámbito físico, luminoso, así como contemplando el área mecánica o térmica.

Si bien es abstracta en la mayoría de sus expresiones, como por ejemplo en el funcionamiento del sistema nervioso del ser humano, a la electricidad la podemos ver “más real” en los rayos cuando se desarrolla una fuerte tormenta. También, la electricidad resulta ser fundamental para el funcionamiento de máquinas y sistemas complejos, como también para el funcionamiento de pequeños electrodomésticos.

La electricidad, por otra parte, es el nombre que recibe una clase de energía que se basa en dicha propiedad física y que se manifiesta tanto en movimiento (la corriente) como en estado de reposo (la estática).

1.- LA IMPORTANCIA DE LA ELECTRICIDAD

Lectura la importancia de la electricidad:

http://www.4shared.com/file/KowgeNBMba/LA_IMPORTANCIA_DE_LA_ELECTRICI.html

1.2.- NOCIÓN DE CIRCUITO ELÉCTRICO

Circuito, del latín circuitus, es un término con múltiples significados. Puede utilizarse para nombrar al trayecto en curva cerrada o al terreno que está ubicado dentro de un perímetro cualquiera

Eléctrico, por otra parte, es aquello perteneciente o relativo a la electricidad (la propiedad física manifestada por la atracción o repulsión entre las partes de la materia o la forma de energía basada en dicha propiedad).

Un circuito eléctrico, por lo tanto, es la interconexión de dos o más componentes que contiene una trayectoria cerrada. Dichos componentes pueden ser resistencias, fuentes, interruptores, condensadores, semiconductores o cables, por ejemplo. Cuando el circuito incluye componentes electrónicos, se habla de circuito electrónico.

PARTES DE QUE CONSTA:

1. FUENTE O GENERADOR .- Genera el movimiento de los electrones. Desempeña una función similar al de una bomba de agua, no produce electrones, como la bomba de agua no produce agua, sino que los hace circular. Circulan los electrones libres por el conductor.

2. CARGA .- Recibe el flujo de electrones o corriente eléctrica, este flujo al paso por la carga realiza un trabajo que se manifiesta bajo la forma de luz, calor, etc.

3. CONDUCTORES .- Son los medios a lo largo del cual fluyen los electrones que el generador hace circular.

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Lectura Nocion de circuito

http://www.4shared.com/file/Ld7GrmI5ba/EL_CIRCUITO_ELCTRICO.html

2.1 ELECTROSTÁTICA

La electrostática es la rama de la Física que analiza los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.

En la electrostática estudiamos las partículas cargadas eléctricamente, o sea, la electrostática es la parte de la física en que estudiamos el comportamiento de las cargas eléctricas.

Podríamos decir que es el área de la física que se encarga de estudiar fenómenos asociados a cargas eléctricas en reposo.

Carga Eléctrica

Para entender el concepto de carga eléctrica, vamos a estudiar un poco la estructura del átomo y las partículas portadoras de carga eléctrica que lo constituyen. En el núcleo del átomo están los protones y los neutrones y girando en torno de ellos están los electrones. Un protón en presencia de otro protón se repele, lo mismo sucede con los electrones, pero entre un protón y un electrón existe una fuerza de atracción, como en el ejemplo del ámbar y la paja. De esa forma atribuimos al protón y al electrón una propiedad física denominada carga eléctrica.

En la física moderna, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia responsable de producir las interacciones electrostáticas.

La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas por la mediación de campos electromagnéticos.

La Carga Eléctrica es aquella propiedad de determinadas partículas subatómicas que se produce cuando se relacionan unas con otras, esta interacción es electromagnética y se hace con las cargas positivas y negativas de la partícula.

La unidad de medida de la carga es el coulomb (C), En honor al Físico e Ingeniero militar Charles Augustin Coulomb (1736 - 1806) este francés fue el primero en explicar de forma matemática la ley de atracción de las cargas.

Un coulomb (C) es la carga de |6.24X1018| electrones o la carga de un electrón es una carga negativa de 1.6021X10-19 (C).

La carga eléctrica de un cuerpo u objeto se establece a partir de la relación entre el número de protones y el número de electrones existentes en el. Si esta relación es de igualdad se dice que el cuerpo no está cargado. Si el número de electrones es mayor al número de protones, afirmamos que el cuerpo está cargado negativamente. Si el número de electrones es menor que el número de protones afirmamos que el cuerpo está cargado positivamente.

Cargar un cuerpo negativa o positivamente es consecuencia de la ganancia o pérdida de electrones respectivamente. Es de resaltar que los elementos con capacidad de transferirse son los electrones.

A) Electrización de los cuerpos

En física, se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro.

Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargas eléctricas, se dice que ha sido electrizado.

La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática.

a) ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO

Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.

b) ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO

Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva.

c) 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.

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.

Lectura Métodos de electrización de los cuerpos

http://www.4shared.com/file/QlaYXOIbce/Electrizacin.html

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EXPERIMENTOS DE ELECTRIZACIÓN

1) ESFERA DE ALUMNIO

2) ELECTROSCOPIO

3) PENDULO ELECTRICO

B) Ley de Coulomb

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".

donde:

F es la fuerza eléctrica de atracción o repulsión. En el S.I. se mide en Newtons (N).
Q y q son lo valores de las dos cargas puntuales. En el S.I. se miden en Culombios (C).
r es el valor de la distancia que las separa. En el S.I. se mide en metros (m).
K es una constante de proporcionalidad llamada constante de la ley de Coulomb. No se trata de una constante universal y depende del medio en el que se encuentren las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente 9·109 N·m2/C2 utilizando unidades en el S.I.

Coulomb utilizó para estudiar estas fuerzas, un equipo que el mismo desarrolló, la balanza de torsión. Este equipo consistía en un mecanismo que calcula la intensidad del torque sufrido por una partícula que sufre repulsión.

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 ;

Lectura Ley de Coulomb

http://www.4shared.com/file/bLiMQ86_ce/Ley_de_Coulomb.html

Applets Coulomb

http://www.educaplus.org/games/electrostatica

http://www.educaplus.org/game/ley-de-coulomb

http://www.ii.udc.es/lail/em/campo_E/LeyCoulomb.html

https://www.fisicalab.com/apartado/ley-de-coulomb#contenidos

Generador de Van der Graff

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/graaf/graaf.htm

Cargas eléctricas

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C) Campo eléctrico (E).-

El campo eléctrico se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. La dirección del campo se toma como la dirección de la fuerza que ejercería sobre una carga positiva de prueba. El campo eléctrico esta dirigido radialmente hacia fuera de una carga positiva y radialmente hacia el interior de una carga puntual negativa.

La unidad con la que se mide es:

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:

La letra con la que se representa el campo eléctrico es la E.

Lectura Campo eléctrico

http://www.4shared.com/file/MllyhEhxce/CAMPO_ELECTRICO.html

Campo eléctrico

http://www.educaplus.org/game/fuerza-y-campo-electrico

http://www.educaplus.org/game/campo-creado-por-dos-cargas

http://www.educaplus.org/game/campo-creado-por-una-carga

Lineas de campo eléctrico y superficies equipotenciales

http://www.xtec.cat/~ocasella/applets/elect/appletsol2.htm

http://www.xtec.cat/~ocasella/applets/elect/appletsol2.htm

http://www.its.caltech.edu/~phys1/java/phys1/EField/EField.html

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Capacitancia

En electromagnetismo y electrónica, la capacidad eléctrica, que es también conocida como capacitancia, es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacidad es también una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para una diferencia de potencial eléctrico dada. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente expresión matemática:

${C}={Q \over V}$ ${C}={Q \over V}$

donde:

$C\,$ $C\,$ es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio.
$Q\,$ $Q\,$ es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios;
$V\,$ $V\,$ es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios.