ELECTRICIDAD

 

 









 

• Carga: es cualquier cuerpo que posea electricidad.

1ª Existen dos tipos de cargas :

• Positivas(+), protones.
  
• Negativas(-), electrones.
  

2ª Objetos que contienen el mismo signo, se repelen, y objetos de cargas contrarias se atraen.

3ª La carga se mantiene. En la electrificacion no se esta creando carga, solo se esta transportando, de un lugar a otro manteniendo la carga total.

• electrificacion: es la perdida o ganancia de electrones de un objeto.
  
• todos los cuerpos son neutros, contienen cargas iguales de los dos tipos.
  
• Cuando se frotan, la carga es transferida de un cuerpo a otro.
  

LEY DE COULOMB

C.Coulomb fue el primero que estudio las fuerzas eléctricas, y llegó a a la conclusión:

• La fuerza de repulsión o atracción de dos cuerpos con carga eléctrica diminuía con el cuadrado de las distancia.
  
• Esta fuerza, defendía de la cantidad de carga eléctrica de los cuerpos y del medio donde se encontraban.
  

- La fuerza con que se repelen o atraen dos cargas en reposo es igual al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que hay entre ellas, todo multiplicado por la constante del medio en que se encuentre.

• F es el valor de la repulsión o atracción de las dos cargas. Su unidad es el newton ( N )
  
• K es la constante variable del medio. Si se trata del vacío.
  
• q son las cargas que interactúan. Se miden en culombios ( C )
  
• d se refiere a la distancia entre las q. Su unidad es el metro ( m )
  

En culombios, los valores de electrón y protón son:

CAMPO ELÉCTRICO

- Denominamos campo eléctrico, a la región del espacio en la que una carga electrizada situada en un punto de ese espacio experimenta una fuerza eléctrica.

- La intensidad de un campo eléctrico lo resumimos como la fuerza ( F ) que experimenta la unidad de carga positiva (+) si se sitúa en el campo eléctrico.

LEY DE OHM

La ley de Ohm nos explica y nos permite obtener 3 magnitudes eléctricas muy importantes.

Intensidad: la cantidad de electrones que pasan por un punto en la unidad de tiempo. Su unidad son los amperios (A)
Voltaje: es la fuerza con la que circulan los electrones. Su unidad son los voltios (v)
Resistencia: es la aposición del material a la corriente eléctrica. Su unidad son los Ohmios.
- La intensidad de corriente es directamente proporcional al voltaje y inversamente proporcional a la resistencia del conductor.

Aislantes y conductores eléctricos

La electricidad es una forma de energía que se puede trasmitir de un punto a otro.

(Ampliar imagen)

Todos los cuerpos presentan esta característica, que es propia de las partículas que lo forman, pero algunos la trasmiten mejor que otros.
Los cuerpos, según su capacidad de trasmisión de la corriente eléctrica, son clasificados en conductores y aisladores.
Conductores son los que dejan traspasar a través de ellos la electricidad.
Entre éstos tenemos a los metales como el cobre.
En general, los metales son conductores de la electricidad.
Aisladores o malos conductores, son los que no permiten el paso de la corriente eléctrica, ejemplo: madera, plástico, etc.
La pila es un sistema que transforma la energía química en energía eléctrica. En el interior de la pila se está produciendo una reacción química entre el cinc (metal) y un ácido, que genera el flujo de electricidad.
Para saber si algún elemento no identificado, metal u otro que no se sepa su procedencia, es conductor o no, o si tiene electricidad o no, jamás debe hacerse al tacto de las manos. Para ello hay instrumentos especiales.

Campo Eléctrico

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.


Haga clic sobre cualquiera de los ejemplos de arriba para mas detalles.

Campo Eléctrico de una Carga Puntual

El campo eléctrico de una carga puntual se puede obtener de la ley de Coulomb: El campo eléctrico está dirigido radialmente hacia fuera de una carga puntual en todas las direcciones. Los círculos representan superficies equipotenciales esféricas.

El campo eléctrico de cualquier número de cargas puntuales, se puede obtener por la suma vectorial de los campos individuales. Un campo dirigido hacia fuera se toma como positivo; el campo de carga negativa está dirigido hacia el interior de la carga.
LINEAS DE CAMPO ELECTRICO
Es posible conseguir una representación gráfica de un campo de fuerzas empleando las llamadas líneas de fuerza. Son líneas imaginarias que describen, si los hubiere, los cambios en dirección de las fuerzas al pasar de un punto a otro. En el caso del campo eléctrico, puesto que tiene magnitud y sentido, se trata de una cantidad vectorial, y las líneas de fuerza o líneas de campo eléctrico indican las trayectorias que seguirían las partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del campo. El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado.
Una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas de fuerza radiales, pues las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la línea que une a las cargas interactuantes, y dirigidas hacia fuera porque las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido (fuerzas repulsivas). En el caso del campo debido a una carga puntual negativa el mapa de líneas de fuerza sería análogo, pero dirigidas hacia la carga central. Como consecuencia de lo anterior, en el caso de los campos debidos a varias cargas las líneas de fuerza nacen siempre de las cargas positivas y mueren en las negativas. Se dice por ello que las primeras son «manantiales» y las segundas «sumideros» de líneas de fuerza.

                 

La energía eléctrica.- es una fuente de energía renovable que se obtiene mediante el movimiento de cargas eléctricas (electrones positivos y negativos) que se produce en el interior de materiales conductores (por ejemplo, cables metálicos como el cobre)

DIFERENCIA DE POTENCIAL Y POTENCIAL ELECTRICO.

En un campo eléctrico externo se coloca una carga de prueba q₀, sobre la cual se ejerce una fuerza eléctrica . Si se aplica una fuerza externa que hace que esa carga este en equilibrio, dicha fuerza debe ser tal que .

El trabajo hecho por el agente externo para mover la carga de prueba en equilibrio desde a hasta b a lo largo de la trayectoria que se muestra en la figura 4.1 es,

 

 

La resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un medio al flujo eléctrico o corriente eléctrica .

Ambos conceptos se relacionan con un tercer concepto , el voltaje , en la fórmula de Ohm , y es :

V = RxI , el voltaje es igual a la resistencia multiplicado por la intensidad de corriente .

El voltaje se mide en volt con un instrumento llamado voltmetro o voltímetro , la resistenia eléctrica se mide con un ohmetro y la corriente eléctrica se mide con un amperimetro , siendo las unidades vot , ohm y ampere , respectivamente

Corriente eléctrica 

La corriente eléctrica es la tasa de flujo de carga que pasa por un determinado punto de un circuito eléctrico, medido en Culombios/segundo, denominado Amperio. En la mayoría de los circuitos eléctrico de DC, se puede asumir que la resistencia al flujo de la corriente es una constante, de manera que la corriente en el circuito está relacionada con el voltaje y la resistencia, por medio de la ley de Ohm. Las abreviaciones estándares para esas unidades son 1 A = 1 C/s.

LA LEY DE OHM Según esta ley, “la intensidad de corriente que circula a través de una resistencia es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada entre sus extremos e inversamente proporcional al valor de la resistencia". Esta ley se expresa matemáticamente como: Establece la relación existente entre tensión, intensidad y resistencia, permitiendo determinar cualquiera de los tres parámetros conocidos los otros dos De esa fórmula se pueden despejar la tensión, con lo que obtendríamos la diferencia de potencial existente entre los extremos de la resistencia cuando circula una intensidad, o la resistencia que tiene un elemento si al pasar una corriente I la tensión medida entre sus extremos es V.

Ejemplo
¿Qué intensidad circula en el siguiente circuito? Aplicando la ley de Ohm

CORRIENTE DIRECTA O CONTINUA

 

La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), tal como ocurre en las baterías, las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese tipo de corriente eléctrica.

 

Fuentes suministradoras de corriente directa o continua. A la izquierda, una batería de las comúnmente utilizada en los coches y todo tipo de vehículo motorizado. A la derecha, pilas de amplio uso, lo mismo en linternas que en aparatos y dispositivos eléctricos y electrónicos.

Es importante conocer que ni las baterías, ni los generadores, ni ningún otro dispositivo similar crea cargas eléctricas pues, de hecho, todos los elementos conocidos en la naturaleza las contienen, pero para establecer el flujo en forma de corriente eléctrica es necesario ponerlas en movimiento.

El movimiento de las cargas eléctricas se asemeja al de las moléculas de un líquido, cuando al ser  impulsadas por una bomba circulan a través de la tubería de un circuito hidráulico cerrado.

 

Resistencias, circuito serie, paralelo y mixto.

Resistor: es un componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima en un resistor viene condicionada por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo.

Los resistores se utilizan en los circuitos para limitar el valor de la corriente para fijar el valor de la tensión.

Circuito en serie: es aquél en que los dispositivos o elementos del circuito están dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente pasa a través de cada elemento sin división ni derivación en circuitos paralelos.
Para calcular la resistencia total cuando los resistores están en serie se utiliza la siguiente fórmula:

RT= R1+R2+R3…+Rn

Circuito en paralelo: En un circuito en paralelo cada receptor conectado a la fuente de alimentación lo está de forma independiente al resto; cada uno tiene su propia línea, aunque haya parte de esa línea que sea común a todos. Para conectar un nuevo receptor en paralelo, añadiremos una nueva línea conectada a los terminales de las líneas que ya hay en el circuito.

Para calcular el valor total de las resistencias cuando están en un circuito paralelo se utiliza la siguiente fórmula:

Circuito mixto: es una combinación de varios elementos conectados tanto en paralelo como en serie, estos pueden colocarse de la manera que sea siempre y cuando se utilicen los dos diferentes sistemas de elementos, tanto paralelo como en serie.

Estos circuitos se pueden reducir resolviendo primero los elementos que se encuentran en serie y luego los que se encuentren en paralelo, para luego calcular y reducir un circuito único y puro.

Leyes de Kirchoff

La ley de Ohm se aplica a cualquier parte del circuito tanto como al circuito completo. Puesto que la corriente es la misma en las tres resistencias de la figura 1, la tensión total se divide entre ellas.
La tensión que aparece a través de cada resistencia (la caída de tensión) puede obtenerse de la ley de Ohm.
Ejemplo: Si la tensión a través de Rl la llamamos El, a través de R2, E2, y a través de R3, E3, entonces

figura1

El = IxRI = 0,00758 X 5000 = 37,9 V

E2 = IxR2 = 0,00758 X 20.000 = 151,5 V

E3 = IxR3 = 0,00758 X 8000 = 60,6 V

La primera ley de Kirchhoff describe con precisión la situación del circuito: La suma de las tensiones en un bucle de corriente cerrado es cero. Las resistencias son sumideros de potencia, mientras que la batería es una fuente de potencia, por lo que la convención de signos descrita anteriormente hace que las caídas de potencial a través de las resistencias sean de signo opuesto a la tensión de la batería. La suma de todas las tensiones da cero. En el caso sencillo de una única fuente de tensión, una sencilla operación algebraica indica que la suma de las caídas de tensión individuales debe ser igual a la tensión aplicada.

E= El + E2 + E3

E= 37,9 + 151,5 + 60,6

E= 250 V

En problemas como éste, cuando la corriente es suficientemente pequeña para ser expresada en miliamperios, se puede ahorrar cantidad de tiempo y problemas expresando la resistencia en kilohms mejor que en ohms. Cuando se sustituye directamente la resistencia en kilohms en la ley de Ohm, la corriente será en miliamperios si la FEM está en voltios.

Resistencias en paralelo

En un circuito con resistencias en paralelo, la resistencia total es menor que la menor de las resistencias presentes. Esto se debe a que la corriente total es siempre mayor que la corriente en cualquier resistencia individual. La fórmula para obtener la resistencia total de resistencias en paralelo es

R=1 / (1/R1)+(1/R2)+(1/R3)+...

donde los puntos suspensivos indican que cualquier número de resistencias pueden ser combinadas por el mismo método.
En el caso de dos resistencias en paralelo (un caso muy común), la fórmula se convierte en

R= R1xR2 / R1+R2

Ejemplo: Si una resistencia de 500 O está en paralelo con una de 1200 O, la resistencia total es:

R = 500x1200/500+1200=600000 / 1700 =353

Segunda ley de Kirchhoff

Hay otra solución para el problema. Suponga que las tres resistencias del ejemplo anterior se conectan en paralelo como se muestra en la figura 2.

figura2

La misma FEM, 250 V, se aplica a todas las resistencias.
La corriente en cada una puede obtenerse de la ley de Ohm como se muestra más abajo, siendo I1 la corriente a través de Rl, I2 la corriente a través de R2, e I3 la corriente a través de R3.
Por conveniencia, la resistencia se expresará en kilohms, por tanto la corriente estará en miliamperios.

I1=E / R1=250 / 5 = 50mA

I2 = E / R2 = 250 / 20 =12,5mA

I3 = E / R3 = 250 / 8 = 31,25 mA

La corriente total es

I total =I1 + 12 + 13 = 50 + 12,5 + 31,25 = 93,75 mA

Este ejemplo ilustra la ley de corriente de Kirchhoff.
"La corriente que circula hacia un nodo o punto de derivación es igual a la suma de las corrientes que abandonan el nodo o derivación."