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UNIDAD I: ELECTROSTATICA.

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Karina Cobos

on 17 October 2014

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Transcript of UNIDAD I: ELECTROSTATICA.

1.1 ELECTRICIDAD
La electricidad (del griego electrón , cuyo significado es ámbar ) es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros, en otras palabras es el flujo de electrones.
1.1.3 Formas De Electrificar Los Cuerpos
Pieter Van Musschenbroek
. El holandés Pieter Van Musschenbroek (1692-1761) descubrió la condensación eléctrica, al utilizar la llamada botella de Leyden, que es un condensador experimental constituido por una botella de vidrio que actúa como aislante o dieléctrico.
Tales De Mileto
Los primeros fenómenos eléctricos fueron descritos por el matemático griego Tales de Mileto, quien vivió aproximadamente en el año 600 a.C. Señalaba que al frotar el ámbar con una piel de gato, podía atraer algunos cuerpos ligeros como polvo, cabellos o paja.
Otto De Guericke
El físico alemán Otto de Guericke (1602-1686) construyó la primera máquina eléctrica, cuyo principio de funcionamiento se basaba en el frotamiento de una bola de azufre que giraba produciendo chispas eléctricas.
UNIDAD I: Electrostática.
1.1.1 ANTECEDENTES HISTORICOS
* Tales De Mileto
*Otto De Guericke
*Pieter Van Musschenbroek
*Benjamín Franklin
*Charles Coulomb
*Alessandro Volta
*Georg Ohm
*Michael Faraday
*James Joule
*Joseph Henry
*Heinrich Lenz
*Jaimes Maxwell
*Nicola Tesla
*Joseph Thomson
Benjamín Franklin
El norteamericano Benjamín Franklin (1706-1790) pudo observar que cuando un conductor cargado negativamente termina en punta, se acumulan los electrones en esa parte y por repulsión abandonan dicho extremo, fijándose sobre las moléculas de aire o sobre un conductor cercano cargado positivamente (tiene carencia de electrones). Aprovechó las propiedades antes descritas y propuso aplicarlas en la protección de edificios, mediante la construcción del pararrayos.
Charles Coulomb
Científico francés (1736-1806), estudió las leyes de atracción y repulsión eléctrica. En 1777 inventó la balanza de torsión que medía la fuerza por medio del retorcimiento de una fibra fina y rígida a la vez.
Alessandro Volta
El científico italiano Alessandro Volta (1745-1827), también contribuyó notablemente al estudio de la electricidad. En 1775 inventó el electróforo, dispositivo que generaba y almacenaba electricidad estática. En 1800 explicó por qué se produce electricidad cuando dos cuerpos metálicos diferentes se ponen en contacto. Empleó su descubrimiento para elaborar la primera pila eléctrica del mundo; para ello, combinó dos metales distintos con un líquido que servía de conductor.
Georg Ohm
Físico alemán (1789-1854), quien describió la resistencia eléctrica de un conductor, y en 1827 estableció la ley fundamental de las corrientes eléctricas al encontrar que existe una relación entre la resistencia de un conductor, la diferencia de potencial y la intensidad de corriente eléctrica.
Michael Faraday
Michael Faraday, físico y químico inglés (1791-1867), descubrió como se podía emplear un imán para generar una corriente eléctrica en una espiral de hierro. Propuso la teoría sobre la electrización por influencia, al señalar que un conductor hueco (jaula de Faraday) forma una pantalla por las acciones eléctricas. A partir del descubrimiento de la inducción electromagnética, Faraday logro inventar el generador eléctrico.
James Joule
El físico inglés James Joule (1818-1889), estudió los fenómenos producidos por las corrientes eléctricas y el calor desprendido en los circuitos eléctricos.
Joseph Henry
El norteamericano Joseph Henry (1797-1878), que construyó el primer electroimán.
Heinrich Lenz
El ruso Heinrich Lenz (1804-1865), quien enunció la ley relativa al sentido de la corriente inducida.
James Maxwel
El escocés James Maxwell (1831-1879), quien propuso la teoría electromagnética de la luz y las ecuaciones generales del campo electromagnético.
Nicola Tesla
El yugoslavo Nicola Tesla (1856-1943), quien inventó el motor asincrónico y estudió también las corrientes polifásicas.
Joseph Thomson
El inglés Joseph Thomson (1856-1940), quien investigó la estructura de la materia y de los electrones.
1.1.2 Carga Eléctrica y Sus Unidades
Es una propiedad de algunas partículas subatómicas (pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio, y se corresponde con la carga de 6,24 × 1018 electrones aproximadamente.

Sistema C.G.S:La unidad de carga eléctrica es el statcoulomb (stc) que se define como la carga que se coloca a 1cm de distancia de otra carga igual, repele a esta carga con la fuerza de 1 dima.

Unidades de la constante K: Sabiendo que la fuerza de repulsión entres dos cargas identificas de 1 C situadas en el vacío a ana distancia de 1 m es igual a 9x I0^9


1.1.4 Ley De Coulomb
El físico Charle De Coulomb formulo la ley que describe la fuerza que dos cargas eléctricas de igual signo se repelen y de signos contrarios se atraigan. La fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las dos cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Esta ley se representa: Fa q q1/r2  De lo anterior se obtiene: F= k.q1.q2/ r2





DONDE:
F= fuerza de atracción o repulsión  q q= cargas puntuales r= distancia que separa las cargas K=constante de proporcionalidad (9x109 Nm2/C2)
Statcoulomb ( usc )
*Se define como la carga que repele a otra carga igual y del mismo signo, con una fuerza de una dina, cuando las cargas estan separadas un centímetro
*
Para la unidad de carga Coulomb se utilizan los Amperes (amp)
COULOMB ( C )
Es la carga que se transfiere a través de cualquier sección transversal de un conductor en un segundo en el cual circula una corriente constante de un Ampere.
FROTACIÓN::El frotamiento, el contacto y la inducción son tres de las formas mas empleadas para electrizar un cuerpo.Los cuerpos electrizados por frotamiento producen pequeñas chispas eléctricas si el cuerpo es obscuro se verán las chispas además de escucharse un ion se forma cuando un átomo presenta desigualdad entre el numero de cargas eléctricas, esto es, cuando esta electrizado.
La electrización por frotamiento se obtiene cuando dos cuerpos de diferente material son frotados entre si

CONTACTO: Este fenómeno se origina cuando un cuerpo saturado de electrones sede algunos a otro cuerpo con el cual tiene contacto pero si un cuerpo que no tienen electrones o con carga positiva se une con otro atraerá parte de los electrones de dicho cuerpo y cuando un cuerpo posee algún tipo de carga eléctrica y se pone en contacto las cuales adquieren cargas iguales y se rechazan entre si.

INDUCCIÓN Y MAGNETISMO: ·Electrización Para saber que carga tiene un material es muy sencillo, basta con hacer un electroscopio casero para comprobar el signo de cargas de tus materiales.Electroscopio:Un electroscopio consta de dos láminas metálicas unidas entre si y por un extremo a una varilla metálica que acaba en una esfera metálica. El conjunto se aísla mediante una esfera de vidrio. Cuando el electroscopio esta descargado, las laminas cuelgan una al lado de la otra. Si se separan, es que tienen carga eléctrica.Al acercar una barra de vidrio electrizada a la esfera metálica de un electroscopio, se observan que las laminas se separan y al retirar la barra de vidrio retornan a la posición inicial vertical. Pero, si la barra de vidrio toca la esfera metálica del electroscopio entonces las laminas permanecen separa-das aun después de retirar la barra de vidrio

Equivalencias De Coulomb
1.1.5 Campo Eléctrico
El campo eléctrico es el conjunto de propiedades de una región del espacio donde las cargas eléctricas ejercen su influencia. Es decir, que cada carga eléctrica con su presencia, modifica las propiedades del espacio que la rodea. El campo eléctrico puede representarse, en cada punto del espacio, por un vector, usualmente simbolizado por la letra E y que se denomina Vector Intensidad del Campo Eléctrico.
1.1.6 Lineas De Fuerza
•El número de líneas de fuerza que parten de una carga positiva o llegan a una negativa es proporcional a la carga.
•Las líneas de fuerza se dibujan simétricamente saliendo de la carga puntual positiva o entrando en la carga puntual negativa.
•Las líneas de fuerza empiezan o terminan solamente en las cargas.
•La densidad de líneas es proporcional a la intensidad de campo eléctrico.
•El campo E es tangente a las líneas de fuerza F.
•Las líneas de fuerza no se cortan nunca (unicidad del campo).

1.1.7 Intensidad Del Campo Eléctrico
La intensidad del campo eléctrico en un punto debido a un sistema discreto de cargas es igual a la suma de las intensidades de los campos debidos a cada una de ellas.
Cuando mas de una carga contribuye con el campo, el campo resultante es la suma vectorial de las contribuciones de cada carga:

1.1.8 Potencial Eléctrico
El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.

V = W/qO

Considérese una carga puntual de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es:
De manera equivalente, el potencial eléctrico es:

V=W/q


1.1.9 Energía Potencial Eléctrica
La energía potencial eléctrica por unidad de carga es el cociente de la energía potencial eléctrica total entre la cantidad de carga. En cualquier punto la energía potencial por unidad de carga es la misma, cualquiera que sea la cantidad de carga. Por ejemplo, un objeto con diez unidades de carga que se encuentra en un punto específico tiene diez veces más energía que un objeto con una sola unidad de carga, pero como también tiene diez veces más carga, la energía potencial por unidad de carga es la misma.
1.1.10 Diferencia De Potencia
Se define la diferencia de potencial eléctrico o voltaje como la integral del campo eléctrico con respecto a la distancia. Por ejemplo tenemos dos cuerpos cargados eléctricamente, la diferencia de potencial entre estos depende de la intensidad del campo eléctrico y de la distancia que los separa, o si les gusta más, del recorrido del campo eléctrico.
Entonces el voltaje depende de la distancia radial de las cargas, suponiendo que la cantidad de carga del sistema permanece constante.


1.2 Electrodinámica
•La electrodinámica es la rama de la Física que estudia las cargas eléctricas en movimiento (corriente eléctrica).
1.2.1 Corriente Eléctrica
•Se llama corriente eléctrica, al paso constante de electrones a través de un conductor.
•La condición necesaria para que esto suceda es que haya entre los dos puntos del conductor una diferencia de potencial.

1.2.2 Intensidad De La Corriente Eléctrica
Se denomina Intensidad de Corriente Eléctrica a la carga eléctrica que pasa a través de una sección del conductor en la unidad de tiempo.
Se define como la cantidad de carga eléctrica Q (medida en Culombios) que atraviesa una sección de un conductor en cada unidad de tiempo. Es una magnitud escalar:
Si la intensidad es constante en el tiempo se dice que la corriente es continua; en caso contrario, se llama variable. Si no se produce almacenamiento ni disminución de carga en ningún punto del conductor, la corriente es estacionaria.
1.2.3 Fuerza Electromotriz
•Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica.
Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.
•La FEM se mide en voltios ( es la unidad derivada del SI para el potencial eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje)
1.2.5 Resistividad
La resistencia de un conductor es independiente del voltaje y la corriente. Para un alambre con un corte transversal uniforme, la resistencia esta determinada por los siguientes factores: 
*Tipo de material
*Longitud
*Área de la sección transversal
* Temperatura
La resistividad eléctrica de una sustancia mide su capacidad para oponerse al flujo de carga eléctrica a través de ella. Un material con una resistividad eléctrica alta (conductividad eléctrica baja), es un aislante eléctrico y un material con una resistividad baja (conductividad alta) es un buen conductor eléctrico.
Para un conductor dado a una temperatura determinada, la resistencia se puede calcular a partir de: Donde: ρ
P= constante de proporcionalidad
l= longitud
A=área
La resistividad varia considerablemente de acuerdo con el tipo de material y también se ve afectada por cambios de temperatura. La unidad de la resistividad es el Ω·m
En las resistencias la variación de temperatura hace que ésta aumente o disminuya su valor. Esta variación de resistencia puede ser calculada mediante una fórmula.

Todos los materiales, en mayor o menor grado y dependiendo de su naturaleza, de sus características o del medio en el que vayan a trabajar, ofrecen una resistencia al paso de la corriente.

La propiedad específica de resistencia eléctrica de cada sustancia se denomina resistividad, que se define como la resistencia que ofrece un material de 1 metro de largo y una sección de 1 m2 al paso de la corriente. Su unidad en el Sistema Internacional es Ω x m.
La resistividad de cualquier material no es constante, depende de la temperatura y de otras circunstancias como las impurezas o los campos magnéticos a los que está sometido.

La resistividad aumenta con la temperatura, de modo que podemos decir que:

Donde
: Resistividad.
: Coeficiente de variación de la resistividad con la temperatura.
T : temperatura

1.2.6 Variación De L a Resistencia Con La Temperatura
1.2.7 Ley De Ohm
La Ley de Ohm es una de las tres leyes fundamentales del estudio de la electricidad, en compañía de las leyes de Kirchhoff del voltaje y de la corriente. Estas tres leyes conforman el marco dentro del cual el resto de la electrónica se establece.




La corriente que fluye a través de un conductor es proporcional a la fuerza electromotriz aplicada entre sus extremos, teniendo en cuenta que las temperatura y demás condiciones se mantengan constantes.

Hay que tener en cuenta que no se menciona la resistencia, sino que simplemente éste es el nombre dado a la (constante de) proporcionalidad involucrada.

Algo importante que se obtiene de esta definición es
En un circuito pasivo, la corriente es el resultado del voltaje aplicado; y
Existen efectos térmicos definitivos en la resistencia (o la resistencia efectiva) en los conductores.

El enunciado actual de la ley de ohm es:
CIRCUITOS EN PARALELO:


Un circuito en paralelo es aquel que dispone de dos o más operadores conectados en distintos cables. Dicho de otra forma, en ellos, para pasar de un punto a otro del circuito (del polo - al polo +), la corriente eléctrica dispone de varios caminos alternativos, por lo que ésta sólo atravesará aquellos operadores que se encuentren en su recorrido.
CIRCUITOS MIXTOS:

Los circuitos mixtos son aquellos que disponen de tres o más operadores eléctricos y en cuya asociación concurren a la vez los dos sistemas anteriores, en serie y en paralelo.

En este tipo de circuitos se combinan a la vez los efectos de los circuitos en serie y en paralelo, por lo que en cada caso habrá que interpretar su funcionamiento.


1.2.8 Circuito En Serie, Paralelo Y Mixto De Resistencias
CIRCUITOS EN SERIE:
Los circuitos en serie son aquellos que disponen de dos o más operadores conectados uno a continuación del otro, es decir, en el mismo cable o conductor. Dicho de otra forma, en este tipo de circuitos para pasar de un punto a otro (del polo - al polo +), la corriente eléctrica se ve en la necesidad de atravesar todos los operadores.
"Electrostática"
La electrostática es la rama de la física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica.
Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro.
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