BLOQUE 3
Comprende
las leyes de la electricidad
La
corriente eléctrica que proporciona los contactos eléctricos o las bacterias se
emplean para ser funcional un sin numero
de aparatos.
- los focos y las lámparas fluorescentes, en iluminación.
La
electrostática es la rama de la física que estudia el comportamiento de la
carga eléctrica o cantidad de electricidad presente en un cuerpo y los
fenómenos asociados alas cargas eléctricas en reposo.
la electrodinámica es la parte de la física
que estudia los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento.
Al
descubrirse que la materia esta compuesta por átomos y estos, a su vez por
partículas mas pequeñas que tienen propiedades eléctricas.
Los
aspectos referente a la electrostática y la electrodinámica reside no solo en
que describen las características de una de las fuerzas fundamentales de la
naturaleza.
La
electrostática es la rama de la física que estudia el comportamiento de la
carga eléctrica o cantidad de electricidad presente en un cuerpo y los
fenómenos asociados alas cargas eléctricas en reposo.
la electrodinámica es la parte de la física
que estudia los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento.
Al
descubrirse que la materia esta compuesta por átomos y estos, a su vez por
partículas mas pequeñas que tienen propiedades eléctricas.
Los aspectos referente a
la electrostática y la electrodinámica reside no solo en que describen las
características de una de las fuerzas fundamentales dela naturaleza como un
gran imán. El Gilbert es la unidad de medida de la fuerza magneto motriz. 
Las
interacciones o fuerzas eléctricas.
También se suele de decir que dichos
cuerpos han adquirido carga eléctrica o se han cargado eléctricamente.
Experimentos simples permiten
deducir las siguientes propiedades relativas a las interacciones eléctricas:
a) las interacciones eléctricas son
mucho más intensas que las interacciones gravitatorias;
b) Las cargas eléctricas pueden ser
positivas o negativas.
Un
átomo contiene un núcleo con carga positiva, alrededor del cual giran
electrones .los electrones son partículas mucho mas ligeras que los protones y
tienen cargas eléctricas negativas el numero de electrones en un átomo son
igual al de los protones de su núcleo.
Existen dos formas de cargar
eléctricamente un cuerpo: por contacto y por inducción .la carga de contacto se
produce cuando al frotar un cuerpo cargado negativamente con otro neutro.
Por
contacto…
MATERIALES
CONDUCTORES Y AISLANTES.
Los materiales presentan distintos
comportamientos ante el movimiento de cargas eléctricas.
Conductores
Los elementos conductores tienen
facilidad para permitir el movimiento de cargas y sus átomos se caracterizan
por tener muchos electrones libres y aceptarlos o cederlos con facilidad, por
lo tanto son materiales que conducen la electricidad.
Aisladores
Los
aisladores son materiales que presentan cierta dificultad al paso de la
electricidad y al movimiento de cargas. Tienen mayor dificultad para ceder o
aceptar electrones. En una u otra medida todo material conduce la electricidad,
pero los aisladores lo hacen con mucha mayor dificultad que los elementos
conductores.
Permite el flujo de corientre atraves
de el ;en este sentido los metales (comoel cobre ,el oro, la plata, el
aluminio.son buenos conductores.
LEY DE COULOMB
Físico francés charles A.Coulom(1736-1806)realizo experimentos
utilizando una balanza de torsión entre dos cuerpos cargados eléctricamente se
ejerce una fuerza eléctrica entre dos cuerpos
F=k q1 q2/r2
Donde
q1 y q2 representan las cargas de cada uno de los cuerpos ,r es la distancia
que los separa es la constante de proporcionalidad y tiene un valor igual a
k=8.99x10Nm/C2.
Ejemplo:
DOS objetos de carga +1 y -1 coulomb están separados una distancia de dos
metros .Determina el valor de las fuerzas de atracción que existe entre ellos.
SOLUCION:
Ef.=(8.99x109Nm2/C2)(1C)(1C)/(2
m)=2.24x10 9N.
CAMPO
ELECTRICO.
Las
cargas eléctricas no necesitan de un medio para ejercer su influencia sobre
otraslas fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de acción a distancia.
Cuando en la naturaleza se da una situación de este estilo, se recurre a la
idea de campo para facilitar la descripción en términos físicos de la
influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea.
F=F/Q0
La
fuerza eléctrica que en un punto cualquiera del campo se ejerce sobre la carga
unidad positiva, tomada como elemento de comparación, recibe el nombre de
intensidad del campo eléctrico y se representa por la letra E.
¿Cuál
es su expresión matemática?
La
expresión del módulo de la intensidad de campo E puede obtenerse fácilmente
para el caso sencillo del campo eléctrico creado por una carga puntual Q sin
más que combinar la ley de Coulomb con la definición de E.
Muestra
que para dos cargas puntuales separdas que tienen la misma magnitud y signos
positivas observa que las líneas de campo i eléctrico también son curvas en la región más cerca a
ambas cargas es relativamente débil.
POTENCIAL
ELECTRICO****
sólo
se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una
región finita del espacio. Para cargas en movimiento debe recurrirse a los potenciales
de Liénard-Wiechert
para representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de
retardo.
Este
trabajo depende de la magnitud de la carga y es igual a la diferencia de
energía potencial que existe entre ambos términos sobre una base por unidad de
carga eléctrica tenemos:
Lo que conocemos como corriente eléctrica no
es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito
eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de
la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).
En un circuito eléctrico cerrado la. Corriente circula siempre del polo. negativo al polo positivo de la. fuente de fuerza electromotriz. (FEM),.
CORRIENTE ELECTRICA.
Se define como la cantidad de carga eléctrica
que atraviesa la sección transversal de un conductor por unidad de tiempo.
Fórmula I=q/t.
En el sistema internacional se mide en coulomb/segundo
cuando la corriente eléctrica pasa a través del conductor se producen algunos
efectos ejemplo:
Un desfibrilador es un aparato que s e
utiliza durante un paro cardiaco.
Una corriente de 18 a durante 2 milisegundos
determina la cantidad de carga eléctrica
que fluye en este periodo:
SOLUCION:
Para determinar la cantidad de cargas;
tenemos :
Q=It=(18ª)(2X10-3 S)=3.6X10-2 C.
RESISTENCIA ELCTRICA Y LEY DE OHM.
La resistividad es una propiedad de los
materiales ,la cual determinan la facilidad que representan para permitir el
flujo de la corriente eléctrica .se mide en ohms en honor al físico alemán George
Simón ohm(1789-1854).
Los valores de resistividad en los
conductores ,como los metales ,son muy pequeños ;sin embargo ,en los materiales
como en hule ,la porcelana o el teflón ,son grandes .
Si se duplicaran la longitud y el diámetro su
resistencia disminuye debido a que el area de sección transversal es
proporcional al cuadrado del diámetro.
I=V/R.
Esta ecuación muestra que si la resistencia
del conductor se puede considerar constante el valor, de la corriente aumentara
cada vez mas el voltaje aumente y viceversa.
CIRCUITOS ELECTRICOS RESISTIVOS EN SERIE, PARALELO Y MIXTO.
Los circuitos eléctricos son representaciones
graficas de elementos conectados entre si para formar una trayectoria por la
cual circula la corriente eléctrica ,la mas común es la batería o la pila y su
representación grafica es .
En una batería o pila ocurre una reacción
química que proporciona la energía necesaria para separar las cragas eléctricas
en las terminales positivas y negativa.
CIRCUITO EN SERIE .
La corriente eléctrica en un circuito
eléctrico en serie es la misma es todos sus elementos .El que proporciona la
fuente de poder, será igual a la sumatoria de todos los voltajes individuales
de los elementos que componen el circuito.
CIRCUITO PARALELO
Sus elementos, por otra parte, la corriente
eléctrica total del circuito será iguala la sumatoria de todas las corrientes
individuales de todos los elementos que lo compone.
Y su valor siempre será menor que cualquiera
de las resistencia existentes en el circuito.
INSTRUMENTOS ELECTRICOS DE MEDICION.
El voltaje y la corriente eléctrica pueden
ser medidos con instrumentos denominados voltímetros y amperímetros .se pueden
encontrar tanto digitales como análogos, en los cuales el dispositivo principal
de su funcionamiento es el galvanómetro.
BLOQUE 4 SE RELACIONAN LA ELECTRICIDAD CON EL MAGNETISMO.
Las relaciones existentes entre los campos magnéticos
y la corriente eléctrica se unen en lo que actualmente conocemos como
electromagnetismo.
El magnetismo se representa un tópico de suma
importancia en el estudio de la electricidad.
Existe un
magnetismo debido a que las cargas de movimiento, es decir la corriente
eléctrica, se comportan como imanes produciendo campos magnéticos .
Se tiene que mencionar imanes, los cuales son
aquellos materiales que generan un campo magnético.
Para comprobarlo basta dos imanes idénticos
uno contra el otro, observando la resistencia de atracción o repulsión mutua al
aproximar sus polos, las líneas del campo magnético no son paralelas en todos
los puntos.
Los imanes se comportan como las cargas
eléctricas en el sentido de que sus polos se atraen o repelen, es decir los
polos del mismo tipo se repelen y polo de distinto se atraen .
CAMPO MAGNETICO
El campo magnético representa una
región del espacio en la que una carga eléctrica puntual
de valor q, que se desplaza a una velocidad 
, experimenta los
efectos de una fuerza que es perpendicular y
proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha
carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación.
, experimenta los
efectos de una fuerza que es perpendicular y
proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha
carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación.
donde F es la fuerza, v es la
velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética
y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v
y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como
resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo
de la fuerza resultante será
La existencia de un campo magnético se pone
de relieve gracias a la propiedad (la cual la podemos localizar en el espacio)
de orientar un magnetómetro
(laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que
evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede
ser considerada un magnetómetro.
ELECTROMAGNETISMO
reposo y en movimiento, usando para ello campos
eléctricos y magnéticos y sus
efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría
macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a
distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el electromagnetismo
no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario
usar la mecánica
cuántica.
El electromagnetismo considerado como fuerza
es una de las cuatro fuerzas
fundamentales del universo actualmente conocido.
CAMPOS MAGNÉTICOS PRODUCIDOS POR MEDIO DE
UNA CORRIENTE ELCTRICA.
Un solenoide se define como una bobina de
alambre, normalmente con la forma de un cilindro largo, que al transportar una
corriente se asemeja a un imán de modo que un núcleo móvil es atraído a la
bobina cuando fluye una corriente.
Una definición más sencilla es que un solenoide es una bobina y un núcleo de hierro móvil usados para convertir energía eléctrica en energía mecánica.
Los solenoides han existido por décadas pero ahora varían en tamaño de menos de un cuarto de pulgada a más de 15 pulgadas de diámetro, con salidas de fuerza desde menos de una onza hasta una tonelada.
Hay dos leyes básicas que gobiernan los solenoides:
Una definición más sencilla es que un solenoide es una bobina y un núcleo de hierro móvil usados para convertir energía eléctrica en energía mecánica.
Los solenoides han existido por décadas pero ahora varían en tamaño de menos de un cuarto de pulgada a más de 15 pulgadas de diámetro, con salidas de fuerza desde menos de una onza hasta una tonelada.
Hay dos leyes básicas que gobiernan los solenoides:
Ley de
Faraday
La tensión inducida en una bobina es proporcional al número de vueltas y a la tasa de cambio del flujo. La corriente inducida fluye en la dirección opuesta al cambio de flujo. El flujo no se acumula, en pocas palabras lo que entra es lo que sale.
Ley de Ampere
La fuerza magnetomotriz (fmm) alrededor de un bucle cerrado es igual a la corriente neta encerrada por el bucle. El objetivo del diseño de solenoides es transferir la máxima cantidad de NI (energía) desde la bobina al entrehierro de trabajo.
La tensión inducida en una bobina es proporcional al número de vueltas y a la tasa de cambio del flujo. La corriente inducida fluye en la dirección opuesta al cambio de flujo. El flujo no se acumula, en pocas palabras lo que entra es lo que sale.
Ley de Ampere
La fuerza magnetomotriz (fmm) alrededor de un bucle cerrado es igual a la corriente neta encerrada por el bucle. El objetivo del diseño de solenoides es transferir la máxima cantidad de NI (energía) desde la bobina al entrehierro de trabajo.
INDUCCION
ELECTROMAGNETICA.
Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de una
bobina solenoide (A), formada por espiras de alambre de cobre, se
genera de inmediato una fuerza electromotriz (FEM), es decir, aparece
una corriente eléctrica fluyendo por las espiras de la bobina, producida por
la “inducción magnética” del imán en movimiento.
Si al circuito de esa bobina (A) le conectamos una segunda bobina (B) a modo de carga eléctrica, la corriente al circular por esta otra bobina crea a su alrededor un “campo electromagnético”, capaz de inducir, a su vez, corriente eléctrica en una tercera bobina. |
. Matemáticamente se puede expresar como:
La inducción electromagnética es el principio
fundamental sobre el cual operan transformadores, generadores, motores
eléctricos, la vitrocerámica de
inducción y la mayoría de las demás máquinas eléctricas.
De forma más general, las ecuaciones que
describen el fenómeno son:
EL
GENERADOR Y MOTOR ELECTRICO
Un motor eléctrico es una máquina
eléctrica que transforma energía
eléctrica en energía
mecánica por medio de campos magnéticos variables electromagnéticas. Algunos
de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica
en energía eléctrica funcionando como generadores. Los
motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas
tareas, si se los equipa con frenos
regenerativos.
Son ampliamente utilizados en instalaciones
industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están
empezando a utilizar en vehículos
híbridos para aprovechar las ventajas.
Ventajas
- A igual potencia, su tamaño y peso son más
reducidos.
- Se pueden
construir de cualquier tamaño.
- Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de
motor, prácticamente constante.
- Su rendimiento es muy elevado (típicamente en
torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia
de la máquina).
- Este tipo de
motores no emite contaminantes, aunque en la generación
de energía eléctrica
de la mayoría de las redes de suministro sí emiten contaminantes.
Usos
Los motores eléctricos se utilizan en la gran
mayoría de las máquinas modernas. Su reducido tamaño permite introducir motores
potentes en máquinas de pequeño tamaño, por ejemplo taladros o batidoras.%; � 4 o p PpL `/N :widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-fareast-language:EN-US;}
Ventajas
En diversas circunstancias presenta muchas
ventajas respecto a los motores
de combustión:- A igual potencia, su tamaño y peso son más
reducidos.
- Se pueden
construir de cualquier tamaño.
- Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de
motor, prácticamente constante.
- Su rendimiento es muy elevado (típicamente en
torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia
de la máquina).
- Este tipo de
motores no emite contaminantes, aunque en la generación
de energía eléctrica
de la mayoría de las redes de suministro sí emiten contaminantes.
