ELECTRICIDAD:
La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas.Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica.
CARGA ELÉCTRICA:
Toda materia, es decir, cualquier tipo de cuerpo, se compone de átomos y estos de particulas elementales como los electrones, protones y neutrones. Los eléctrones tiene una propiedad llamada carga electrica.
Los neutrones son electricamente neutrones por que carecen de carga.
Los electrones poseen una carga negativa.
Los protones tienen la carga positiva.

Carga Electrica

A.- La carga está cuantizada: la carga de un cuerpo cargado siempre es un múltiplo entero de una carga elemental que corresponde a la carga del electrón. Es decir:
Donde
q = carga eléctrica
n = número entero
e- = electrón
Los electrones pueden desplazarse a través de ciertos cuerpos que reciben el nombre de conductores.
B.- La carga se conserva: al electrizar un cuerpo no se está creando carga, sólo se transmite carga (electrones) de un cuerpo a otro. La carga total siempre la permanece constante.
2. ¿Cómo se define la unidad de carga eléctrica en el sistema MKS?
En amperios
3. ¿Cuál es la unidad elemental de carga eléctrica?
La unidad con la cual se mide la carga eléctrica es el coulomb (C), en honor a Charles Coulomb. Corresponde a la siguiente carga:

1 Coulomb = 6,25x10 18 electrones

de donde podemos decir que la carga del electrón es igual a
Para cargas más pequeñas se usan los submúltiplos:
1 coulomb = 3x10 9 stat-coulomb (stc)
1 milicoulomb = 1mC = 0,001 C = 1x10 –3 C
1 microcoulomb = 1?C = 0,000001 C = 1x10 – 6 C

Formas de electrizar un cuerpo y sus ejemplos

FROTACION

El frotamiento, el contacto y la induccion 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 atomo presenta desigualdad entre el numero de cargas electricas, esto es, cuando esta electrizado.

La electrizacion por frotamiento se obtiene cuando dos cuerpos de diferente material son frotados entre si.

Por ejemplo:

Utilizando un simple globo frotándolo en el cabello largo por un tiempo medio se produce la electrización que provoca que el globo atraega al cabello y esto es lo que pasa el globo adquiere una carga eléctrica positiva al perder un determinado número de cargas negativas (electrones); estas cargas negativas son atraídas por el cabello, con lo cual se satura de cargas negativas.

CONTACTOO

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 postiva se une con otro atraerá parte de los electrones de dicho cuerpo y cuando un cuerpo posee algun tipo de carga electrica y se pone en contacto las cuales adquieren cargas iguales y se rechazan entre sI.

Ejemplo:

Si se frota un globo en el cabello y se ponee subre unaa

INDUCCION

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que esta neutro cuando asercamos un cuerpo electrisado a una neutro cmo resultado de esta relación la redistrubucion de cargas se ve alterada la carga con signo opuesto a la carga del cuerpo eletrisado se acerca a este

Cuando un campo electrico es acercado a un cuerpo neutro, este adquiere una carga del mismo signo que la del campo electrico; si se mantiene el campo electrico cerca del cuerpo llegara un momento en que estos se rechacen, pues ambos tendran carga electrica del mismo signo. Esta forma de electrizar un cuerpo se denomina induccion.

Ley de Coulomb.

La ley de Coulomb puede expresarse como:

La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas 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.

La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas.

su formula es:

$F = \kappa \frac{q_1 q_2}{r^2} \,\!$

Ejercicio C-1

Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q₁= + 1 x 10^-6 C. y q₂= + 2,5 x 10^-6C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5 cm.

Resolución:

Para calcular la fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas puntuales en reposo recurriremos a la ley de Coulomb por lo tanto previo transformar todas las magnitudes en juego a unidades del sistema internacional de medidas nos queda que:

Como la respuesta obtenida es de signo positivo nos está indicando que la fuerza es de repulsión.

Respuesta:

La fuerza de repulsión tiene un módulo de 9 N. pero debemos indicar además en un esquema gráfico las demás características del vector tal como se indica en el gráfico.

Campo electrico:

Una carga electrica se encuentra siempre rodeada por un campo electrico.

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.

Potencial Electrico:

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.

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

Trabajo eléctrico y energía potencial eléctrica

Considérese una carga puntual q en presencia de un campo eléctrico. La carga experimentará una fuerza eléctrica. Se define como el trabajo "W"

Ahora bien, si se pretende mantener la partícula en equilibrio, o desplazarla a velocidad constante, se requiere de una fuerza que contrarreste el efecto de la generada por el campo eléctrico. Esta fuerza deberá tener la misma magnitud que la primera, pero sentido contrario, es decir:

(1)

Diferencia de Potencial eléctrico

Considérese una carga de prueba positiva en presencia de un campo eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto B conservándose siempre en equilibrio. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga, la diferencia de potencial eléctrico se define como:

El trabajo uede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el potencial eléctrico en B será respectivamente mayor, menor o igual que el potencial eléctrico en A. La unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuación anterior es Joule/Coulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio = 1 joule/coulomb.
Usualmente se escoge el punto A a una gran distancia (en rigor el infinito) de toda carga y el potencial eléctrico esta distancia infinita recibe arbitrariamente el valor cero. Esto permite definir el potencial eléctrico en un punto poniendo

eliminando los índices:

siendo l trabajo que debe hacer un agente exterior para mover la carga de prueba esde el infinito al punto en cuestión.
Obsérvese que la igualdad planteada depende de que se da arbitrariamente el valor cero al potencial n la posición de referencia (el infinito) el cual hubiera podido escogerse de cualquier otro valor así como también se hubiera podido seleccionar cualquier otro punto de referencia.

Capacitancia:

.- ¿Qué es capacitancia?

Se define como la razón entre la magnitud de la carga de cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos.

La capacitancia siempre es una cantidad positiva y puesto que la diferencia de potencial aumenta a medida que la carga almacenada se incrementa, la proporción Q / V es constante para un capacitor dado. En consecuencia la capacitancia de un dispositivo es una medida de su capacidad para almacenar carga y energía potencial eléctrica.
La capacitancia tiene la unidad del SI coulomb por volt. La unidad de capacitancia del SI es el farad (F), en honor a Michael Faraday.

CAPACITANCIA = 1F = 1 C

1 V
El farad es una unidad de capacitancia muy grande. En la práctica los dispositivos comunes tienen capacitancia que varían de microfarads a picofarads.
La capacitancia de un dispositivo depende entre otras cosas del arreglo geométrico de los conductores.
¿Qué es un capacitor?
Considere dos conductores que tienen una diferencia de potencial V entre ellos. Supongamos que tienen cargas iguales y opuestas, como en la figura. Una combinación de este tipo se denomina capacitor . La diferencia de potencial V es proporcional a la magnitud de la carga Q del capacitor.(Esta puede probarse por la Ley de coulomb o a través de experimentos.
-Qjg

Un capacitor se compone de dos conductores aislados eléctricamente uno del otro y de sus alrededores. Una vez que el capacitor se carga, los dos conductores tienen cargas iguales pero opuestas.
¿Cuáles son los tipos de capacitores?
Los capacitores comerciales suelen fabricarse utilizando láminas metálicas intercaladas con delgadas hojas de papel impregnado de parafina o Mylar, los cuales sirvan como material dieléctrico. Estas capas alternadas de hoja metálica y dieléctrico después se enrollan en un cilindro para formar un pequeño paquete. Los capacitores de alto voltaje por lo común constan de varias placas metálicas entrelazadas inmersas en aceite de silicón. Los capacitores pequeños en muchas ocasiones se construyen a partir de materiales cerámicos. Los capacitores variables (comúnmente de 10 a500 pF) suelen estar compuestos de dos conjuntos de placas metálicas entrelazadas, uno fijo y el otro móvil, con aire como el dieléctrico.
Un capacitor electrolítico se usa con frecuencia para almacenar grandes cantidades de carga a voltajes relativamente bajos. Este dispositivo, mostrado en la figura consta de una hoja metálica en contacto con un electrolito, es decir, una solución que conduce electricidad por virtud del movimiento de iones contenidos en la solución. Cuando se aplica un voltaje entre la hoja y el electrolito, una delgada capa de óxido metálico (un aislador) se forma en la hoja y esta capa sirve como el dieléctrico. Pueden obtenerse valores muy grandes de capacitancia debido a que la capa del dieléctrico es muy delgada y por ello la separación de placas es muy pequeña.
Cuando se utilizan capacitores electrolíticos en circuitos , la polaridad (los signos más y menos en el dispositivo) debe instalarse de manera apropiada. Si la polaridad del voltaje es aplicado es opuesta a la que se pretende, la capa de óxido se elimina y el capacitor conduce electricidad en lugar de almacenar carga.
Placas

Lamina electrolito caso
metálica
Contactos
Aceite Línea metálica
Papel +capa de óxido

Capacitor de placas paralelas

Dos placas paralelas de igual área A están separadas por una distancia d, como en la figura. Una placa tiene carga Q, la otra carga -Q. La carga por unidad de área sobre cualquier placa es = Q /A. Si las placas están muy cercanas una de la otra (en comparación con su longitud y ancho), podemos ignorar los efectos de borde y suponer que el campo eléctrico es uniforme entre las placas y cero en cualquier otra parte.
El campo eléctrico entre las placas es:
E = = Q donde o es:

o oA 8.85*10-12

Donde o es la permitividad del espacio libre. La diferencia de potencial entre las placas es igual a Ed; por lo tanto,

V =Ed = Qd

oA
Al sustituir este resultado en la ecuación de capacitancia, encontramos que la capacitancia es igual a,

C = Q = __Q_____

V Qd / oA

Es decir, la capacitancia de un capacitor de placas paralelas es proporcional al área de sus placas e inversamente proporcional a la separación de estas.

+ Q
- Q

Area = A
d
Un capacitor de placas paralelas se compone de dos placas paralelas cada una de área A, separadas por una distancia d. Cuando se carga el capacitor, las cargas tienen cargas iguales de signo opuesto.

Capacitor cilíndrico

Un conductor cilíndrico de radio a y carga Q es coaxial con un cascaron cilíndrico más grande de radio b y carga -Q con una longitud l.
Suponiendo que l es grande comparada con a,b, podemos ignorar los efectos del borde. En este caso, el campo es perpendicular a los ejes de los cilindros y está confinado a la región entre ellos ;como se ve en la figura. Se debe calcular primero la diferencia de potencial entre los dos cilindros, la cual está dada por lo general por

Vb - Va = "a E * ds

Donde E es el campo eléctrico en la región a<r<b. Utilizando la ley de Gauss se demostró que el campo eléctrico de un cilindro de carga por unidad de longitud es E = 2ke / r. El mismo resultado se aplica aquí debido a que el cilindro exterior no contribuye al campo eléctrico dentro de él. Con este resultado y notando que E esta a lo largo de r en la figura encontramos que:
b b

Vb - Va = "a Er dr = -2ke "a dr / r =-2keln(b / a)

Al sustituir esto en la ecuación de capacitancia y utilizando el hecho de que =Q /l obtenemos:

C = Q = ______Q_______ = ________l_____

V 2ke ln (b) 2ke ln (b)
l (a) (a)

Donde V es la magnitud de la diferencia de potencial, dada por 2ke ln (b/a), una cantidad positiva. Es decir V =Va -Vb es positiva debido a que el cilindro interior está a un potencial mayor. El resultado nos muestra que la capacitancia es proporcional a la longitud de los cilindros. La capacitancia en este caso depende de los radios de los cilindros conductores.

l
b)
a) Superficie gausiana
a)El capacitor cilíndrico se compone de un conductor cilíndrico de radio a y la longitud l rodeado por un cascaron cilíndrico coaxial de radio b.
b)Vista lateral de un capacitor cilíndrico. La línea punteada representa el final de la superficie gaussiana cilíndrica de radio r y longitud l.

Capacitor esférico

Un capacitor esférico consta de un cascarón esférico de radio b y carga -Q concéntrico con una esfera conductora más pequeña de radio a y carga Q.
El campo fuera de una distribución de carga simétrica esfericamente es radial y está dado por ke Q / r2. En este caso, corresponde al campo entre las esferas (a<r<b). (El campo es cero en cualquier otro lado). De la ley de Gauss vemos que sólo la esfera interior contribuye a este campo. De este modo, la diferencia de potencial entre las esferas está dada por
b b b

Vb - Va = - "a Er dr = keQ "a dr /r2 =keQ[1/r]a

Vb - Va = keQ(1 / b -1/ a)

La magnitud de la diferencia de potencial es:

V = Va -Vb = kQ (b - a)

Sustituyendo esto en la ec. de capacitancia, obtenemos

- Q

Un capacitor esférico consta de una esfera interior de radio a rodeada por un casacaron esférico de radio b. El campo eléctrico entre las esfera apunta radialmente hacia fuera si la esfera interior está cargada positivamente.

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.

CORRIENTE CONTINUA

La corriente continua la producen las baterías, las pilas y las dinamos. Entre los extremos de cualquiera de estos generadores se genera una tensión constante que no varia con el tiempo, por ejemplo si la pila es de 12 voltios, todo los receptores que se conecten a la pila estarán siempre a 12 voltios (a no ser que la pila este gastada). Además al conectar el receptor (una lámpara por ejemplo) la corriente que circula por el circuito es siempre constante (mismo número de electrones) , y no varia de dirección de circulación, siempre va en la misma dirección, es por eso que siempre el polo + y el negativo son siempre los mismos. Luego en CC (corriente continua o DC) la tensión siempre es la misma y la Intensidad de corriente también.

Si tuviéramos que representar las señales eléctricas de la Tensión y la Intensidad en corriente continua en una gráfica quedarían de la siguiente forma:

I=q/t

Donde:
I=intencidad de la corriente electrica en C/s= Ampers
q= Carga electrica que pasa por cada seccción de un conductor en Coulombs.
t=tiempo que tarda en pasar la carga en segundos.
corriente continua y alterna

CORRIENTE ALTERNA

Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en las viviendas es corriente alterna (enchufes).

En este tipo de corriente la intensidad varia con el tiempo (numero de electrones), además cambia de sentido de circulación a razón de 50 veces por segundo (frecuencia 50Hz). Según esto también la tensión generada entre los dos bornes (polos) varia con el tiempo en forma de onda senoidal (ver gráfica), no es constante. Veamos como es la gráfica de la tensión en corriente alterna.

Circuitos Electricos:

Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores) y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito
electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos.

Circuito en Serie:
circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos están unidos para un solo circuito (generadores, resistencias, condensadores, interruptores, entre otros.) se conectan secuencialmente. La terminal de salida del dispositivo uno se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente.
Siguiendo un símil hidráulico, dos depósitos de agua se conectarán en serie si la salida del primero se conecta a la entrada del segundo. Una batería eléctrica suele estar formada por varias pilas eléctricas conectadas en serie, para alcanzar así el voltaje que se precise.
En función de los dispositivos conectados en serie, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones:

Para Generadores (pilas)

${V_{T}} = {V_1} + {V_2} + ... + {V_n}\,$

${I_{T}} = {I_1} = {I_2} = ... = {I_n}\,$

Para Resistencias

${R_{T}} = {R_1} + {R_2} + ... + {R_n}\,$

Para Condensadores

${1 \over C_{T}} = {1 \over C_1} + {1 \over C_2} + ... + {1 \over C_n}\,$

Para Interruptores

Interruptor A	Interruptor B	Interruptor C	Salida
Abierto	Abierto	Abierto	Abierto
Abierto	Abierto	Cerrado	Abierto
Abierto	Cerrado	Abierto	Abierto
Abierto	Cerrado	Cerrado	Abierto
Cerrado	Abierto	Abierto	Abierto
Cerrado	Abierto	Cerrado	Abierto
Cerrado	Cerrado	Abierto	Abierto
Cerrado	Cerrado	Cerrado	Cerrado

Circuito en Paralelo:
El circuito eléctrico en paralelo es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida.
Siguiendo un símil hidráulico, dos tinacos de agua conectados en paralelo tendrán una entrada común que alimentará simultáneamente a ambos, así como una salida común que drenará a ambos a la vez. Las bombillas de iluminación de una casa forman un circuito en paralelo, gastando así menos energía.
En función de los dispositivos conectados en paralelo, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones

Para generadores

${V_{T}} = {V_1} = {V_2} = ... = {V_n}\,$

${I_{T}} = {I_1} + {I_2} + ... + {I_n}\,$

Tambien Para Resistencias

${1 \over R_{T}} = {1 \over R_1} + {1 \over R_2} + ... + {1 \over R_n}\,$

Para Condensadores

${C_{T}} = {C_1} + {C_2} + ... + {C_n}\,$

Para Interruptores

Interruptor A	Interruptor B	Interruptor C	Salida
Abierto	Abierto	Abierto	Abierto
Abierto	Abierto	Cerrado	Cerrado
Abierto	Cerrado	Abierto	Cerrado
Abierto	Cerrado	Cerrado	Cerrado
Cerrado	Abierto	Abierto	Cerrado
Cerrado	Abierto	Cerrado	Cerrado
Cerrado	Cerrado	Abierto	Cerrado
Cerrado	Cerrado	Cerrado	Cerrado

Física jugamos?

miércoles, 30 de octubre de 2013

SEGUNDO PARCIAL FISICA II

Formas de electrizar un cuerpo y sus ejemplos

su formula es:

Trabajo eléctrico y energía potencial eléctrica

Diferencia de Potencial eléctrico

Corriente Eléctrica

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