INTENSIDAD DE CAMPO ELECTRICO

Se mide en N/C

Intensidad de campo creado por una carga puntual aislada:

Intensidad de campo creado por un sistema de cargas puntuales:

LNEAS DE FUERZA DEL CAMPO ELCTRICOEl campo elctrico se representa grficamente mediante las llamadas lneas de campo o lneas de fuerza, las cuales tienen la misma direccin que el vector campo de cada punto.

Propiedades:

Son abiertas, salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas.

El n de lneas que salgan de una carga positiva o entren en una carga negativa debe de ser proporcional a dicha carga.

Las lneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario, en el pto de corte existiran 2 vectores campos distintos.

Si un campo es uniforme, las lneas de campo son rectas paralelas.

POTENCIAL ELCTRICOEl potencial elctrico (V) es un punto p del campo elctrico se calcula como el cociente entre la energa potencial elctrica (U) proporcionada a una carga de prueba positiva (q0) en dicho punto y el valor de dicha carga de prueba:

El potencial elctrico en un punto P en trminos de la carga elctrica Q que genera el campo elctrico se calcula:

K (Q q0 / d)

Vp= Up/ q0 Vp= Vp= K (Q/d)

q0 En el SI el potencial elctrico se expresa en voltios (V)

1V = 1J/C

ENERGA POTENCIAL

Todo cuerpo que se ubicado a cierta altura del suelo posee energa potencial.Esta afirmacin se comprueba cuando un objeto cae al suelo, siendo capaz de mover o deformar objetos que se encuentren a su paso. El movimiento o deformacin ser tanto mayor cuanto mayor sea la altura desde la cual cae el objeto.

Otra forma de energa potencial es la que est almacenada en los alimentos, bajo la forma de energa qumica. Cuando estos alimentos son procesados por nuestro organismo, liberan la energa que tenan almacenada.

Para una misma altura, la energa del cuerpo depender de su masa. Esta energa puede ser transferida de un cuerpo a otro y aparecer como energa cintica o de deformacin. Sin embargo, mientras el cuerpo no descienda, la energa no se manifiesta: es energa potencial.

Todos los cuerpos tienen energa potencial que ser tanto mayor cuanto mayor sea su altura. Como la existencia de esta energa potencial se debe a la gravitacin (fuerza de gravedad), su nombre ms completo es energa potencial gravitatoria.Ep = m . g . h

Donde:

Ep es la energa potencial

m es la masa

g es la gravedad

h es la altura

DIFERENCIA DE POTENCIAL

La tensin, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud fsica que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito elctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente elctrica. La diferencia de potencial tambin se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo elctrico, sobre una partcula cargada, para moverla de un lugar a otro. Se puede medir con un voltmetro.Donde:

VA es el potencial elctrico en el punto A.VB es el potencial elctrico en el punto B.

W es el trabajo realizado entre A y B.

Q es la carga elctrica positiva transportada.

CAPACIDAD ELECTRICA

La capacidad o capacitancia es una propiedad de los condensadores. Esta propiedad rige la relacin entre la diferencia de potencial (o tensin) existente entre las placas del condensador y la carga elctrica almacenada en este, mediante la siguiente ecuacin:

Donde: C es la capacidad, medida en faradios (en honor al fsico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submltiplos como el microfaradio o picofaradio.

Q es la carga elctrica almacenada, medida en culombios;

V es la diferencia de potencial (o tensin), medida en voltios.

Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la geometra del condensador considerado (de placas paralelas, cilndrico, esfrico). Otro factor del que depende es del dielctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dielctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad.

CONDENSADORES

Bsicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energa en forma de campo elctrico. Est formado por dos armaduras metlicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dielctrico. Va a tener una serie de caractersticas tales como capacidad, tensin de trabajo, tolerancia y polaridad, que deberemos aprender a distinguir. En la versin ms sencilla del condensador, no se pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta separacin, en cuyo caso se dice que el dielctrico es el aire.

ASOCIACIN DE CONDENSADORESSerie En dos condensadores situados en serie, la diferencia de potencial total que cae entre el primero y el segundo ser la suma de las diferencias parciales de cada condensador, es decir,

No obstante, al encontrarse unidos en serie la carga de ambos deber ser igual, y adems ser la carga total almacenada por la asociacin. As tenemos que y podemos poner

y de aqu se deduce fcilmente que la capacidad efectiva de la asociacin es

Paralelo Si situamos dos condensadores asocindolos en paralelo, tendremos que la diferencia de potencial entre ambos deber ser igual, y adems ser la diferencia de potencial total. Esto es as porque tenemos unidos los dos ``polos'' de los condensadores por un conductor, y por tanto la cada de potencial entre los ``polos'' opuestos tiene que ser la misma. A su vez, como cada condensador almacenar una carga distinta, tendremos que para la asociacin total

LEY DE COULOMBLa expresin matemtica de la ley de Coulomb es:

En donde q y q' corresponden a los valores de las cargas que interaccionan tomadas con su signo positivo o negativo, r representa la distancia que las separa supuestas concentradas cada una de ellas en un punto y K es la constante de proporcionalidad correspondiente que depende del medio en que se hallen dichas cargas.

El hecho de que las cargas aparezcan con su signo propio en la ecuacin anterior da lugar a la existencia de dos posibles signos para la fuerza Fe, lo cual puede ser interpretado como el reflejo de los dos tipos de fuerzas, atractivas y repulsivas, caractersticas de la interaccin electrosttica. As, cargas con signos iguales darn lugar a fuerzas (repulsivas) de signo positivo, en tanto que cargas con signos diferentes experimentarn fuerzas (atractivas) de signo negativo. Consiguientemente el signo de la fuerza en la ecuacin (9.1) expresa su sentido atractivo o repulsivo.

La constante de proporcionalidad K toma en el vaco un valor igual aK = 9 X 109 N m2/ C2Esa elevada cifra indica la considerable intensidad de las fuerzas electrostticas. Pero adems se ha comprobado experimentalmente que si las cargas q y q' se sitan en un medio distinto del aire, la magnitud de las fuerzas de interaccin se ve afectada. As, por ejemplo, en el agua pura la intensidad de la fuerza electrosttica entre las mismas cargas, situadas a igual distancia, se reduce en un factor de 1/81 con respecto de la que experimentara en el vaco. La constante K traduce, por tanto, la influencia del medio.

Finalmente, la variacin con el inverso del cuadrado de la distancia indica que pequeos aumentos en la distancia entre las cargas reducen considerablemente la intensidad de la fuerza, o en otros trminos, que las fuerzas electrostticas son muy sensibles a los cambios en la distancia r.

CORRIENTE ELECTRICA

Se ha dicho que las cargas elctricas pueden moverse a travs de diferencias de potencial. Naturalmente, debern de hacerlo por medio de los conductores (excepto en el caso especial de las vlvulas de vaco, pero tambin stas estn terminadas en conductores).

A este movimiento de cargas se le denomina corriente elctrica. La causa que origina la corriente elctrica es la diferencia de potencial. Las cargas "caen" del potencial ms alto al ms bajo. Las nicas partculas que pueden desplazarse a lo largo de los conductores, debido a su pequeo tamao, son los electrones, que como se sabe, son cargas de signo negativo. Entonces, la corriente elctrica se mueve desde el potencial negativo, que es la fuente de electrones, hacia el positivo, que atrae las cargas negativas. Esta circulacin recibe el nombre de CORRIENTE ELECTRONICA, para distinguirla de la CORRIENTE ELECTRICA, que fluye al revs, de positivo a negativo. Este ltimo acuerdo fue tomado en los principios de la electricidad, por considerar que las cargas "caen" del potencial ms alto al ms bajo, cuando se crea que eran las cargas positivas las que se desplazaban. En la actualidad, coexisten ambos criterios, uno real y otro ficticio. A la hora de resolver circuitos puede aplicarse uno u otro, ya que, tratndose de convenios, ambos dan el mismo resultado.

Es evidente que no en cualquier circunstancia, circular el mismo nmero de electrones. Este depende de la diferencia de potencial y de la conductividad del medio. Una forma de medir el mayor o menor flujo de cargas es por medio de la INTENSIDAD DE CORRIENTE (o tambin, simplemente, CORRIENTE), que se define como la cantidad de carga que circula por un conductor en la unidad de tiempo (un segundo). Segn esto:

INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELECTRICA

Se denomina intensidad de corriente elctrica a lacarga elctricaque pasa a travs de una seccin del conductor en la unidad de tiempo. La intensidad de corriente elctrica se expresa en AMPERIOS que, por definicin, es el nmero de culombios por segundo. Si no se produce almacenamiento ni disminucin de carga en ningn punto del conductor, la corriente es estacionaria. Se mide con ungalvanmetroque, calibrado en amperios, se llamaampermetroy en el circuito se coloca en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir. Amperios AMiliamperios mAMicroamperios mA

1 Amperio =1103106

1 Miliamperio =10-31103

1 Microamperio =10-610-31

Los divisores ms usuales del amperio son:

LA RESISTENCIA ELCTRICA

La resistencia elctrica de un objeto es una medida de su oposicin al paso de una corriente.

Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia elctrica tiene un parecido conceptual a la friccin en la fsica mecnica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (). Para su medicin en la prctica existen diversos mtodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmmetro. Adems, su cantidad recproca es la conductancia, medida en Siemens.

Para una gran cantidad de materiales y condiciones, la resistencia elctrica no depende de la corriente elctrica que pasa a travs de un objeto o de la tensin en los terminales de este. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendr constante. Adems, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un objeto puede definirse como la razn de la tensin y la corriente, as:

Segn sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductores. Existen adems ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenmeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prcticamente nulo.

FUERZA ELECTROMOTRIZ.

La fuerza electromotriz (FEM).El trabajo realizado para mover la carga elctrica recibe el nombre de fuerza electromotriz (FEM). La FEM es el trabajo que tiene que realizar el generador para que se muevan las cargas del circuito. Sea q la cantidad de carga que pasa por cualquier seccin del circuito en un intervalo de tiempo determinado, y W el trabajo realizado por el generador; la FEM viene dada por:

La unidad de FEM es el voltio

No hay que confundir el concepto FEM con el de diferencia de potencial. La FEM es la causa del movimiento de las cargas dentro del propio generador, mientras que la diferencia de potencial es la causa del movimiento de las cargas en el resto del circuito. Por tanto, un generador o fuente de FEM es un dispositivo que transforma energa elctrica. Esta se presenta manteniendo constante una diferencia de potencial entre los bordes del generador. Esta diferencia se denomina tensin, se simboliza por U.LEY DE JOULE.

Se conoce como Efecto Joule al fenmeno por el cual si en un conductor circula corriente elctrica, parte de la energa cintica de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los tomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor el fsico britnico James Prescott Joule.Mediante la ley de Joule podemos determinar la cantidad de calor que es capaz de entregar una resistencia, esta cantidad de calor depender de la intensidad de corriente que por ella circule y de la cantidad de tiempo que est conectada, luego podemos enunciar la ley de Joule diciendo que la cantidad de calor desprendido por una resistencia es directamente proporcional a la intensidad de corriente a la diferencia de potencial y al tiempo.

E = V x I x T

Donde:

E = La energa disipada o cantidad de calor

I = intensidad que circula por la resistencia

V = diferencia de potencial que existe en el extremo de la R

T = tiempo de conexin (segundos)

Unidad = CALORIA

Mltiplo = KILOCALORIA

LEY DE OHM

Debe existir alguna relacin entre la diferencia de potencial aplicada en los extremos de un conductor y la corriente que atraviesa ese conductor. Ohm encontr experimentalmente que esta relacin era proporcional, es decir, que para un conductor dado, cuando, por ejemplo, se duplica o se triplica la diferencia de potencial, se duplica o se triplica la corriente, respectivamente.

Dicho de otro modo, cuando una corriente elctrica atraviesa un conductor, har en ste una diferencia de potencial directamente proporcional a la corriente. A esta constante de proporcionalidad se le llama resistencia. La mayor o menor resistencia de un conductor es la mayor o menor dificultad que opone al paso de la corriente. Y as tendremos buenos y malos conductores de la corriente en funcin de que tengan pequea o alta resistencia respectivamente. Obviamente, los aislantes (no conducen la corriente) tendrn una resistencia altsima.

Si se representa la resistencia del conductor por la letra R, la diferencia de potencial en los extremos del conductor por la letra V, y la corriente que circula por l, con la letra I la ley de Ohm puede formularse como:

Que es lo mismo que decir I = V / R R = V / I

La unidad de resistencia elctrica es el OHMIO, simbolizado por la letra griega W (omega)

Los mltiplos ms usuales del Ohmio son: El Kilohmio que es igual a 1.000 Ohmios => 1KW = 1.000 W El Megaohmio que es igual a 1.000.000 Ohmios => 1MW = 1.000.000 W

Dicha proporcionalidad se expresa como: R = l / A

Donde: R es la resistencia medida en ohmios l es la longitud medida en metros. A es la seccin (rea) transversal del conductor, en metros cuadrados. es una constante que depende del material con que est fabricado el conductor y se llama RESISTIVIDAD o RESISTENCIA ESPECIFICA del material en cuestin, y que da la resistencia por cada unidad de longitud y de seccin.

POTENCIAL ELECTRICO

Se define el potencial como el trabajo realizado para trasladar un objeto de un punto a otro. En particular, para el caso elctrico, definimos el potencial elctrico del punto A al punto B, como el trabajo realizado para trasladar una carga positiva unitaria q de un punto a otro, desde B hasta A.

En el Si la potencia se expresa en Watt (W). Un Watt de potencia significa un Joule de e energa disipada o consumida durante un segundo.

ASOCIACIN DE RESISITENCIASLa asociacin serie de resistencias:

Este tipo de asociacin presenta el siguiente aspecto:

Lo que caracteriza a este tipo de asociacin es que la corriente elctrica que circula por cada resistencia es la misma para todas ellas. Es debido a esto que la resistencia total (magnitud fsica) del circuito ha de ser la suma del valor hmico de cada una de las resistencias (componente) que forman la asociacin, ya que la corriente encontrar la oposicin de la primera resistencia, a continuacin la de la segunda, etc. Por tanto, tendremos que la resistencia total, Rt, de este tipo de asociacin ser:

O sea, la oposicin total del circuito al paso de la corriente elctrica ser la suma de las oposiciones parciales que presenta cada resistencia.

La asociacin de resistencias en paralelo:

La disposicin de resistencias conectadas en paralelo es la siguiente:

Lo que caracteriza a la asociacin de resistencias en paralelo es que a la corriente se le "ofrecen" varios caminos para circular, tantos como resistencias tenga la asociacin. Razonaremos pensando en la conductancia asociada a cada resistencia. La corriente elctrica tendr un camino con conductancia Y1 (facilidad para atravesar a R1), un camino con conductancia Y2, etc. Es ya fcil ver que la conductancia total de la asociacin de resistencias es la suma de "facilidades individuales" para atravesar la asociacin de resistencias:

O lo que es lo mismo (segn la definicin de conductancia):

Esto ltimo se suele expresar de la siguiente forma:

LEY DE KIRCHOFF

Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservacin de la energa y la carga en los circuitos elctricos. Fueron descritas por primera vez en 1845 por Gustav Kirchhoff.

Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchhoff precedi a Maxwell y gracias a George Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son muy utilizadas en ingeniera elctrica para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito elctrico.

PRIMERA LEY DE KIRCHOFF: LEY DE LOS NUDOS

La corriente que pasa por un nodo es igual a la corriente que sale del mismo. i1 + i4 = i2 + i3La ley de los nudos o primera ley de Kirchhoff y es comn que se use la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice que:

En cualquier nodo, la suma de la corriente que entra en ese nodo es igual a la suma de la corriente que sale. De igual forma, La suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero.

Esta frmula es vlida tambin para circuitos complejos:

La ley se basa en el principio de la conservacin de la carga donde la carga en couloumbs es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en segundos.

SEGUNDA LEY DE KIRCHOFF: LEY DE LAS MALLAS

Ley de tensiones de Kirchhoff, en este caso v4= v1+v2+v3. No se tiene en cuenta a v5 porque no hace parte de la malla que estamos analizando.

La Segunda ley de Kirchhoff o ley de las mallas y es comn que se use la sigla LVK para referirse a esta ley.

En toda malla la suma de todas las cadas de tensin es igual a la suma de todas las subidas de tensin. De forma equivalente, En toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial elctrico es igual a 0.

ES LA PARTE DE LA ELECTRICIDAD QUE ESTUDIA A LAS CARGAS ELECTRICAS EN REPOSO.

SEGUNDA LEY DE LA ELECTROSTTICA LEY DE COULOMB

Las fuerza electrosttica entre dos cuerpos cargados es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre una de ellas.

PRIMERA LEY DE LA ELECTROSTTICA

Los cuerpos cargados con electricidad el mismo signo se repelen; mientras que se atraen los que poseen cargas elctricas de signos diferentes.

Llamamos intensidad de campo elctrico E a la fuerza por unidad de cargas que actan en un punto de campo elctrico.

E= F/q

E= F/q = k (q1. q0)

d2

q 0

E = 9 x 109 q/d2

E = K q/d2

E = E1 + E2 + E3

Vp = Up/ q0

VA VB = W/q

ESTUDIO DE LOS FENMENOS POR LA ELECTRICIDAD EN MOVIMIENTO

Q = I x t

I = Q / t

E = W/q

v = 1J/1C

V= I x R

La resistencia de un conductor depende de sus dimensiones: es decir, tendr ms resistencia cuanto ms estrecho y largo sea dicho conductor. Esto resulta intuitivo si se considera la resistencia como la dificultad que opone al paso de la corriente.

P = V I

P = E / T

1w = 1J/S