ELECTROSTÁTICAUNIDAD N°1: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

PROFESORA: LORENA SAAVEDRA ROJAS

Carga eléctrica

La constitución de la materia se basa en elementos fundamentales denominados átomos.

¿Qué mantiene a los electrones orbitando constantemente alrededor del núcleo, evitando que se “escapen”?

Carga eléctrica

Protones y electrones carga fundamental: signo opuesto pero de igual magnitud.

Los electrones tienen carga negativa y los protones, carga positiva.

Ley de los signos: cargas del mismo signo se repelen y cargas de signos opuestos se atraen.

Carga eléctrica

Carga elemental (q) No existe en la naturaleza partículas o cuerpos con una carga menor a la del electrón (o protón).

Coulomb (C) Unidad de carga eléctrica.

Masa de protones, neutrones y electrones

1 [C] = 6,25 1018 qe

qe = -1,6 10-19 [C]

mp = 1,67 10-24 [g]

me = 9,106 10-

28 [g]

Carga eléctrica

Átomo neutro

Carga neta = 0

Materiales eléctricos

Aislantes o Dieléctricos Los electrones se encuentran

fuertemente ligados a sus respectivos núcleos, por lo tanto, el material no es capaz de ceder electrones propios o aceptar electrones de otro cuerpo.

No es posible cargar eléctricamente. Conductores

Los átomos sí permiten que se les quite o agregue electrones.

Ejemplos de conductores

Métodos de carga eléctrica Contacto

Inducción

Frotamiento

Ejemplo N°1

Se dispone de tres cuerpos, que llamaremos A, B y C. Se sabe que todos están cargados. Se hacen los siguientes experimentos: Se acerca A a B, encontrándose que

ambos se repelen. Se acerca A a C, encontrándose que

ambos se atraen. El cuerpo A se junta con el conjunto B-C

y, al hacer contacto, el cuerpo A pierde electrones.

Un electrón es repelido por el conjunto A-B-C.

Ejemplo N°2

Se dispone de una peineta y un pedazo de tela. La peineta se frota contra el trozo de tela, con el fin de cargarla. ¿Es posible que después de este proceso la peineta y la tela se repelan, o necesariamente deben atraerse?

Ejemplo N°3

Dos hojas de un mismo tipo de papel son frotadas entre sí. ¿Quedarán electrizadas? ¿Y si frotamos dos barras hechas de un mismo tipo de plástico?

Ejemplo N°4

Cuando frotamos con seda una barra de vidrio, ésta queda electrizada positivamente. Cuando frotamos una barra de goma con lana, ésta queda electrizada negativamente.

Considerando lo anterior: ¿El trozo de lana quedó electrizada? ¿Cuál es el signo de la carga de la tela de lana? ¿Cuál de los dos cuerpos recibió electrones? ¿Cuál de los dos cuerpos quedó con exceso de

protones?

Ejemplo N°5

Un autobús en movimiento adquiere carga eléctrica debido al roce con el aire. Si el ambiente del lugar es seco. ¿El

autobús permanecerá electrizado? Al asirse de un autobús para subirse en

él, una persona “recibirá un choque”. ¿Por qué?

Este hecho no es común en climas húmedos. ¿Por qué?

Ejemplo N° 6

Dos esferas conductoras aisladas tienen cargas 10 [C] y -6 [C] respectivamente. Las esferas son conectadas mediante un cable cuidando de que no haya fuga de cargas al exterior. Después de retirado el alambre, ¿cuánto valen las cargas de ambas esferas?

Ejemplo N°7

Una barra electrizada negativamente se coloca cerca de un cuerpo metálico AB (no electrizado). ¿Hacía dónde se desplazarán los

electrones libres de este cuerpo metálico?

¿Cuál es el signo de la carga que aparece en A? ¿Y en B?

¿Cómo se denomina esta separación de cargas que ocurrió en el cuerpo metálico?

Ejemplo N°8

Un cuerpo electrizado con carga positiva se acerca a la bolita de un péndulo electrostático. Si la bolita fuera: Atraída por el cuerpo, ¿podríamos

concluir que está electrizada negativamente?

Repelida, ¿podríamos concluir que posee carga positiva?

ELECTRODINÁMICAUNIDAD N°1: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

PROFESORA: LORENA SAAVEDRA ROJAS

Corriente eléctrica

Corresponde al transporte de carga eléctrica de un punto a otro.

Intensidad carga total que circula por un conductor en una unidad de tiempo.

AtQ

i

Ejemplo

Un niño encumbrando un volantín roza los cables del tendido eléctrico durante 0,32 [s]. Si en esta situación circulan 201015 electrones hacia la mano del niño, ¿qué corriente circuló por el hilo curado del volantín? (qe = 1,610-19 [C])

Ley de Ohm

Georg Simon Ohm (1787 – 1854), físico alemán investiga la conducción eléctrica en los metales.

Ley de Ohm en 1826 establece que en los conductores metálicos, la diferencia de potencial entre sus extremos y la intensidad de corriente que lo atraviesa son directamente proporcionales.

iV

R

Resistencia eléctrica

La resistencia R de un conductor constituye una medida de oposición que presenta éste al paso de la corriente eléctrica, la que depende de la geometría y del material que lo compone.

Para el caso particular de un conductor de sección constante A, de longitud L y de resistividad propia del material , se tiene:

AL

R

Resistencia eléctrica

La resistividad del elemento es una característica intrínseca del material debido a su composición molecular.

Conductividad () es el inverso de la resistividad

AL

R

1

Ejemplo N°1

Se tiene un recipiente lleno de agua con sal. El recipiente es un paralelepípedo de dimensiones: Largo: 50 [cm] Ancho: 20 [cm] Alto: 10 [cm]

Si la conductividad de la solución es de 0,0002 [1/m], calcular la resistencia que experimenta la corriente a lo largo del recipiente.

Ejemplo N°2

Si un alambre tiene una resistencia R, ¿qué resistencia tendrá otro alambre de igual longitud y naturaleza, pero de doble diámetro?

Resistencia y Temperatura

La resistividad de todas las sustancias conductoras varía con la temperatura.

En los metales, un aumento de la temperatura produce un aumento de la resistencia.

,R0: resistencia del conductor a 0°C.: coef. de variación de resistencia

00 1 TTRR

Ejemplo

Un filamento de tungsteno ( = 0,059 [ mm2/m] y = 0,0045 [1/°C]) tiene 10 [cm] de largo y 0,1 [mm] de diámetro a 0°C. ¿Qué variación experimenta su resistencia al elevarse su temperatura hasta los 2.500°C?

Circuitos de corriente continua Un circuito eléctrico está formado

por la asociación de elementos conductores que hacen posible el mantenimiento de una corriente eléctrica.

Si los generadores producen una diferencia de potencial constante entre sus polos, la corriente producida será continua.

Circuitos de corriente continua En los circuitos de corriente continua

se distinguen dos tipos de elementos: Generadores aportan al circuito la

energía necesaria para mantener la corriente eléctrica.

Receptores disipan energía eléctrica principalmente en forma de calor (resistencias), o la convierten en otra forma de energía (motores).

Símbolo de pila en un circuito eléctrico

Símbolode

resistencia en un circuito eléctrico

Disposición de resistencias Existen dos modos fundamentales de

conectar las resistencias entre sí: En serie En paralelo

Resistencia equivalente Resistencia única por la que podría sustituirse la

disposición sin alterar el comportamiento general del circuito.

Disposición de resistencias Conexión serie

V1 = i R1 ; V2 = i R2 ; V3 = i R3

VT = V1 + V2 + V3 = i (R1 + R2 + R3)

V

RT = R1 + R2 + R3

Disposición de resistencias Conexión paralela

i = i1 + i2 + i3

V = V1 = V2 = V3

321

1111RRRRT

Disposición de resistencias Conexión mixta Ejemplo:

Determinar la resistencia equivalente del circuito.

R1 = 2 [] R2 = 4 [] R3 = 6 [] A B

R1 R2

R3

Potencia eléctrica

Si por un dispositivo circula una corriente i, y entre sus extremos existe una diferencia de potencial V, su potencia eléctrica es:

WiVP

Potencia eléctrica

Efecto Joule En una resistencia, potencia corresponde a la rapidez con que la energía eléctrica se transforma en energía calórica (estufas, planchas, secadores de pelo, etc.).

Usando la ley de Ohm, la potencia disipada por una resistencia es:

RV

iRiVP2

2

Energía eléctrica

La energía absorbida o disipada durante un lapso t es:

JtPE

Ejemplo n°1

¿Cuál es la resistencia eléctrica de estufa de cuarzo de 1.200 [watts] que se conectará a 220 [V]?

Ejemplo n°2

En una casa se mantienen encendidas durante 2 horas y media una estufa de 750 [watts], una lámpara por la que circula ½ [ampere] cuando se conecta a 110 [volts] y una radio a pila de 3 [volts] y resistencia equivalente de 100 [W]. Calcular la energía consumida en la casa durante ese lapso.

Ley de Joule

La ley de Joule permite calcular la energía disipada en forma de calor en un conductor.

JtRiQ 2

Siendo R la resistencia en ohms, i la intensidad de corriente en ampere y t el tiempo en segundos.