sábado, 28 de abril de 2012

Campo y Potencial eléctrico



CAMPO ELÉCTRICO
El término "Campo" es empleado para facilitar la descripción en términos físicos de la influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea, esto en situaciones que involucran fuerzas eléctricas. La noción física de campo se corresponde con la de un espacio dotado de propiedades medibles.  El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. 
Campo uniforme: 
aquel campo que se mantiene 
constante en módulo y dirección.





INTENSIDAD Y UNIDADES




Llamamos intensidad de campo electrostático o simplemente campo electrostático E creado por una carga puntual Q en un punto del espacio a la fuerza electrostática que dicha carga Q ejercería sobre la unidad de carga positiva colocada dicho  punto.
                                             
                                                            E = F/q = k. Q/r²

Intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de las Unidades  se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina Ampere.
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanometro que, calibrado en amperios, se llama amperimetro.







  

LÍNEAS DE FUERZA Y ESPECTROS


 Las Líneas de Fuerza


Normalmente en el contexto del electromagnetismo, es la curva cuya tangente proporciona la dirección del campo en ese punto. Como resultado, también es perpendicular a las lineas equipotenciales en la dirección convencional de mayor a menor potencial. Suponen una forma útil de esquematizar gráficamente un campo, aunque son imaginarias y no tienen presencia física.


















 Espectros Magnéticos


Es la cantidad de líneas de fuerza que forman un campo magnético, por ej. si colocamos una hoja de papel arriba de un imán y le espolvoreamos con cuidado limadura de hierro, podrás observar que la limadura dibula la trayectoria de las líneas de fuerza del imán.













 INTENSIDAD DEL CAMPO GENERADO POR UNA    CARGA AISLADA

 El campo eléctrico más simple es el de una sola carga aislada, en donde las líneas de fuerza son radiales.
                                    


                            
                                                       
DIFERENCIA DE POTENCIAL ELÉCTRICO
La energía potencial eléctrica por unidad de carga o potencial eléctrico varía de acuerdo a la distancia respecto de una carga generadora. Esto se asemeja a la energía potencial gravitatoria de un cuerpo cambia si se ubica a diferentes alturas respecto del suelo.
En conclusión podemos decir que existe una diferencia de potencial eléctrico (V) entre dos puntos ubicados a distinta distancia de la carga generadora de un campo eléctrico.



La diferencia de potencial eléctrico se define como el trabajo (W) realizado por un agente externo por unidad de carga, independiente de la trayectoria seguida.
 




SUPERFICIES EQUIPOTENCALES

Definimos como superficies equipotenciales a los puntos que están a un mismo potencial.

Para una carga puntal, las superficies equipotenciales son esferas concéntricas en cuyo centro está la carga. Una partícula eléctrica que se mueve en una misma superficie equipotencial no experimenta cambios de energía potencial. Las líneas de campo son perpendiculares a ellas. 
















El “Volt” como unidad S.I






Para hablar sobre el potencial electrico tendremos en cuenta que la unidad en el S.I es el “voltio”, nombre dado en honor al cientifico italiano ALESSANDRO VOLTA, quien invento la pila electrica.







Pero ¿que es un voltio?


Voltio es la unidad que corresponde a: Joule /Coulomb






Definicion general de Voltio:
ž"El voltio es el potencial existente en un punto tal que para transportar una carga de un coulomb desde el infinito hasta él se requiere un trabajo de un joule”
 
žDe este punto como el potencial eléctrico se mide en voltios,
pasa a llamarse “VOLTAJE”

  
  















Electricidad Atmosférica.




     Es un efecto que se produce por la ionización de la atmosfera, por radiación solar y otros factores como la temperatura u la presión, llegan a formar nubes denominadas “Cumulonimbos” que están cargadas eléctricamente.


 
  Estas nubes se desplazan por la tierra por mareas atmosféricas, estas producidas por la atracción que hacen el sol y la luna sobre la superficie terrestre (ej. del mar)
žCabe notar que la electricidad de las cumulonimbos es positiva a mas de 6kms de altura y a una t° de -20 °C.
žDebajo de esta nube hay una densidad de electrones menor, y al mismo tiempo negativa (no corteza), es ahí cuando las cargas positivas se atraen con las negativas por medio del aire y forman los rayos.


 Energía potencial Electrica.

     Utilizando el mismo concepto de energía potencial (capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo dependiendo de la posición o altura de este) en este caso La energía potencial eléctrica de una partícula cargada dependería del trabajo que se haga sobre ella para moverla en contra de un campo eléctrico de otro objeto cargado.
 
žEn otras palabras es la energía que se puede obtener de la
 separacion entre dos cargas. La formula para esto sería:


Fe= K *( Q*Qo/ r^2)






 
Cabe notar cuando la diferencia entre dos cargas es muy extensa la energia potencial electrica es nula.

miércoles, 28 de marzo de 2012

Electricidad



Antes de empezar... Unos conceptos

a.     Carga Eléctrica
       Es una magnitud física característica de los fenómenos eléctricos, es propia de los cuerpos y cualquier trozo de materia puede adquirir carga eléctrica.
        Su unidad es Coulomb (C)

b.    Carga Neta de un cuerpo
       Cuando un cuerpo posee igual carga positiva (protones) y negativa (electrones).

c.    Cuerpo eléctricamente neutro
      Que tiene Carga Neta es decir, tiene la misma cantidad de carga positiva y negativa.

d.    Cuerpo Cargado positivamente
       Es aquel que tiene excesos de protones y perdió electrones.

e.    Cuerpo cargado negativamente
          Es aquel que tiene excesos de electrones y ha ganado electrones.

f.    Ion positivo/ Ion negativo
     Un ion es un átomo o grupo de átomos cargado eléctricamente. Un ion positivo es un catión (+)  y un ion negativo es un anión (-).

g.    Inducción electrostática
     Es la redistribución de la carga eléctrica en un objeto, causada por la influencia de cargas cercanas. 



ELECTRIZACIÓN
Es proceso electrostático  por el cual un cuerpo es cargado positiva o negativamente.
Debemos tener en cuenta lo siguiente:
La carga eléctrica se conserva en un sistema, ya que no puede ser creada ni destruida.
Cargas iguales se repelen en cambio cargas distintas se atraen.


Sabemos que un conductor puede electrizarse por medio de tres formas:

-Frotamiento:La electrización en este caso se produce entre dos cuerpos neutros distintos: ejemplo un pedazo de tela y una peineta, al haber fricción en ambos, hay un traspaso de electrones de un cuerpo al otro, quedando cargados positiva o negativamente dependiendo del cuerpo.


     






     -Contacto:La electrización en este caso se logra poniendo en contacto un cuerpo cargado, con un cuerpo “conductor” de esta manera, ambos cuerpo quedaran cargados negativa o positivamente de manera simultanea. Por ejemplo ponemos en contacto un imán con una aguja, luego de unos momentos la aguja causara el mismo efecto de atracción.

-Inducción: Este caso es el mas curioso, ya que un cuerpo cargado es acercado a otro cuerpo neutro (inductor-inducido) dejando polarizado al otro cuerpo, luego se conecta a tierra el cuerpo y de esta manera solo quedara en el cuerpo la carga atraída por el inductor (permanentemente) y si no, la polarización solo será transitoria hasta que el inductor se haya alejado. 



CONDUCTORES Y AISLADORES

Existen en nuestro entorno muchos cuerpos de distintos materiales, en el
tema de la electrización hay algunos que permiten el proceso fácilmente,
pero algunos pueden poner muchas dificultades para lograrlos. Para poder
clasificar estos materiales hablamos de Conductores y Aisladores.


Conductores:


   Son aquellos que permiten el traspaso eléctrico a través de ellos, permiten que hoy en día logremos tener electricidad en nuestras casas, o se provoquen algunos fenómenos naturales como los relámpagos. (separación forzosa en las cargas negativas y positivas de una nube)

Ej: cobre, hierro, agua



Aislantes: En este caso son los materiales
que no permiten el movimiento de
electrones en su interior, así no logran traspasar la electricidad.  Así es el caso
de: Madera, plásticos, aire, etc..







Cabe notar que la diferencia entre aislante y conductor NUNCA es muy clara, ya que un aislante en condiciones especiales puede convertirse en un buen conductor, tal es el caso del aire con el relámpago, al traspasar la carga de 30.000 volteos, el aire sirve como conductor.


El mismo caso del agua y la sal, o de los cables que han provocado accidentes con volantines.


LEY DE CARGAS ELÉCTRICAS



Has notado la fuerza que se observa al poner un elemento metálico cerca de un imán?
Esta fuerza "F" es llamada Fuerza electrostática.


Está puede ser de dos tipos : De REPULSIÓN o bien de ATRACCIÓN, lo cual depende directamente de los signos de las cargas:







- cargas negativas frente a frente se repelen
- cargas positivas frente a frente se repelen








- carga positiva frente a carga negativa se atraen



- un electrón con un neutrón no generan ninguna fuerza
- un protón con un neutrón no generan ninguna fuerza





Cómo lo hizo?
Coulomb creó una balanza, a la que denominaron "Balanza de Coulomb"
Este aparato permitió establecer y comprobar la ley que rige la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas, además de resultar muy útil en otros experimentos de gran importancia científica. Se basa en el principio demostrado por Coulomb que dice: ”la fuerza de torsión es proporcional al ángulo de torsión”.

La ley de Coulomb sostiene que la fuerza eléctrica entre dos cargas (q1 y q2), separadas a una distancia (d) , es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, esto es que disminuye a medida que se separan. Se expresa:
La fuerza puede ser ATRACTIVA o REPULSIVA siempre dependiendo del signo de las cargas.

Relaciones:
- El cuadrado de la distancia es inversamente proporcional a la Fuerza eléctrica
- El producto de las carga es proporcional a la Fuerza eléctrica a una distancia constante.


La constante 'K' tiene un valor de     

viene dada por la fuerza que se genera de un coulomb cuando está en presencia de otra carga de igual valor a un metro de distancia.
También se calcula como
en donde 'E' representa la permitividad eléctrica del medio.
La Fuerza además tiene una dirección y sentido, la primera 
está dada por la recta que une a las dos cargas y  la segunda depende del signo de las cargas.

Es importante destacar que la Ley de Coulomb solo considera la interacción entre dos cargas puntuales a la vez y la fuerza que se determina es aquella que ejerce una carga q1 sobre otra q2, sin considerar otras cargas a su alrededor.


1.- Tres cargas están distribuidas de manera lineal,  la carga q1, tiene un valor de -10µC (microcoulmb = 10−6); la carga q2 de 5µC  y la carga q3 -6µC .
Si, q1 distancia con q2 = 0,30m   y
q2 distancia con q3 = 0,20m
Calcular la fuerza electro estática resultante sobre la carga q3 debido a las otras dos cargas.
Considera que la constante   K= 9*10^9 N*m^2/C^2

2.- Dos esferas idénticas de cargas q1= -5µC  q2 = 8µC  , separadas a una distancia de 20cm.
Calcular la magnitud de la fuerza eléctrica que las atrae.





ELECTRICIDAD ATMOSFÉRICA
      Manifestándose a través del rayo este fenómeno natural contiene gran carga eléctrica y al acercarse a la tierra se transforma en energía calórica y luminosa.


Las nubes están formadas por un número inmenso de pequeñas gotas de agua, que forman grandes masas suspendidas en el aire.
    El roce de las nubes unas con otras, o con los picos de las montañas, pueden hacer que éstas adquieran carga eléctrica. La nube
cargada puede ejercer sobre las otras nubes, fenómenos de influencia , haciendo la atracción de cargas opuestas produciendo una descarga violenta. 
   De este modo se produce el rayo, manifestando luminosidad, que es el relámpago, y el ruido producido por la rotura de las capas de aire que constituye el trueno.



EL PARARRAYO
Cuando se generan tormentas, las nubes que poseen carga negativa en sus puntas comienzan a propagar estas  crean un campo eléctrico situado entre el suelo y las nubes, algunas de estas cargas (débiles) se pueden llegar a propagar  de manera que a medida que descienden se van amplificando de manera progresiva, este fenómeno recibe el nombre de 'trazador descendente'.
Al acercase al suelo, esta carga genera que la parte superior de los objetos se ionice, esta ionización evoluciona hasta formar el 'trazador ascendente', al juntarse ambos trazadores se genera un conducto de unión.
Lo realiza el pararrayos es anticiparse a cualquier objeto y formar su trazados ascendente más rápidamente (efecto corona), para ser el punto de caída del rayo, la descarga eléctrica luego se disipa en el suelo a través de la toma de tierra.