3. Electricidad

7/24/2019 3. Electricidad

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ElectricidadPor: Daniel Alejandro Lino Lpez

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Electricidad y sus ramas

Electricidad

Electrosttica

Electrodinmica2


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ElectrostticaParte de la fsica que estudia la interaccin entrelas cargas mismas y los materiales donde seencuentran.

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arga Es una propiedad fundamental de la materia. !ay dos tipos de cargas: positi"as y negati"as. Las cargas positi"as "ienen de los protones y las

negati"as de los electrones.

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arga #n o$jeto esta cargado positi"amente cuando

tiene menos electrones que protones% cuandoesta cargado negati"amente cuando tiene maselectrones que protones.

Los o$jetos tienden a mantenerse sin carga. Esdecir con la misma cantidad de electrones queprotones.

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arga elemental y unidadLa carga elemental es la que presentan tanto loselectrones como los protones se representa con laletra e .

La unidad de la carga el&ctrica se mide enoulom$s% la cual equi"ale a '.()*+, +- e. Por lo que

un electrn o protn/ tiene +.'*+, 0+1

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Ley de atraccin de lascargas

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Ley de oulum$La atraccin o repulsin de las cargas se de$e aque estas generan una fuerza.

El fsico franc&s 2arles0Augustin de oulum$ fueel que pudo calcular la magnitud de dic2a fuerza.

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Pro$lemaomo se muestra en la 3gura% dos $olas id&nticas%

cada una de ,.+, g de masa% portan cargasid&nticas y estn suspendidas por dos 2ilos de iguallongitud. En el equili$rio% se colocan ellas mismas

como se muestra. Encuentre la carga so$re cada$ola

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Pro$lemaLas cargas que se muestran en la 3gura sonestacionarias. Encuentre la fuerza so$re la carga de4)., % de$ida a las otras dos cargas.

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Pro$lemaDos peque5as esferas cargadas se colocan so$re eleje x : 6., en x= , y 07., en x 8), cm. 9Dndese de$e colocar una tercera carga q si la fuerza quee*perimenta de$e ser cero

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ampo el&ctrico Es generado al 2a$er una carga. Es la forma de e*presar la fuerza que 2ay entre

las cargas sin 2a$er un contacto.


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ampo el&ctrico .


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Ejemplo +La intensidad del campo el&ctrico entre dos placasen la 3gura es constante y esta dirigida 2acia a$ajo.La magnitud de la intensidad del campo el&ctrico es' ? +, ) => . 9 uales son la magnitud y la direccin

de la fuerza el&ctrica ejercida so$re un electrnproyectado 2orizontalmente entre las dos placas

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@ntensidad del campoel&ctrico

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Ejemplo (9 ul es la intensidad del campo el&ctrico a unadistancia de ( m de una carga de +( C

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Ejemplo 6Dos cargas puntuales% q1 8 0 ' n y q2 = B- n %estan separadas por una distancia de +( cm% comose muestra en la 3gura. A partir de los datosindicados en esta 3gura% determine el campo

el&ctrico en el punto A y en el punto B.

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Ejemplo ) Cres cargas estn colocadas so$re tres esquinas deun cuadrado% como se muestra en la 3 gura ()0'.

ada lado del cuadrado es de 6,., cm. alcule Een la cuarta esquina. 9 ul sera la fuerza so$re

una carga de '.,, 4 situada en la esquina li$re

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Energa potencialel&ctricaNota: El campo elctrico se supondruniforme.

Es la energa almacenada en una partcula de$ido aun campo el&ctrico.Es relati"amente id&ntica a la energa potencialgra"itacional.

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Antecedentes: Cra$ajo Cra$ajo / es la energa necesaria para mo"er un o$jeto a

una cierta distancia. El tra$ajo al ser una energa tiene como unidad los oules / y

es una magnitud escalar.


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Antecedentes: Energapotencial

Energa potencial gra"itacional(' " )=m"y donde y es la altura que2ay so$re el punto de referencia.

=tese que la energa potencialgra"itacional no se "e afectada porlos mo"imientos so$re el eje *.

El cam$io entre las energaspotenciales de los puntos a y $"iene dado por:

' " = ' "a ' "21


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Energa potencialel&ctricaLa energa potencial el&ctrica en un campoel&ctrico uniforme se calcula como cualquiertra$ajo.

W=Fcos()d omo se sa$e que la fuerza siempre"a en el mismo sentido que el campo el&ctrico el ngulosiempre ser ,.

omo resultado queda: 8FGddonde Gd8a0$

Cam$ien se sa$e que F8Eq por lo que


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EjemploDeducir como es el comportamiento de le energapotencial el&ctrica cuando una partcula positi"a:A/ se mue"e a fa"or del campo el&ctricoH/ se mue"e en contra del campo el&ctrico

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EjemploDeducir como es el comportamiento de le energapotencial el&ctrica cuando una partcula negati"a:A/ se mue"e a fa"or del campo el&ctricoH/ se mue"e en contra del campo el&ctrico

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Diferencia de potencialEs el tra$ajo por unidad de carga necesario paramo"er una partcula de prue$a de un punto a otro.

#nidades: > 8 I

8G#e8GIq

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Ejemplo En la 3gura% la diferencia de potencial entre las placas

metlicas es de ), I.a/ 9Ju& placa tiene el mayor potencial$/ 9 unto tra$ajo se de$e 2acer para lle"ar una carga de 6.,

desde B 2asta A 9Desde A 2asta Bc/ 9 mo se sa$e que el campo el&ctrico est en la direccin

indicadad/


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Ejemplo 9 unto tra$ajo se requiere para lle"ar a unelectrn desde la terminal positi"a de una $aterade +( I 2asta la terminal negati"a

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Ejemplo9 unta energa potencial pierde un protn cuandopasa a tra"&s de una cada de potencial de 7 KI

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Ejemplo#n electrn parte del reposo y cae a tra"&s de unasu$ida de potencial de -, I. 9 ul es su rapidez3nalm e81.+?+, 06+ Kg

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radiente de potencial Es el ampo el&ctrico e*presado en I>m.

Esto se deduce de la ecuacin:

*onsulta:+En #u casos es me,or e-presar elcampo elctrico en /m0

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Electrn0"oltEs una unidad de energa equi"alente a la energaadquirida por un electrn que es acelerado a tra"&sde una diferencia de potencial de + "olt.

1 e e#ui2ale a una ener"3a de 1.4 5 16 17 8.

*onsulta: +En donde se utili%a esta unidad0

+9uin o #uienes la propusieron0

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Preguntas de repaso 9 ul es la diferencia entre una carga positi"a y

una negati"a 9Ju& es la energa potencial el&ctrica 9En que se mide el tra$ajo y que nos indica su

signo 9Ju& es una su$ida de potencial 9#n electrn 2acia que placa tender a mo"erse

en una pila

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apacitanciaEs la razn entre la carga de cada conductor y ladiferencia de potencial entre los conductores.

Ecuaci&n:

uanto mayor es la capacitancia Cmayo r ser la cantidad de energaalmacenada

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apacitancia El "alor de la capacitancia slo depende de las

formas y los tama5os de los conductores% ascomo de la naturaleza del material aislante que2ay entre ellos.

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#nidadesEn el sistema internacional la unidad pararepresentar la capacitancia es el Faraday.

+ F8 + faraday 8 + >I 8 + coulom$>"olt

onsulta: 9Jui&n fue Faraday y por qu&aportaciones es conocido

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apacitorualquier aparato dise5ado para guardar carga

el&ctrica se llama condensador o capacitor.

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Funcionamiento de uncapacitor

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Etapa de carga


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Funcionamiento de uncapacitor

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Preguntas de repaso 9Ju& es la capacitancia 9Ju& podemos deducir de un capacitor que tiene

una alta capacitancia 9De qu& depende la capacitancia

9Jue otro nom$re puede reci$ir un capacitor 9Ju& 2ace un capacitor 9Ju& sucede en las placas paralelas cuando

cargamos un capacitor

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Ejemplo #n capacitor de 6,, pF se carga a un "oltaje de

+., KI. 9 ul es la carga almacenada

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Ejemplo #na esfera metlica montada so$re una $arra

aislante tiene una carga de '., n cuando supotencial es (,, I ms alto que el de susalrededores. 9 ul es la capacitancia del capacitor

formado por la esfera y sus alrededores

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alculo de la capacitancia

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La capacitancia de un capacitor es directamente proporcional al reade las placas e inversamente proporcional a la distanciaEsta ecuaci!n solo es verdadera si el capacitor esta con aire

Consulta: Qu medidas vienen en un capacitor?Por qu un capacitor puede explotar?


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Ejemplo Las placas de un condensador en paralelo estn

separadas entre s ( cm a lo anc2o y ) cm a lolargo. 9 ul de$e ser la separacin en el aire delas placas de este condensador si la capacitancia

total 2a de ser de ) pF

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Energa almacenada


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Ejemplo #n capacitor de +.( 4F se carga a 6., KI. alcule

la energa almacenada en el capacitor.

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one*in en serie


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one*in en serie El diferencial de potencial total es la sumatoria de

los potenciales de cada capacitor.

La capacitancia total es el in"erso de sumatoriade las capacitancias in"ersas indi"iduales.

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one*in en paralelo Am$as e*tremidades de los capacitores estn en

contacto. La carga total entre las placas es la sumatoria de

la carga de cada capacitor.

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El diferencial de potencial total es el mismo encada capacitor.

La capacitancia total es la sumatoria de lascapacitancias indi"iduales.

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Preguntas de repaso 9 ules son las 6 ecuaciones con las que se

puede calcular la energa almacenada en uncapacitor

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Preguntas de repaso


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Ejemplo

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Encuentre el volta"e# carga $ energ%a almacenada en cada capacitor&i 'a$ un di(erencial de potencial entre los puntos a $ ) de 25 *


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orriente Es todo mo"imiento de carga de una regin a otra.

#n ampere A/ representa un Mujo de carga con larapidez de un coulomb por segundo % al pasar por

cualquier punto.

Ejemplo: Para una corriente de + A% '.(7 ?+, +- electrones + / Muyen pasando por un punto dadocada segundo.

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Ejemplo 9 uantos electrones pasan por un punto en 7 s si

se mantiene en un conductor una corrienteconstante de - A

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Direccin de la corriente La direccin de la corriente con"encional siempre

es la misma que la direccin en la que semo"eran las cargas positi"as% incluso si lacorriente real consiste en un Mujo de electrones.

56Consulta: A qu velocidad viajan los electrones en un conductor?

Por qu la direccin de la corriente se toma de positivo a negativo?


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Fuente electromotrizEs un dispositi"o que con"ierte la energa qumica%mecnica u otras formas de ella en la energael&ctrica necesaria para mantener un Mujo continuode carga el&ctrica.

Las fuentes de fem mas conocidas son la $atera yel generador. La $atera con"ierte la energaqumica en energa el&ctrica% y el generadortransforma la energa mecnica en energael&ctrica.

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NesistenciaEs la oposicin que presentan los materiales a queMuya la carga el&ctrica.

Es independiente de la fem aplicada y de la

corriente que pasa a tra"&s de ellos.


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Cipos de resistencias

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Ley de o2m

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La corriente +ue circula por un conductor dado es directamente proporcionala la di(erencia de potencial entre sus puntos e,tremos

Consulta: Qu aparato se utiliza para medir exclusivamente la corriente elctrica?Qu aparato se utiliza para medir exclusivamente el voltaje?

Aparatos elctricos con altas resistencias?


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Nepaso 9Ju& representa un ampere 9De qu& depende la resistencia de un material 9Jue es la fuerza electromotriz 9Por qu& el capacitor no es considerado dentro de

la fuerza electromotriz 9La resistencia depende de la corriente o

"ice"ersa Escri$a la ley de 2m

Escri$a la ley de 2m en funcin del "oltaje.

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Nesistencias en serie

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El diferencial de potencial total es la sumatoria delos potenciales de cada resistencia.

La corriente es la misma para todas las

resistencias.


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Ejemplo$tener la ecuacin de la resistencia total de (

resistencias en serie.

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Nesistencias en Paralelo

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El diferencial de potencial total es el mismo paratodas las resistencias.

La corriente es la suma de cada una de lasresistencias.


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Ejemplo alcular la resistencia total del circuito de (

resistencias en paralelo.

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Ejemplo

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-alcular la corriente $ volta"e +ue pasa por las resistencias


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Ejemplo

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-alcular la corriente $ volta"e +ue pasa por las resistencias


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Ley de Qirc2oR La suma de las corrientes de entrada en un nodo

es igual a la suma de corrientes de salida.

La suma de las cadas y su$idas de pontecial en

una malla es igual a ,.


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Neglas al tomar en cuentalas mallas


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Ejemplo

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-alcule el valor de las corrientes .1# .2 e .3 utili/ando le$es de irc'o((

Las le$es de irc'o(( sirven para anali/ar los circuitosdonde no se pueden simpli(icar las resistencias


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Ejemplo alcule el "alor de las corrientes tomando encuenta que el sWitc2 < esta cerrado.

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Ejemplo

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-alcule el valor $ direcci!n de las coriientes


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Ley de oule

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