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ENERGÍAEnergía eléctrica

ContenidosArtículos

Física/Electromagnetismo/Historia del electromagnetismo/Desarrollo histórico de la electricidad 1Física/Electromagnetismo/Electroscopio 2Física/Electricidad y electrónica/Ley de Ohm 5Física/Electricidad y electrónica/Condensadores 7Física/Electricidad y electrónica/Intensidad de la corriente 8Física/Electricidad y electrónica/Transformadores 8

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Licencias de artículosLicencia 12

Física/Electromagnetismo/Historia del electromagnetismo/Desarrollo histórico de la electricidad 1

Física/Electromagnetismo/Historia delelectromagnetismo/Desarrollo histórico de laelectricidad

Grecia clásica

Hacia el año 800 a.C. los griegos descubrieron el fenómeno de la electrización por frotamiento. Posteriormente,Thales de Mileto (624-523 a.C.) observó que el ámbar (en griego ἤλεκτρον, <<electron>>), una especie de resinafósil, una vez frotado adquiría la propiedad de atraer cuerpos pequeños como el serrín, trozos de papel, etc. Es decir,descubrió que el ámbar se electriza por frotamiento.

Siglo XVII

Ya en el año 1600, W. Gilbert de Colchester (1540-1603), médico de la reina Isabel I de Inglaterra, descubrió queotras sustancias además del ámbar, como el vidrio, presentaban la propiedad de electrizarse. Introdujo la palabraelectricidad y llamó vis eléctrica (fuerza del ámbar) a la fuerza misteriosa con que la sustancia frotada atraía laspartículas ligeras.

Siglo XVIII

Un siglo después, Benjamin Franklin (1706-1790) fue el primero en sugerir en 1747 dos tipos de electricidad, a losque dio el nombre de positiva (la adquirida por el vidrio al ser frotado) y negativa (adquirida por el ámbar). Tambiénintrodujo el concepto de carga eléctrica, aunque sin especificar más. Inventó el pararrayos gracias a un experimentoen el que hizo volar una cometa en un dia de tormenta a la que ató una llave metalica, el hilo era tambien metálico ypudo constatar que la llave se abia cargado electricamente al haberle caido encima un rayo. Presentó la teoría delfluido único (ésta afirmaba que cualquier fenómeno eléctrico era causado por un fluido eléctrico (la "electricidadpositiva"), mientras que la ausencia del mismo podía considerarse "electricidad negativa") para explicar los dos tiposde electricidad atmosférica a partir de la observación del comportamiento de las varillas de ámbar, o del conductoreléctrico, entre otros.J.Priestley (1733-1804) dedujo que la interacción entre cargas es del mismo tipo que la gravitación y en 1766,animado por Franklin, publicó Historia de la electricidad

C.Coulomb(1736-1806), ingeniero militar de profesión y hábil experimentador, realizó el primer estudio cuantitativosobre las fuerzas existentes entre cargas eléctricas en 1785. Tras una serie de experiencias llevadas a cabo con unabalanza de torsión semejante a la utilizada por Cavendish, llegó a la conclusión de que la fuerza de atracción orepulsión entre dos cuerpos electrizados dependía de la distancia entre ellos y del grado de electrización que poseían.Según sus palabras: <<la acción repulsiva entre dos pequeñas esferas cuando se electrizan de manera semejante estáen razon inversa del cuadrado de las distancias>>. El concepto de carga no se conocia con precisión en tiempos deCoulomb, por tanto, no se había ideado ninguna unidad de carga eléctrica. En la actualidad, las conclusiones deCoulomb quedan recogidas en la siguiente ley:La fuerza con que se atraen o se repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al productode dichas cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa

El módulo de dicha fuerza vale: F en Newtons, Q y q en coulombios y r en metros, siendo K la constante de proporcionalidad que depende del mediointerpuesto entre las cargas, en el vacío K=8.987*10^9 Nm^2/C^2 en unidades del SI

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Actualidad

En la actualidad, la carga eléctrica es un modelo que utiliza la física para explicar los fenómenos eléctricos. Tambiénse denomina carga eléctrica a cualquier cuerpo electrizado. En general, damos el nombre de carga puntual a todocuerpo que esté electrizado cuando no se tienen en cuenta sus dimensiones. La carga positiva es la que tienen losprotones y la carga negativa la de los electrones, pero no es mas que un convenio establecido, como se vio antes, porB.Franklin

Física/Electromagnetismo/Electroscopio

Descripción

Esquema del funcionamiento del electroscopio

El electroscopio es un instrumento que permite determinar la presenciade cargas eléctricas y su signo.

Un electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical quetiene una bolita en la parte superior y en el extremo opuesto dosláminas de oro muy delgadas. La varilla está sostenida en la partesuperior de una caja de vidrio transparente con un armazón de metal encontacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, lavarilla se electrifica y las laminillas cargadas con igual signo que elobjeto se repelen, siendo su divergencia una medida de la cantidad decarga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática seequilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera, lasláminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal.Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puededeterminarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a laesfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargadocon el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si sejuntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos.Un electroscopio cargado pierde gradualmente su carga debido a la conductividad eléctrica del aire producida por sucontenido en iones. Por ello la velocidad con la que se carga un electroscopio en presencia de un campo eléctrico ose descarga puede ser utilizada para medir la densidad de iones en el aire ambiente. Por este motivo, el electroscopiose puede utilizar para medir la radiación de fondo en presencia de materiales radiactivos.El primer electroscopio fue creado por el médico inglés William Gilbert para realizar sus experimentos con cargaselectrostáticas. Actualmente este instrumento no es más que una curiosidad de museo, dando paso a mejoresinstrumentos electrónicos.

Física/Electromagnetismo/Electroscopio 3

materialesTiras de Hojalata o chapa galvanizada: Recorte una tira de hojalata de 5cm de ancho por 26cm de largo, otra delmismo ancho y 12cm de largo, y una tercera de 4cm de ancho por 8cm de largo. Tornillo de 4cm de largo y cabezafresada Tres tuercas que hagan juego Gajo de PVC de 5cm de ancho y 10cm de largo tomado de un caño paracloacas Seis remaches pop cortos Hojuela fijaCorte en hojalata un rectángulo de 11 x 2 cm Marque las líneas divisorias AB y CD Practique la perforaciónmostrada, por donde pasará el tornillo Marque y recorte con cuidado la ventana central, de modo que sus bordes nopresenten irregularidades. Doble la pieza a 90 grados por la línea CD Doble la pieza por la línea AB, y conforme unamedia caña de unos 3 milímetros, donde apoyará la hojuela móvil Hojuela móvil: Recórtela en papel obra (de unahoja de cuaderno) de acuerdo a las medidas indicadas:

Determinación de la carga a partir del ángulo de separación de lasláminas

Electroscopio simplificado

Un modelo simplificado deelectroscopio consiste en dos pequeñasesferas de masa m cargadas con cargasiguales q y del mismo signo quecuelgan de dos hilos de longitud l, talcomo se indica la figura. A partir de lamedida del ángulo que forma unaesfera con la vertical, se puede calcularsu carga q.

Sobre cada esfera actúan tres fuerzas:el peso mg, la tensión de la cuerda T yla fuerza de repulsión eléctrica entrelas bolitas F.

En el equilibrio: (1) y (2).Dividiendo (1) entre (2) miembro a miembro, se obtiene:

Midiendo el ángulo θ se obtiene, a partir de la fórmula anterior, la fuerza de repulsión F entre las dos esferascargadas.

Según la Ley de Coulomb: y como y

Física/Electromagnetismo/Electroscopio 4

Entonces, como se conoce y ha sido calculado, despejando se obtiene

IDENTIFICACIÓN DEL APARATO

Determinación del ángulo de separación de las láminas a partir de lacarga

Gráfica de comportamiento del electroscopio

Como muestra el apartado anterior se cumple:

con lo cual:

Teniendo en cuenta que y operando apropiadamente, se obtiene:

siendo y

Ésta es una Ecuación de tercer grado que no tiene una solución analítica fácil. Posee una raíz que se puede calcularaplicando un procedimiento numérico.Con determinaciones de este tipo se puede dibujar una curva que muestre el comportamiento del electroscopio, en lacual, leyendo en el eje de las abscisas el valor de , se puede obtener el valor de en el eje de las ordenadas.

Física/Electricidad y electrónica/Ley de Ohm 5

Física/Electricidad y electrónica/Ley de Ohm

ConductividadEl científico Georg Simon Ohm, mientras experimentaba con materiales conductores, como resultado de suinvestigación, llegó a determinar que la relación entre voltaje y corriente era constante y nombró a esta constanteresistencia.Esta ley fue formulada por Georg Simon Ohm en 1827, en la obra Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet(Trabajos matemáticos sobre los circuitos eléctricos), basándose en evidencias empíricas. La formulación original,es:

Siendo la densidad de la corriente, la conductividad eléctrica y el campo eléctrico.

Expresión en función de la resistenciaComo ya se destacó anteriormente, las evidencias empíricas mostraban que (vector densidad de corriente) esdirectamente proporcional a (vector campo eléctrico). Para escribir ésta relación en forma de ecuación, esnecesario añadir una constante denominada factor de conductividad eléctrica, que representaremos como σ.Entonces:

El vector es el vector resultante de los campos que actúan en la sección de alambre que se va a analizar; es decir,del campo producido por la carga del alambre en sí y del campo externo, producido por una bateria, una pila u otrafuente de fem. Por lo tanto:

Ahora, sabemos que , donde es un vector unitario de dirección, con lo cual reemplazamos y

multiplicamos toda la ecuación por un :

Los vectores y poseen la misma dirección y sentido, con lo cual su producto escalar puede expresarse comoel producto de sus magnitudes por el coseno del ángulo formado entre ellos. Es decir:

Por lo tanto, se hace la sustitución:

Integrando ambos miembros en la longitud del conductor:El miembro derecho representa el trabajo total de los campos que actúan en la sección de alambre que se estáanalizando, y de cada integral resulta:

y

Física/Electricidad y electrónica/Ley de Ohm 6

Donde representa la diferencia de potencial entre los puntos 1 y 2, y representa la fem; por tanto,podemos escribir:

donde representa la caída de potencial entre los puntos 1 y 2.Como dijimos anteriormente, σ representa la conductividad, por lo que su inversa representará la resistividad, y larepresentaremos como ρ. Así:

Finalmente, la expresión es lo que se conoce como resistencia eléctrica

Podemos escribir la expresión final:

Ley De Ohm"La intensidad de la corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia entodos los circuitos o elementos eléctricos".

resistencia R

La ley de Ohm, es una propiedad específica de ciertos materiales.La relación

es un enunciado de la ley de Ohm. Un conductor cumple con la leyde Ohm sólo si su curva V-I es lineal; esto es si R es independientede V y de I. La relación

sigue siendo la definición general de la resistencia de unconductor, independientemente de si éste cumple o no con la leyde Ohm. La intensidad de la corriente eléctrica que circula por undispositivo es directamente proporcional a la diferencia depotencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia delmismo, según expresa la fórmula siguiente:

En donde, empleando unidades del Sistema internacional:I = Intensidad en amperios (A)V = Diferencia de potencial en voltios (V)R = Resistencia en ohmios (Ω).

Física/Electricidad y electrónica/Condensadores 7

Física/Electricidad y electrónica/Condensadores

Condensadores con DieléctricosCuando enfrentamos dos conductores sin que haya contacto físico entre ellos, si entre tales conductores enfrentadoshay algún tipo de dieléctrico se forma un condensador.Un dieléctrico es un material que no conduce la electricidad, por lo que puede ser utilizado como aislante; porejemplo el caucho, el vidrio, el papel, la madera seca, el aire, etc.Se toma como referencia el valor del condensador cuando no hay nada entre ambos conductores, es decir, cuandohay vacío.Cuando un material dieléctrico es insertado en un condensador y lo llena por completo, la capacitancia con respectoal vacío aumenta. Para un condensador de placas paralelas aumenta en un factor adimensional k, que es conocidocomo constante dieléctrica.Por lo tanto, la capacitancia de un condensador de placas paralelas al que se le ha insertado un dieléctrico entre susplacas, toma el valor:

En donde:: constante dieléctrica: : área de las placas conductoras: distancia entre las placas

La constante dieléctrica asume distintos valores para los diferentes dieléctricos.

Física/Electricidad y electrónica/Intensidad de la corriente 8

Física/Electricidad y electrónica/Intensidad de lacorrienteLa intensidad de la corriente es la cantidad de electricidad que fluye por la sección transversal de un conductor en undeterminado tiempo. La cantidad de electricidad se mide en Culombios en honor a Charles-Augustin de Coulumb yes igual al 6,241506 · 10^18 electrones.Para medir la intensidad se utiliza un galvanómetro con escala en Amperios, o lo que es lo mismo, un Amperímetro,y se conecta en serie en el circuito.La intensidad está relaccionada por la Ley de Ohm con la resistencia y la diferencia de potencial.La fórmula más usada de las que se pueden derivar otras tantas es: V = I / R.Kirchhoff demostró a través de sus Leyes, que la cantidad de intensidad que entra en un circuito es igual a la quesale.

Física/Electricidad yelectrónica/TransformadoresEl transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto de nivel de voltaje, enenergía alterna de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos omás bobinas de alambre, aisladas entre sí eléctricamente por lo general arrolladas alrededor de un mismo núcleo dematerial ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que seestablece en el núcleo.

Relación de TransformaciónLa relación de transformación (a) nos indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida conrespecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, por cada volt de entrada cuántos volts hay en la salida deltransformador.

Donde: (Np) es el número de espiras del devanado primario, (Ns) es el número de espiras del devanado secundario,(Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario ótensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario ó corriente de entrada, e (Is) es la corriente en eldevanado secundario ó corriente de salida.

Física/Electricidad y electrónica/Transformadores 9

Clasificacion de transformadores

Transformadores elevadoresEste tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a latensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno.

Transformadores variablesTambién llamados "Variacs", toman una línea de voltaje fijo (en la entrada) y proveen de voltaje de salida variableajustable, dentro de dos valores.

Fuentes y contribuyentes del artículo 10

Fuentes y contribuyentes del artículoFísica/Electromagnetismo/Historia del electromagnetismo/Desarrollo histórico de la electricidad  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?oldid=148168  Contribuyentes: 1 edicionesanónimas

Física/Electromagnetismo/Electroscopio  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?oldid=149416  Contribuyentes: Der Künstler, Migp, Taichi, Wutsje, 15 ediciones anónimas

Física/Electricidad y electrónica/Ley de Ohm  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?oldid=153096  Contribuyentes: Allforrous, Migp, NuclearWarfare, 2 ediciones anónimas

Física/Electricidad y electrónica/Condensadores  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?oldid=154899  Contribuyentes: Allforrous, AndresSepulveda, 6 ediciones anónimas

Física/Electricidad y electrónica/Intensidad de la corriente  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?oldid=129887  Contribuyentes: Cerverros, Dferg, 1 ediciones anónimas

Física/Electricidad y electrónica/Transformadores  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?oldid=157994  Contribuyentes: Allforrous, 1 ediciones anónimas

Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentes 11

Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentesImagen:Electroscope.png  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?title=Archivo:Electroscope.png  Licencia: Creative Commons Attribution-Sharealike 2.5  Contribuyentes: User:StwImagen:Electrosimp.png  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?title=Archivo:Electrosimp.png  Licencia: Creative Commons Attribution-Sharealike 2.5  Contribuyentes: Chanchocan,Pieter Kuiper, Tano4595, WstImagen:Grafica_de_electroscopio.PNG  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?title=Archivo:Grafica_de_electroscopio.PNG  Licencia: Creative Commons Attribution-Sharealike 2.5 Contribuyentes: Chanchocan, Mdd, Tano4595, WstImagen:Ohms law voltage source.svg  Fuente: http://es.wikibooks.org/w/index.php?title=Archivo:Ohms_law_voltage_source.svg  Licencia: desconocido  Contribuyentes: Kilom691, Ma-Lik,Omegatron

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