BLOQUE 3
- COMPRENDES LAS LEYES DE LA ELECTRICIDAD
INTRODUCCION
En este bloque se presentan los conceptos referentes a la electricidad, sus manifestacione, aplicaciones y caracteristicas.Una de las principales aplicaciones de la teoria electrica son los circuitos electricos, mismos que se estudian a partir de la ley de Ohm, en sus conexiones en serie, paralelo y mixto, en las cuales se pueden apreciar el comportamiento del voltaje y la corriente electrica.
ELECTRICIDAD: ELECTROSTATICA Y ELECTRODINAMICA
La electricidad se encuentra en todas las actividades de la vida cotidiana de cualquier persona.
Debido a que la electricidad es una forma de energía, esta se puede transformar de diferentes maneras.
La electricidad se origina por las cargas eléctricas, las cuales se pueden encontrar en reposo o en movimiento.
La electrostática es la rama de la física que estudia el comportamiento de la carga eléctrica o cantidad de electricidad presente en un cuerpo y los fenómenos asociados a las cargas eléctricas en reposo. La electrodinámica es la parte de la física que estudia los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento.
-Antecedentes históricos de la electricidad
Se dice que fue el filosofo griego Tales de Mileto el primero en estudiar los fenómenos electricos. Tales observo que al frotar una barra de ambar con un trozo de lana o cuero, aquella era capaz de atraer pequeños objetos como hojas o pajas y los griegos observaron que ciertas piedritas que conteian magenetita eran capaces de atraerse entre si y a pequeños objetos de hierro
Bejamin Franklin invento el pararrayos y el demostro que los rayos son cargas electroestaticas.
Luigi galvani estudio los efectos de la electricidad en los musculos de las ranas y le permitió estudiar el sistema neurológico
Volta invento la pila electrica
-Carga eléctrica e interaccion entre cargas
La carga electrica al igual que la masa, constituye una propiedad fundamental de la materia, existen 2 tipos de carga eléctrica: positiva y negativa y su unidad de medida en el sistema intenacional es el coulomb
Los electrones son particulas mucho mas ligeras que los protones y tienen carga electrica negativa. La magnitud de la carga de un proton es igual a la de un electron, cuyo valor es de 1.6x10-19 C, aunque de signo contrario.
La carga electrica se puede transferir de un cuerpo a otro; por lo general un cuerpo con exceso de carga positva cede electrones a otro, cargandolo negativamente.
Existen 2 formas de cargar eléctricamente un cuerpo: por contacto y por induccion
-Materiales conductores y aislantes
La corriente electrica puede fluir a traves de un cuerpo, sin embargo, todos los materiales tienen diferentes capacidades para permitir este flujo de corriente es decir, conductividad de aqui que se hable de conductores y aislantes.
Un material conductor permite el flujo de corriente a traves de el; es decir, la carga introducida fluye liberemente y se redistribuye, por lo general los materiales que son buenos conductores de calor son: cobre, el oro,la plata, el aluminio etc.
-Ley de coulomb
El fisico Charles A. Coulomb realizo una serie de experimentos utilizando una balanza de torsion, con la que percibio que entre dos cuerpos cargados electricamente se ejercia una fuerza, misma que podia ser de atraccion o de repulsion.
Donde q1 y q2 representan las cargas de cada uno de los cuerpos, r la distancia que los separa, k es la constante de proporcionalidad y tiene un valor igual a k=8.99 x 10 Nm/C
-Campo eléctrico
Las cargas eléctricas no necesitan de un medio material para ejercer su influencia sobre otras
En el caso de la carga eléctrica es posible describir su influencia sobre otras definiendo el campo eléctrico como la fuerza eléctrica por unidad de carga (positiva)
El campo electrico (E) que existe en un punto es la fuerza electroestatica experimentada por una carga electrica colocada en eses punto y dividida entre la misma:
El campo electrico es un vector cuya direccion y sentido son los de la fuerza que se aplica.
Por lo tanto el valor del campo electrico sobre una carga puntual sera:
Las líneas de campo eléctrico no siempre son rectas. Existen dos cargas puntuales separadas que tienen la misma magnitud y signos opuestos y las líneas de fuerza son curvas, las líneas de campo empiezan con una carga positiva y terminan en negativa
El campo puede representarse por las líneas de fuerza las que originalmente fueron propuestas por Michael Faraday. Las líneas están dirigidas hacia dentro lo que significa la fuerza de atracción como dice cutnell “las líneas de campo eléctrico siempre están dirigidas hacia afuera de las cargas positivas y hacia dentro de las negativas”
En la sigiente imagen se muestra como dos cargas que tienen la misma magnitud las lineas son curvas y el campo electrico en la region mas cercana son relativamente debiles
-Potencial eléctrico
Al trasladar una carga entre dos puntos A y B de un campo eléctrico, en sentido contrario a las líneas de fuerza y a velocidad constante, esta realizara un trabajo para contrarrestar la fuerza que recibe.
En el sistema internacional, la unidad del potencial eléctrico es el coulomb/joule o volt en honor del físico italiano volta
-Corriente eléctrica
Todo campo eléctrico ejerce una fuerza sobre los electrones libres de un conductor, provocando que estos se mueva a este flujo se le denomina corriente eléctrica.
En el sistema internacional, la corriente eléctrica se mide en coulomb/segundo, unidad que se denomina ampere en honor al físico francés André-Marie Ampere
-Resistencia eléctrica y ley de ohm
-Resistencia eléctrica y ley de ohm
La corriente eléctrica no fluye de la misma manera atravez de los materiales, algunos de ellos ofrecen cierta resistencia, en la corriente eléctrica la resistencia de un material depende de su resistividad, su longitud y su area de sección transversal
Potencia eléctrica y el efecto joule
La resistencia de un material se mide en ohms en honor al físico alemán georg simon ohm
La resistencia no solo depende de la resistividad del material sino de su forma.
http://www.youtube.com/watch?v=5zoqiRZNfcI Ley de OHM...!
http://www.youtube.com/watch?v=5zoqiRZNfcI Ley de OHM...!
-Circuitos eléctricos resistivos en serie, paralelo y mixto
Son representaciones graficas de elementos conectados entre si para formar una trayectoria por la cual circula una corriente eléctrica.
Se utilizan muchos tipos de fuentes de energía de las cuales las mas comunes son la batería o la pila
La representación grafica de las resistencias representadas en los circuitos será:
Consideraciones generales en cada una de las conexiones
http://www.youtube.com/watch?v=yYPJRPuwpHw Circuito en Serie y paralelo..!
CIRCUITO DE SERIE:
La corriente eléctrica en un circuito eléctrico en serie es la misma en todos sus elementos. El voltaje del circuito, el que proporciona la fuente de poder, será igual a la sumatoria de todos los voltajes individuales de los elementos que componen el circuito.
CIRCUITO EN PARALELO:
El voltaje en un circuito eléctrico en paralelos es el mismo en todos sus elementos. La resistencia equivalente en un circuito eléctrico en paralelo es igual al inverso de la suma algebraica de los inversos de las resistencias que lo integran
Potencia eléctrica y el efecto joule
La potencia eléctrica se mide en watts considerando que la energía eléctrica es el producto de la potencia por el tiempo.
Instrumentos eléctricos de medición
El voltaje y la corriente eléctrica pueden ser medidos con instrumentos denominados voltimeros y amperímetros, respectivamente. Se pueden encontrar tanto digitales como análogos, en los cuales el dispositivo principal de su funcionamiento es el galvanómetro.
Un amperímetro ideal debe tener una resistencia muy pequeña debido a que se conecta en serie con el circuito y es necesario que no afecte el valor de la medición.
BLOQUE 4
Relacionas la electricidad con el magnetismo
INTRODUCCION
En este boque se exponen los temas referentes al magnetismo y se vincula con la electricidad. Se muestran las características de los imanes, sus diferentes tipos y la importancia que tienen en la compresión de la fuerza magnetica
Se aborda la definición de campo magnetico, como calcular su intensidad y se definnen algunos tipos de campos magneticos.
MAGNETISMO
Los griegos identificaron que cierto tipo de piedra era capaz de atraer objetos. A pesar de esto, el magnetismocomo disiplina se desarrollo muchos siglos después con los experimentos de Ampere, Oersted, Faraday y Maxwell
El magnetismo representa un tópico de suma importancia en el estudio de la electricidad. Ambos fenómenos no pueden separarse.
Existe un par de zonas extremas o polos, donde la acción magnetica es mas intensa, a estos polos se les denomina: polo norte y polo sur.
Las líneas del campo magnetico no son paralelas en todos los puntos, si no que entre mas cerca se este de los polos, las líneas se vuelven casi perpendiculares a la superficie de la tierra y el angulo que se genera se le denomina angulo de inclinación.
Los imanes se comportan como cargas eléctricas en el sentido de que sus polos se atraen o repelen. Un imán solo ejerce fuerzas magnéticas sobre cierto tipo de materiales, en particular sobre el hierro
-Tipos de iman
Por su nasturalesa existen dos tipos de iman: naturales y artificiales. Los primeros son aquellos que son extraidos de la tierra, como la magnetica, los segundos son materiales que han sido imantados por frotación.
También se clasifican por duración convirtiéndose enpermanentes y temporales. Los permanentes son artificiales y los temporales pierden su magnetismo inmediatamente.
-Campo magnético
Alrededor de una carga eléctrica existe un campo eléctrico y de manera similar, alrededor de un iman existe un campo magnetico, el cual es un espacio que rodea a un iman y donde se manifiestan las fuerzas de atracción o repulsión que este ejerce, siendo el medio atravez del cual se propagan los efectos magneticos.
Las líneas del campo magnetico al igual que las líneas del campo eléctrico, nunca se intersectan, si fuese posible que las líneas del campo magnetico se intersectaran, entonces habría una fuerza asociada a cada una de las dos líneas del campo y la particula se movería en dos direcciones.
ELECTROMAGNETISMO
Hecht nos dice que las cargas eléctricas generan campos eléctricos de la misma manera que las cargas en movimiento generan campos magneticos.
El electromagnetismo inifica los fenómenos eléctricos y magneticos en una sola treoria, fundamentada en las ecuaciones de maxwell
-Campos magnéticos producidos por medio de una corriente eléctrica
CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO
EN UN CONDUCTOR RECTO
Al inducir una corriente eléctrica atravez de un conductor, las líneas de fuerza del campo magnetico resultante forman circunferencias concéntricas alrededor del mismo. El sentido del vector de la intensidad de campo B se puede indicar colocando los dedos de la mano derecha en forma de semicírculo, apuntando con el dedo pulgar hacia el sentido de dicha corriente.
CAMPO MAGNETICO PRODUCIDO POR UNA ESPIRAL
Se forma una espiral debido a una corriente, se aprecia que las lineas de la fuerza del campo se cierran en torno a cada proporcion de la espiral, de manera similar como ocurre en un iman recto con polos norte y sur.
-El solenoide
el seneloide es un conjunto de espirales iguales, paralelas, de determinada longitud y por las que se induce una corriente eléctrica, el espectro magnetico creado por el seneloide es parecido al iman de un recto.
-Inducción electromagnética
Sabemos que una corriente eléctrica genera un campo magnetico, si esta corriente es estable, también lo será el campo.
Se conoce como inducción electromagnética al fenómeno de generar una fem unducida a partir de un campo magnetico.
Apartir del movimiento de la carga eléctrica atravez del campo magnetico se genera una fem y para determinar su magnitud se debe considerar la intensidad del campo magnetico.
-Ley de faraday
El científico Michael faraday fue el primero en hacer descubierto la inducción electromagnética
El flujo magnético pasa a través de una bobina que tiene N numero de vueltas, por lo tanto la fem inducida de dicha bobina durante un intervalo de tiempo es N veces el cambio de flujo a través de cada vuelta dividido entre ese tiempo.
-Ley de Lenz
El descubrimiento echo por el físico ruso Heinrich Friedrich Emil Lenz se expresa en la ley: “La dirección de la fem inducida y por consiguiente el flujo de corriente, es tal que al campo magnético formado se opone al movimiento que lo produce.”
-El generador y motor eléctrico
El generador eléctrico es el dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. La mayor cantidad de energía eléctrica se genera apartir de generadores eléctricos.
Los generadores de corriente se clasifican según el método de excitación empleado. En los grandes alrernadores, el inducido esta fijo y el inductor es el que se mueve.
Los motores de corriene se clasifican en:
- de excitación independiente
- de excitación serie
- de derivación
de excitación compuesta
Hay otros motores como los motores de corriente alterna o el motor asíncrono.
-Inducción mutua y autoinducción
La inducción mutua es el fenómeno por el cual una corriente variable en un circuito induce una fem en otro
El fenómeno de la autoinducción consiste en una inducción de la propia corriente sobre si misma.
-Transformadores
Los fenómenos de la autoinducción y la inducción mutua constituyen el fundamento del transformador eléctrico, un dispositivo que sirve para aumentar o disminuir la tensión eléctrica, un transformador consta, en esencia, de dos bobinas arrolladas a un mismo nucleo de hierro
El los transformadores comerciales el rendimiento es muy elevado, lo que significa que se pierde poca energía en el proceso de transformación.
