ELECTRICIDAD

Electricidad: Es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas estáticas o en movimiento y por su interacción. Cuando una carga eléctrica se encuentra estática produce fuerzas eléctricas sobre las otras cargas situadas en la misma región del espacio; cuando esta en movimiento produce además efectos magnéticos. Los efectos eléctricos y magnéticos dependen de la posición y movimiento relativos de las partículas con carga . En lo que respecta a los fenómenos eléctricos, estas partículas pueden ser neutras, positivas o negativas.

Los primeros estudios sobre esta ciencia se iniciaron en Grecia (siglo VI a.C.) Los inicios comenzaron sobre la observación del ámbar, después de ser frotado eran capaces de atraer cuerpos pequeños como trozos de cabello. El filósofo Tales de Mileto fue uno de los pioneros en estudiar este fenómeno. Incluso la palabra electricidad deriva de electrón que se significa en griego ámbar.

CUERPOS ELECTRIZADOS

Todos los cuerpos están formados por átomos que contienen algunas partículas con carga eléctrica. La carga eléctrica es una propiedad esencial de las partículas elementales .Los electrones tienen carga negativa y los protones carga positiva, sin embargo los cuerpos normalmente son neutros porque sus cargas eléctricas positivas y negativas se encuentran equilibradas, se debe a que la cantidad de protones y electrones están con igual numero.

Cuerpos electrizados: (se estableció al electrón como la partícula fundamental que porta carga eléctrica)

Superávit: un cuerpo al tener superávit de electrones se encuentra cargado eléctricamente negativo

Déficit: un cuerpo al tener déficit de electrones se encuentra cargado eléctricamente positivo.

LEY DE INTERACCION DE LAS CARGAS

Entre dos cargas pueden existir dos tipos de fuerzas: (el físico estadounidense Benjamín Franklin postuló esto)

Fuerza de atracción: cuando las cargas son opuestas

Fuerza de repulsión: cuando las cargas son de igual signo

Una carga eléctrica se mide en coulomb (c) que corresponde a la carga total de 6,25 x 10 ¹8 electrones

PROCEDIMIENTOS DE ELECTRIZACION

a) contacto: Se puede cargar un cuerpo neutro con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva.

Esto se debe a que habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea en mayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción y manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

b) inducción: La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo.

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro.

Como resultado de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro.

En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente.

Se dice que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

El diagrama de abajo muestra el procedimiento para electrificar un cuerpo por inducción. Es importante tener en cuenta que la carga obtenida por este método es de signo opuesto a la carga del inductor.

c) roce: Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Si se frota una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda. Si se frota un lápiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño.

D) polarizacion: consiste en un reordenamiento de las cargas eléctricas al interior de un cuerpo.

Electricidad estática o electroestática: Esta corriente aparece principalmente por el efecto de la fricción entre dos cuerpos. Este efecto se da, por ejemplo, cuando se camina sobre una alfombra, cuando una persona se peina, el roce entre el peine y el cabello causa que un cuerpo pierda y el otro gane electrones, etc.

Cuando hay contacto entre dos cuerpos hay electrones de un cuerpo que pasan al otro, de manera que un cuerpo queda con más electrones y en consecuencia más negativo y otro con menos electrones (los electrones que acaba de perder) y en consecuencia más positivo. Como no existe un camino para que los electrones regresen al cuerpo original, este desbalance se mantiene.

LEY DE COULOMB

La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Q = carga eléctrica , Coulomb ( c ) , stats (stc)

D = distancia , metro , cm

F= Newton , Newton (N) , demo (dyn)

K= constante , 9 x 10 elevado a 9 N m²/ c²

Derivadas de la ley :

q 2 = F x d² q 1 = F x d² d² = K x q1 x q2

K x q1 K x q 2 F

Se tienen dos cargas q 1 y q 2 a una distancia d que se repelen con una fuerza F

¿Qué sucede con la fuerza en el S.I?

a)si duplicamos q1 , mantenemos constante q2 y duplicamos la distancia d entre ellas . R=La fuerza disminuye a la mitad

1 q1 -> 1d->1 q2 F= K x 2q x 1q = 2 / 4 = 1 /2

2 q1->2d-> 1q2 4 d ²

b)disminuimos a la mitad la primera y segunda carga y la d R=queda igual

1 q 2 -> 1d -> 1 q2 F = k x 1 q 1 x 1q2

2 2 2 2 = ½ / ½ = 1

1 d²
2

C ) disminuimos en ¼ la primera carga , duplicamos la segunda y duplicamos la d de separación . R= disminuye en 1 /8

1 q1 -> 2 d -> 2 q2 F = 1q1 x 1 q2
4 4 = ½ / 4 = 1/8
2d²

CORRIENTE ELECTRICA

Cuando las cargas electricas se mueven en la misma direccion se genera la corriente eléctrica . La corriente eléctrica es la que permite el funcionamiento de los artefactos electrodomésticos .

Electrodinámica: estudio del movimiento de las cargas

Amperímetro: mide la intensidad eléctrica

Una corriente eléctrica corresponde al movimiento de cargas eléctricas de un punto a otro a trabes de un conductor:

Conductor: material que permite el movimiento de electrones, permite que fluya energía . Aquí la vibración de los átomos es mínima por lo que los electrones pueden circular libremente,

Aislante: material que impide el movimiento de electrones, Aquí la vibración es muy grande por lo que dificulta o impide el flujo de electrones.

Si queremos medir o contar la cantidad de carga de una corriente, entonces consideramos la Intensidad de corriente eléctrica, que corresponde a la cantidad de carga que pasa por una sección transversal de un conductos por una unidad de tiempo.

I = Q 1 A = 1 c / 1 s
t

Donde Q es carga eléctrica en coulomb y t es tiempo expresado en segundos. La intensidad se mide en Ampere (A) Algunos submúltiplos de esta unidad como el miliampere (1mA = 10 -³ A) y micro ampere (1 DA= 10 –elevado a 6 A)

Corriente continua: es cuando la circulación de electrones circula en un solo sentido

Corriente alterna: es cuando la circulación de electrones circula en sentidos variantes.

VOLTAJE

El voltaje se puede entender como la capacidad de una carga eléctrica para moverse en presencia de una fuerza eléctrica se dice que el voltaje es energía por unidad de carga.

También se le denomina diferencia de potencial eléctrico , tensión , la unidad de medida es el Vol. (v) Una diferencia de potencial de 1 Vol. significa que para mover una carga de 1 coulomb entre dos puntos se necesita un joule de energía .

Generación de voltaje:

En un circuito eléctrico el voltaje puede ser generado por una pila o batería .las pilas basan su funcionamiento mediante reacciones químicas que separan cargas eléctricas ubicándolas en puntos distintos de manera que entre los polos se produzca una diferencia de potencial.

Batería = 12v, batería pila = 9 v, pila ordinaria = 1 ,5 v

La corriente eléctrica se produce por que los electrones circulan del polo negativo al positivo.

Voltaje de electrodomésticos:

El voltaje efectivo corresponde a 220 v, la corriente que circula por la red domiciliaría es alterna, Esto significa que la magnitud del voltaje va cambiando en forma periódica con una frecuencia de 50 Hz

Voltímetro: permite medir la diferencia de potencial.

Ohmmetro: permite medir la resistencia en forma directa

Testar: unión de los tres instrumentos

RESISTENCIA ELECTRICA

Cada material presenta una oposición o resistencia al flujo de carga eléctrica característico que depende de su estructura atómica y de su temperatura.

A nivel atómico la resistencia se define como la vibración constante de los átomos que forman la materia.

R = l x L
S

La resistencia es directamente proporcional a la L e inversamente proporcional a la sección.

La unidad de medida es el OHM y se simboliza con la letra griega Ω. Dependiendo de su resistividad se divide en aislante y conductor.

Formulas derivadas de R = l x L
S
L = l x S l = R x S S = l x L
R L R

La resistencia eléctrica de un material tambien depende de su temperatura . En u conductor a mayor temperatura la resistencia aumenta . Esto se debe a que los átomos aumentan su vibración impidiendo la circulación de electrones .Sin embargo en los materiales aislantes t semiconductores un aumento de temperatura disminuye el nivel de resistencia eléctrica. Además existen materiales llamados semiconductores que a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto (aproximadamente -270º C) presentan resistencia nula.

Todos los componentes eléctricos y electrónicos que se conectan en un circuito presentan resistencia al paso de la corriente. También existen componentes eléctricos llamados resistencias que se incluyen en os circuitos para dificultar el paso de la corriente, ya sea para proteger los demás componentes del circuito al disminuir la intensidad de la corriente que circula o para producir calor en lamisca resistencia, por ejemplo en aparatos eléctricos como estufas, calefactores y hervidores

LEY DE OHM

En un conductor metálico a temperatura constante, el valor de la asistencia es constante sea cual sea la intensidad de corriente que lo atraviesa y la diferencia de potencial que existe en sus extremos.

Circuito en serie: Si los elementos de un circuito se conectan de modo que quede uno a continuación de otro se habla de conexión en serie

Circuito en paralelo: si los elementos de un circuito se conectan de tal forma que todos tengan sus extremos sometidos al mismo voltaje y la corriente se distribuye a los distintos elementos del circuito se habla de conexión paralela.

Instalación eléctrica domiciliaria:

A) medidor de energía eléctrica: artefacto que mide el consumo de energía eléctrica. generalmente funcionan a base de un disco que gira con una rapidez que aumenta mientras mas grande es el consumo de energía .Existen digitales

B) enchufes: entre los orificios de los extremos de un enchufe existe una diferencia de potencial de 220 v necesarios para el funcionamiento de los artefactos que en ellos se conectan

.

A) cables : se función es trasportar la corriente eléctrica para el funcionamiento de los artefactos , Las secciones transversales de los cables típicos usados en las instalaciones domiciliarias son de 1,5 x 2 mm²

B) interruptor automático: Funciona como un dispositivo de seguridad activándose cuando por el circulan mas de 10 A también hay algunos que permiten la circulación de 15 A u otros valores. EL tiempo de reacción frente a un alza de corriente es del orden de los milisegundos

C) interruptores: el interruptor es un elemento que permite abrir y cerrar el circuito, cortando o permitiendo el paso de corriente. Habitualmente están formados por una caja cerrada en cuyo interior están los bornes metálicos que reciben terminales de los cables conductores, lo mas común es que se fijen en la pared ñaque algunos de ellos se intercalan en un cable.

Cable a tierra:

Pensemos que un artefacto electrodoméstico de carcasa metálica al ser enchufado con un voltaje de 220 v circulan 5 A Si por alguna falla, un cable interno toca la carcasa metálica esta tendría un voltaje de 220 v y seguiría funcionando normalmente pero sin una persona toca el artefacto estaría cerrando el circuito con el cuerpo y circularía por el una gran cantidad de corriente eléctrica que podría causarle la muerte.

EN RESUMEN

La carga eléctrica es una característica de la materia y puede ser positiva o negativa. Las cargas eléctricas interactúan entre si manifestándose la fuerza eléctrica: cargas de igual signo se repelen de distinto signo se atraen.

La corriente electrica se produce cuando existe una diferencia de potencial (voltaje) entre dos puntos unidos por algún material conductor. Lo que genera un flujo de carga eléctrica. La intensidad de corriente se mide en amperes. La resistencia eléctrica es la oposición que presentan los materiales a la circulación de corriente eléctrica.

La resistencia eléctrica se relaciona con la vibración de los átomos constituyentes de la materia que dificulta la circulación de electrones al chocar con ellos. Además los conductores la resistencia depende de la forma (longitud y sección transversal) y de la temperatura. La ley de ohm explica la relación matemática que hay entre el voltaje, resistencia eléctrica y corriente que circula en un conductor.

En los circuitos eléctricos las conexiones pueden ser de varias formas siendo las básicas: paralelas y en serie. Los circuitos domiciliarios son en paralelo.

POTENCIA ELECTRICA

Es la rapidez con que se transforma un tipo de energía, en un determinado intervalo de tiempo.

P = E

T

La potencia eléctrica se mide en watt que corresponde a la transformación de un joule de energía en un segundo.

GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA

La energía eléctrica se obtiene en las centrales que utilizan distintos tipos de energía para funcionar. Las más comunes son las centrales hidroeléctricas, que funcionan con energía hidráulica y las centrales termoeléctricas, que funcionan con energía térmica.

Centrales hidroeléctricas:

Las centrales hidroeléctricas utilizan energía hidráulica (energía de la caída o el movimiento de un curso de agua) para mover las turbinas. En nuestro país, específicamente en el sistema interconectado central (SIC) de todas las turbinas que generan energía eléctrica, el 56% de ellas se mueve gracias a la acción de la caída de agua y se llaman centrales de embalse. Hay otras centrales que aprovechan la energía de un curso de agua, como un rió y se llaman centrales pasadas.

Centrales termoeléctricas:

El movimiento de las turbinas se produce por la fuerza del vapor de agua. Para calentar el agua que produce el vapor se utilizan distintos combustibles como el gas natural, diesel o carbón. La energía química de estos materiales se transforma en energía calórica que permite hervir el agua generando vapor a presión. Este vapor adquiere energía mecánica moviendo la turbina al chocar con sus aspas.

En nuestro país , el 43 % de las turbinas se mueve gracias al vapor . Los combustibles utilizados por las centrales termoeléctricas de nuestro país son : licor negro , desechos forestales , gas natural , diesel y carbón .

Otras formas de generación eléctrica :

a) generación eólica : es la energía provocada por el viento , es posible mover aspas que se conectan a un eje de un generador , transformando esa energía en eléctrica.

b) Generación fotovoltaica : se trata de energía solar . para ellos se dispone de celdas fotovoltaicas que capturan energía solar y la transforman en energía eléctrica .

Todos los artefactos eléctricos que tenemos en nuestra casa tienen una potencia eléctrica que les permite transformar cierta cantidad de energía en un periodo de tiempo .

E= P x t

Se obtiene a través de Kwh. y horas se expresa en watt.

LEY DE JOULE

Esta ley sirve para saber cuanta corriente eléctrica circula cuando encendemos un artefacto eléctrico .

P = V x I

P= R x I²

P = v² / R

MAGNETISMO

Los primeros estudios sobre el magnetismo se acercan a grecia año 800 A.C los antiguos griegos observaron que ciertas piedras atraian trozos de hierro. A estas piedras se le denominaron magnetitas . Los imanes naturales estan formados de este material que es un oxido de hierro .

En un atomo , los electrones orbitan alrededor del núcleo y como tienen carga electrica este movimiento produce lo que se denomina un momento magnetico , cuyo símbolo es µ .

Ademas los electrones tienen una caracteristica denominada espin , que genera otro momento magnetico .

Los imanes naturales son materiales en los que se manifiestan espontáneamente las propiedades magneticas , estan conformados normalmente por oxido de hierro que corresponden a lo que los antiguos griegos llamaron magnetitas , un iman tiene dos polos un polo norte magnetico y un polo sur magnetico .

CAMPO MAGNETICO

Un iman genera a su alrededor un campo magnetico que es el espacio perturbado por la presencia de un iman . El campo magnetico se representa por lineas de fuerza que van desde el polo norte al polo sur . La magnitud es maxima en los polos y disminuye al alejarse de ellos y del iman .