Historia de la Electricidad Los científicos han estudiado la electricidad durante siglos, pero no fue hasta finales del siglo si glo XIX que la electricidad se empezó a usar de forma práctica y a estudiarse formalmente. Los principios de la electricidad se empezaron a comprender gradualmente. En unio de !"#$, %enamín &ran'lin hizo un e(perimento con un papalote en una noche de tormenta y descu)rió que los relámpagos eran electricidad* +l esta)a tratando de inestigar si los relámpagos se considera)an un fenómeno el+ctrico. En !-$, Hans /hristian 0rsted descu)rió que la corriente el+ctrica crea un campo magn+tico. /on este descu)rimiento los científicos pudieran relacionar el magnetismo a los fenómenos el+ctricos. En !-"1, 2homas Edison inentó el foco foco el+ctrico. 3l perfeccionó un inento similar similar pero más antiguo utilizando electricidad de )aa corriente, el acío dentro de un glo)o y un filamento peque4o y car)onizado y produo una fuente de energía duradera y confia)le. En ese momento, la idea del relámpago el+ctrico no era nuea, pero no e(istía nada que fuera lo suficientemente práctico para poderse utilizar dom+sticamente. Edison no sólo inentó una luz el+ctrica incandescente, sino un sistema de iluminación el+ctrico que contenía todos los elementos para hacer que la luz incandescente fuera segura, económica y práctica. 5ntes de !-"1, la electricidad por corriente directa 67/8 solamente se utiliza)a para iluminar áreas e(teriores. Inicio de la industria el+ctrica Lo que hoy conocemos como la industria el+ctrica moderna comenzó en !--. Esta industria surge a partir de la eolución de los sistemas de iluminación e(teriores e (teriores y de los sistemas el+ctricos de gas y de car)ón comerciales. El 9 de :eptiem)re de !--$, Edison encendió el primer sistema de distri)ución de energía el+ctrica en el mundo, este p roporciona)a !! !! oltios de corriente directa 67/8 a cincuenta y nuee clientes, y así fue como la primera estación comercial de energía comenzó a funcionar. La estación se localiza)a en la calle ;earl, en la parte )aa de
eneradora de Electricidad 2homas Edison en la /alle ;earl= . La estación conta)a con los cuatro elementos necesarios para e l funcionamiento de un sistema moderno de utilidad el+ctrica? @ 7istri)ución eficaz @ ;recio competitio @ >eneración central confia)le @ Atilización final e(itosa
7emostración 5 finales del siglo XIX, Bi'ola 2esla 2esla empezó a tra)aar con la generación, uso y transmisión de electricidad de corriente alterna 65/8, la cual puede transmitirse a distancias mucho mayores que la corriente directa 67/8. 2esla, con la ayuda de Cestinghouse, introduo la iluminación interior a nuestros hogares y a las industrias.
7emostraciones En !--!, Lucien Lucien >aulard >aulard de &rancia y Dohn >i))s de Inglaterra Inglaterra hicieron una demostraci demostración ón de un transformador de energía en Londres. >eorge Cestinghouse se interesó en el transformador y comenzó a e(perimentar con redes de corriente alterna, 5/, en ;itts)urgh. 3l tra)aó en refinar el dise4o del transformador y en construir una red práctica de energía de corriente alterna 65/8. Cestin Cestingho ghouse use utilizó utilizó el trans transfor formad mador or para para resole resolerr el pro)le pro)lema ma de eniar eniar la electr electrici icidad dad a distancias más largas. Esta inención hizo posi)le proporcionar electricidad a negocios y hogares que se encontra)an leos de las plantas generadoras. En !--, Cestinghouse y Cilliam :tanley instalaron el primer sist sistem ema a de ener energí gía a de corr corrie ient nte e alte altern rna a 65/8 65/8 de olt oltae ae mFlt mFltip iple le en >rea >reatt %arr %arring ingto ton, n, eorg :imón 0hm 6!"-"!-#98 Este físico alemán, conocido principalmente por su inestigación so)re las corrientes el+ctricas, nació en Erlangen, en cuya uniersidad estudió. &ue ;rofesor de matemáticas y física en una escuela militar de %erlín y director del Instituto ;olit+cnico de Burem)erg y, despu+s de sufrir muchas críticas en su país, mientras su fama se e(tendía fuera de 5lemania, fue, en !-91, nom)rado catedrático de física e(perimental en la Aniersidad de
Catt inentó el moimiento paralelo para conertir el moimiento circular a un moimiento casi rectilíneo, del cual esta)a muy orgulloso, y el medidor de presión para medir la presión del apor en el cilindro a lo largo de todo el ciclo de tra)ao de la máquina, mostrando así su eficiencia y ayudándolo a perfeccionarla. Catt ayudó so)remanera al desarrollo de la máquina de apor , conirti+ndola, de un proyecto tecnológico, a una forma ia)le y económica de producir energía. Catt descu)rió que la máquina de BeOcomen esta)a gastando casi tres cuartos de la energía del apor en calentar el pistón y el cilindro. Catt desarrolló una cámara de condensación separada que incrementó significatiamente la eficiencia. Hasta el momento, ese fue uno de los meores desarrollos de la historia. Catt se opuso al uso de apor a alta presión, y hay quien le acusa de ha)er ralentizado el desarrollo de la máquina de apor por otros ingenieros, hasta que sus patentes e(piraron en el a4o !-. Dunto a su socio
Estufa salamandra
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;ararrayos
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5rmónica de cristal
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Lente )ifocal
Estufa salamandra La estufa salamandra es una estufa inentada en !"9$ por %enamin &ran'lin que fue el primer sistema de calefacción moderna no integrado en la construcción. ;ararrayos An pararrayos es un instrumento cuyo o)etio es atraer un rayo ionizado del aire para conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause da4os a las personas o construcciones. &ue inentado en !"#$ por %enamín &ran'lin. El primer modelo se conoce como Qpararrayos &ran'lin 5rmónica de cristal En la Europa occidental de finales del siglo XRIII un instrumento hacía furor en los salones. :e dio que sus frecuencias llega)an incluso a alterar los nerios, a algunos int+rpretes se les agria)a el carácter y la supuesta locura que genera)a lleó a algunas ciudades alemanas a prohi)ir su uso. Este instrumento, que surgió de la mente del polifac+tico y sorprendente %enamin &ran'lin, es la armónica de cristal. ;recursores de los descu)rimientos de &araday.
>lo)o Daula de &araday lo)o An glo)o es un recipiente de material fle(i)le relleno generalmente de aire o helio, a menudo usado como uguete para los ni4os. 2am)i+n siren de decoración en cumplea4os y otras cele)raciones Daula de &araday :e conoce como aula de &araday el efecto por el cual el campo electromagn+tico en el interior de un conductor en equili)rio es nulo, anulando el efecto de los campos e(ternos enerador Homopolar es un generador el+ctrico de corriente continua que consta de un disco conductor que gira en un plano perpendicular a un campo magn+tico estático y uniforme Electrólisis La electrólisis o electrolisis es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. En ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el cátodo y la li)eración de electrones por los aniones en el ánodo ;recursores de los descu)rimientos de tales de mileto El alma del magnetismo 5 2ales de
/oncepto de electricidad La electricidad 6del griego electrón, cuyo significado es ám)ar8 es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas el+ctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, t+rmicos, luminosos y químicos, entre otros.S!T S$T SGT S9T :e puede o)serar de forma natural en fenómenos atmosf+ricos, por eemplo los rayos, que son descargas el+ctricas producidas por la transferencia de energía entre la ionosfera y la superficie terrestre, 6proceso compleo del que los rayos solo forman una parte8. 0tros mecanismos el+ctricos naturales los podemos encontrar en procesos )iológicos, como el funcionamiento del sistema nerioso. Es la )ase del funcionamiento de muchas
máquinas, desde peque4os electrodom+sticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta elocidad, y asimismo de todos los dispositios electrónicos.S#T 5demás es esencial para la producción de sustancias químicas como el aluminio y el cloro. &ormas de producir electricidad ;or reacción química La reacción química entre dos metales genera energía. Ano de los procesos para producir energía es mediante la reacción química entre dos metales en un medio ácido o alcalino. An dispositio capaz de producir electricidad a tra+s de la reacción química es la pila. ;or magnetismo Los conductores generan en ellos mismos una corriente al moerse en un campo magn+tico. Ano de los procesos para producir energía es mediante el moimiento de un imán frente a un )o)inado de co)re, o )ien por el moimiento de un )o)inado frente a un campo magn+tico. Ana máquina destinada a transformar la energía mecánica en el+ctrica es el dinamo. 7a lugar a una corriente unidireccional y está )asada en la propiedad enunciada precedentemente. ;0 &I//IUB Ana carga el+ctrica se produce cuando se frotan uno con otro dos pedazos de ciertos materiales* por eemplo, se da y una arilla de idrio, o cuando se peina el ca)ello. Estas cargas reci)en el nom)re de electricidad estática, la cual se produce cuando un material transfiere sus electrones a otro. ;ero una teoría dice que en la superficie se un material e(isten muchos átomos que no pueden com)inarse con otros en la misma forma en que lo hacen, cuando están dentro del material* por lo tanto, los átomos superficiales contienen algunos electrones li)res, esta es la razón por la cual os aisladores, por eemplo idrio, caucho, pueden producir cargas de electricidad estática. La energía calorífica producida por la fricción del frotamiento se imparte a los átomos superficiales que entonces li)eran los electrones, a esto se le conoce como efecto tri)oel+ctrico. ;or presión o golpe El choque de dos elementos genera energía. Ano de los procesos para producir energía es mediante la presión o golpe entre dos elementos. :i raspamos un metal contra un o)eto saltan chispas o sea? hay una manifestación de energía. :i golpeamos un clao tam)i+n ocurre lo mismo. ;or temperatura La unión de dos elementos por soldadura o remache proporciona electricidad al calentarse. An modo de o)tener energía es mediante la producción de calor. :i calentamos la unión de dos metales remachados, soldados o atornillados los e(tremos li)res manifestaran carga el+ctrica. Estos metales distintos soldados se conocen con el nom)re de termocupla y siren para las álulas de seguridad de estufas, cocinas y calefones a gas. ;or luz o iluminación
La incidencia de luz genera energía. An modo de o)tener energía es mediante la aplicación de luz en una c+lula fotoel+ctrica. /0IEB2E 7IE/25 0 /0B2IBA5 La corriente directa 6/78 o corriente continua 6//8 es aquella cuyas cargas el+ctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito el+ctrico cerrado, moi+ndose del polo negatio hacia el polo positio de una fuente de fuerza electromotriz 6&E<8, tal como ocurre en las )aterías, las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese tipo de corriente el+ctrica El moimiento de las cargas el+ctricas se asemea al de las mol+culas de un líquido, cuando al ser impulsadas por una )om)a circulan a tra+s de la tu)ería de un circuito hidráulico cerrado. &0<5 EB L5 VAE :E >EBE5
Las pilas responden a un efecto de tipo químico. El funcionamiento resumido de una pila el+ctrica es el siguiente? tomamos dos )arras de elementos químicos diferentes, como, por eemplo, el car)ón y el zinc, y los sumergimos en una solución de agua y ácido sulfFrico. 7ado que el ácido ataca al zinc de una forma más rápida de como lo hace con el car)ón, se origina entre estos dos materiales una diferencia de potencial. 7icho montae constituye la )ase de una pila el+ctrica. Las dos )arras que se utilizan se denominan electrodos, mientras que la solución acuosa en la que estos se sumergen reci)e el nom)re de electrolito. /0IEB2E 5L2EB5 6/.5.8, La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negatio y el otro positio, mientras que en el instante siguiente las polaridades se inierten tantas eces como ciclos por segundo o hertz posea esa corriente. Bo o)stante, aunque se produzca un constante cam)io de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negatio al positio, tal como ocurre en las fuentes de &E< que suministran corriente directa Fuerza Eléctrica.
Entre dos o más cargas aparece una fuerza denominada fuerza el+ctrica cuyo módulo depende del alor de las cargas y de la distancia que las separa, mientras que su signo depende del signo de cada carga. Las cargas del mismo signo se repelen entre sí, mientras que las de distinto signo se atraen. Ley de /oulom). La Ley de /oulom) dice que =la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inersamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario=. W es la constante el+ctrica del medio 6en el acío ale W N 1 ! 1 B m$ Y/$ 8. /uando las dos cargas tienen igual signo, la fuerza es positia e indica repulsión. :i am)as cargas poseen signos opuestos, la fuerza es negatia y denota atracción. Anidades de medición de fuerza el+ctrica.
Roltio 6R, unidad de potencial el+ctrico y fuerza electromotriz8 El oltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio utiliza un atio de potencia? 0hmio 6Z, unidad de resistencia el+ctrica8 An ohmio es la resistencia el+ctrica que e(iste entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de ! oltio aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad ! amperio, cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor? :iemens 6:, unidad de conductancia el+ctrica8 An siemens es la conductancia el+ctrica que e(iste entre dos puntos de un conductor que tiene un ohmio de resistencia? &aradio 6&, unidad de capacidad el+ctrica8 An faradio es la capacidad de un condensador entre cuyas armaduras aparece una diferencia de potencial el+ctrico de ! oltio cuando está cargado de una cantidad de electricidad igual a un culom)io? 2esla 62, unidad de densidad de fluo magn+tico e inductiidad magn+tica8 An tesla es una inducción magn+tica uniforme que, repartida normalmente so)re una superficie de un metro cuadrado, produce a tra+s de esta superficie un fluo magn+tico total de un Oe)er? Ce)er 6C), unidad de fluo magn+tico8 An Oe)er es el fluo magn+tico que, al atraesar un circuito de una sola espira, produce en la misma una fuerza electromotriz de ! oltio si se anula dicho fluo en ! segundo por decrecimiento uniforme? Henrio 6H, unidad de inductancia8 An henrio es la inductancia de un circuito en el que una corriente que aría a razón de un amperio por segundo da como resultado una fuerza electromotriz autoinducida de un oltio?
física. por eemplo una fuerza de determinado alor puede estar aplicada so)re un cuerpo en diferentes sentidos y direcciones. tenemos entonces las magnitudes ectoriales que, como su nom)re lo indica, se representan mediante ectores, es decir que además de un módulo 6o alor a)soluto8 tienen una dirección y un sentido. eemplos de magnitudes ectoriales son la elocidad y la fuerza.
&uerza el+ctrica con la fuerza de graedad La graedad es una fuerza que se produce entre todos los cuerpos con masa, a mayor masa mayor atracción 6no hay repulsión, sólo atracción8.
BeOton Y /oulom)
La letra con la que se representa el campo el+ctrico es la E.
5l e(istir una carga sa)emos que hay un campo el+ctrico entrante o saliente de la misma, pero +ste es compro)a)le Fnicamente al incluir una segunda carga 6denominada carga de prue)a8 y medir la e(istencia de una fuerza so)re esta segunda carga.
5lgunas características
En el interior de un conductor el campo el+ctrico es .
En un conductor con cargas el+ctricas, las mismas se encuentran en la superficie.
unidad de medición del campo el+ctrico
6las líneas del campo el+ctrico son casi paralelas entre sí. En esta región podemos tomar un área peque4a que está orientada perpendicular a las líneas casi paralelas del campo. La densidad de las líneas es proporcional a la intensidad del campo y +ste decrece en función de !Yr. ;or lo tanto, la relación entre la intensidad del campo y la densidad de las líneas de campo el+ctrico es automática si +stas ni se crean ni se destruyen en regiones en las que no haya cargas. La densidad de las líneas, que determina la magnitud del campo el+ctrico, es una densidad por unidades de área.8
&luo el+ctrico El concepto de fluo el+ctrico es de utilidad en la asociación con la ley de >auss. El fluo el+ctrico a tra+s de un área plana se define como el campo el+ctrico multiplicado por la componente del área perpendicular al campo. :i el área no es plana, entonces la ealuación del fluo requiere generalmente una integral de área puesto que el ángulo estará cam)iando continuamente. &luo El+ctrico. La ley de >auss es una ley general, que se aplica a cualquier superficie cerrada. Es una herramienta importante puesto que nos permita la ealuación de la cantidad de carga encerrada, por medio de una cartografía del campo so)re una superficie e(terior a la distri)ución de las cargas. ;ara geometrías con suficiente simetría, se simplifica el cálculo del campo el+ctrico.
;otencial El+ctrico El potencial el+ctrico en un punto es el tra)ao que de)e realizar una fuerza el+ctrica para moer una carga positia q desde la referencia hasta ese punto, diidido por unidad de carga de prue)a.
La unidad del :istema Internacional es el oltio 6R8. En el marco de un circuito el+ctrico, el potencial el+ctrico e(istente en un punto reflea la energía que tienen las unidades de carga al pasar por el punto en cuestión. /uando la unidad de carga a recorriendo el circuito a la manera de corriente el+ctrica, pierde e nergía mientras pasa por los distintos componentes. 7icha p+rdida de energía tendrá diferentes manifestaciones a tra+s de tra)aos como la iluminación que aparece en una lámpara o el moimiento que se logra en un motor, por citar dos posi)ilidades.
7iferencia de potencial el+ctrico :i se tiene una carga de prue)a positia 6a la que denominaremos q su) cero8 con un campo el+ctrico, y la misma se muee desde un punto 5, a un punto %, manteniendo sin e(cepción el equili)rio, entonces el tra)ao que tiene que realizar el agente que traslada la carga se de)e medir con la fórmula, la cual se denomina diferencia de potencial el+ctrico. :egFn el :istema Internacional de Anidades 6:I8, la diferencia de potencial el+ctrico se de)e representar con Doule Y /oulom), lo cual equiale a ! oltio. La energía que se adquiere para un electrón que se traslada a lo largo de una diferencia de potencial el+ctrico de ! oltio se denomina electronoltio 6eR8. /uando se uelen necesarias unidades más grandes de energía es posi)le aproechar el 'ilo electronoltio, el mega electronoltio o el giga electronoltio. Anidades de
Vue es la corriente El+ctrica] P
La corriente el+ctrica consiste simplemente en el moimiento de los electrones y los efectos que este moimiento produce en un conductor, en el aire o en el entorno.
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El electrón es una partícula ligera presente en los átomos y que transporta la unidad de carga.
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An átomo que tenga más electrones girando que protones en el nFcleo, tendrá carga negatia. La acumulación de átomos con carga del mismo tipo hace que esa materia est+ cargada y que en sus pro(imidades ocurran fenómenos electrostáticos 6como en la pantalla de la 2R8.
P
Los electrones más aleados del nFcleo pueden desligarse del mismo y circular entre los átomos del cuerpo, como sucede en los metales, dando lu gar a la corriente el+ctrica.
/ómo se miden las cargas el+ctricas :a)emos que la unidad )ásica o elemental de carga el+ctrica es la cantidad de carga negatia que posee un electrón, pero esta carga es enormemente peque4a, por lo que en todas las aplicaciones prácticas se utiliza una unidad más cómoda. En la medición de la carga el+ctrica, la unidad que se emplea es el culom)io. An culom)io es igual a? .$..... de electrones apro(imadamente, es decir, .$ trillones, y esto puede darnos una idea de lo peque4ísimo que es un electrón.
Intensidad de corriente el+ctrica. La corriente el+ctrica, está producida por un gran nFmero de electrones que se mueen en el mismo sentido a tra+s de un material conductor. La unidad con que se mide la intensidad de la corriente el+ctrica es el amperio. ecordemos que, mientras un culom)io es una medida de cantidad y representa solo el nFmero de electrones que pasan por el conductor, un amperio es una medida de intensidad, o sea cantidad de electrones que pasa por un conductor en un tiempo determinado 6caudal de electrones8.
MAGNETISMO.
\Vu+ es el magnetismo] El magnetismo se define como el fenómeno físico por medio del cual ciertos materiales tienen la capacidad de atraer o repeler a otros materiales, )asándose su origen en el moimiento de partículas cargadas el magnetismo forma parte de la fuerza electromagn+tica siendo una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. \;ara qu+ sire el magnetismo] El magnetismo es algo natural en nuestro planeta. 7e)ido a este es como tenemos los polos, que guían las estaciones, la rotación y el )loqueo del iento solar. Las estaciones tienen que er con el magnetismo en la manera de que sin el, la tierra estaría todo el tiempo entre temperaturas erano e inierno. >racias al magnetismo terrestre es que tenemos primaera y oto4o. 5lgunas personas se confunden al pensar que las cuatro estaciones se de)en al moimiento de translación de la tierra. ;ero eso no es así, pues los rayos del sol que afectan a nuestra capa de ozono tam)i+n tienen a desiarse y lo hacen de una manera que los polos dirigen el iento solar 6para iento solar me refiero a las fuertes ráfagas de radiación que al llegar a los polos se conierten en auroras8 hacia ellos, proocando las auroras, que despu+s se conierten en neutrinos y polo. 2odo lo anterior se resume a un cam)io en las temperaturas de algunas de las más importantes corrientes de aire que rodean la parte alta de la atmosfera. /uando el iento solar se dirige a los polos, esto impide que se disperse de manera uniforme a en la tierra, eitándose tam)i+n un planeta desierto y sin ida. 2am)i+n podemos mencionar acerca del magnetismo de la tierra es su particular función con respecto a las migraciones de las aes paserinas. ^ aunque el acercamiento de la luna tiene que
er tam)i+n con estas interacciones, la mayor parte del cr+dito lo reci)e el magnetismo para dirigir millones de paradas todos los a4os a )uscar refugio y alimento de polo a polo. El magnetismo como herramienta de todos los días, se usa mucho en las grandes plantas hidroel+ctricas para hacer girar las tur)inas que en turno generan la energía el+ctrica que nosotros consumimos. >randes imanes son utilizados tam)i+n para el leantamiento de escom)ros de los deshuesadoras de carros, en donde se recicla el hierro para hacer mas herramientas. 0tra gran e(tensión es dentro de la mecánica y la medicina. 7e ahí podemos deriar muchos campos y sus frutos, tales como la )iomecánica, el computo, la producción de medicinas para enfermedades difíciles de erradicar y por ultimo la ingeniería espacial. :e sa)e que el telescopio espacial Hu))le tiene un imán para retener piezas importantes en su sitio. Leyes que rigen el magnetismo Ley de Lorentz 2oda ez que una carga se desplaza dentro de un campo magn+tico, reci)e una fuerza que es directamente proporcional al alor de la carga, a su elocidad, al campo magn+tico y al seno del ángulo formado por el ector elocidad y el ector campo magn+tico. Ley de &araday En !-G! &araday descu)rió la inducción electromagn+tica, y dos leyes fundamentales? Vue la masa de una sustancia depositada por una corriente el+ctrica en una electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por el electrólito. Vue las cantidades de sustancias electrolíticas depositadas por la acción de una misma cantidad de electricidad son proporcionales a las masas equialentes de las sustancias. Ley de Lenz. /uando una corriente empieza a circular por un conductor, se genera un campo magn+tico que parte del conductor. Este campo atraiesa el propio conductor e induce en +l una corriente en sentido opuesto a la corriente que lo causó. En un ca)le recto este efecto es muy peque4o, pero si el ca)le se arrolla para formar una )o)ina, el efecto se amplía ya que los campos generados por cada espira de la )o)ina cortan las espiras ecinas e inducen tam)i+n una corriente en ellas. Ley de >auss. Esta ecuación que descri)ió el campo magn+tico dice que el fluo neto del campo magn+tico atrees de cualquier superficie cerrada es esto es cierto para el espacio dado que no e(isten polos magn+ticos aislados, muestra que las líneas de campo son cerradas sin inicio ni final. Ley de 5mpere. Esta ecuación descri)e el efecto magn+tico de una corriente o campo magn+tico cam)iante, un campo magn+tico puede ser producido por una corriente el+ctrica o por un campo el+ctrico aria)le el e(perimento confirma que una corriente es capaz de generar un campo magn+tico Ley de los polos.
Esta ley tam)i+n es conocida como? = la ley de &araday =, la cual enuncia lo siguiente? ;olos opuestos se atraen, polos iguales se rechazan. Lo que nos da a entender, es que si ponemos, polo positio con polo positio se rechazarán, sin em)argo si ponemos polo negatio con polo positio se atraerán. Ley de coulom) La fuerza atracción o repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las dos cargas inersamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa. Esto quiere decir que si la distancia entre dos o)etos cargados se reduce la mitad, la fuerza de atracción o repulsión entre ellos se cu adruplicará.
!.oro
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$. co)alto
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G.Hierro
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9.Biquel
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EL 520<0
El átomo, la menor porción de un elemento y que define las características del elemento se considera compuesto por un nFcleo con cargas positias 6protones8 y neutrones, protones mas neutrones constituyen prácticamente el total de la masa del del átomo y alrededor del nFcleo igual nFmero cargas negatias 6electrones8 cuya masa es insignificante. •
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/5>5 ELE/2I/5 La p+rdida de electrones de un material origina una carga el+ctrica positia y la ganancia de electrones una carga el+ctrica negatia. En un átomo los protones se consideran cargas el+ctricas positias y los electrones cargas el+ctricas negatias. 5 un átomo que ha perdido un electrón se le llama un ion positio y a un átomo que ha ganado un electrón se le llama un ion negatio. La unidad de carga el+ctrica es el coulum). la carga de un electrón e N !. ( ! coulu.m) y un coulum) N .$9 ( ! !- electrones
!1
5lgunas sustancias como líquidos y gases permiten el moimiento de los iones y otros como los metales permiten solo el moimiento de los electrones y a todos ellos se les llama conductores el+ctricos, los elementos que no permiten el moimiento de cargas el+ctricas se les llama aislantes y los que permiten la moilidad pero en forma muy escasa se les llama semiconductores. E(isten arias formas de cómo cargar un cuerpo el+ctricamente y se conocen como? por contacto, por inducción, por rozamiento, por efecto termoiónico, por efecto fotoel+ctrico y por efecto piezoel+ctrico.
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An cuerpo cargado el+ctricamente cede carga el+ctrica a otro el+ctricamente neutro al ser puestos en contacto. An cuerpo cargado el+ctricamente con carga negatia induce carga el+ctrica positia en la parte más cercana de otro cuerpo sin ponerlos en contacto, despu+s la carga negatia del otro cuerpo opuesta a la positia se puede descargar a tierra. La seda al frotar el idrio le quita a +ste electrones deándolo cargado positiamente. El calor y la luz producen emisiones de electrones so)re las superficies deándolas cargadas positiamente. 5lgunos cristales como el cuarzo cam)ian la posición de sus átomos cargados positiamente y negatiamente cuando se les comprime o se les dilata.
Ley de 5mpere P
La ley nos permite calcular campos magn+ticos a partir de las corrientes el+ctricas es la Ley de 5mpJre. &ue descu)ierta por 5ndr+
Electrostática \Vu+ es la electrostática]
7escri)e los fenómenos que tienen lugar en sistemas donde distri)uciones de carga el+ctrica mantienen su localización inariante en el tiempo.
Es decir los cuerpos cargados de)en permanecer en reposo. 5Fn más, cada porción de carga de)e permanecer en reposo dentro del cuerpo cargado.
5quí se pone de manifiesto la necesidad de un soporte mecánico =que permita el equili)rio esta)le de los cuerpos en los que reside la carga, a la ez que impida la migración de carga dentro de cada cuerpo. \Vu+ es un electrón]
Es una partícula liiana que compone un átomo que tienen la menor carga posi)le en lo referente a la electricidad negatia.
El electrón se encargan de esta)lecer las atracciones e(istentes entre los átomos y producen a tra+s de su moimiento corriente el+ctrica e n la mayoría de los metales.
\/uál es la carga de un electrón]
An electrón es una partícula elemental esta)le cargada negatiamente que constituye uno de los componentes fundamentales del átomo.
/arga el+ctrica
La carga el+ctrica es una propiedad de la materia que permite cuantificar la p+rdida o ganancia de electrones.
La carga el+ctrica puede clasificarse como?
_/arga el+ctrica positia 6protones8
_/arga el+ctrica negatia 6electrones8.
Los átomos están constituidos por un nFcleo y una corteza6ór)itas8 En el nFcleo se encuentran muy firmemente unidos los protones y los neutrones. Los protones tienen carga positia y los neutrones no tienen carga.
5lrededor del nFcleo se encuentran las ór)itas donde se encuentran girando so)re ellas los electrones. Los electrones tienen carga negatia.
&ormas de cargar el+ctricamente un cuerpo
5. Electrización por contacto
%. Electrización por frotamiento
/. Electrización por inducción
Electrización por contacto :e puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro preiamente cargado. En este caso, am)os quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positia, el primero tam)i+n queda con carga positia. Electrización por frotamiento
5l frotar dos cuerpos el+ctricamente neutros 6nFmero de electrones N nFmero de protones8, am)os se cargan, uno con carga positia y el otro con carga negatia. Eemplo.
:i frotas una )arra de idrio con un pa4o de seda, hay un traspaso de electrones del idrio a la seda. Electrización por inducción
An cuerpo cargado el+ctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. /uando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se esta)lece una interacción el+ctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro. /omo resultado de esta relación, la redistri)ución inicial se e alterada? las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a +ste.
Anidades de
En el :istema Internacional de Anidades 6:.I.8 la carga el+ctrica 6q8 es una magnitud deriada cuyo unidad reci)e el nom)re de culom)io 6/8, en honor al físico franc+s /harles 5ugustin de /oulom). ;ara definirla se hace uso de la intensidad de corriente el+ctrica que es una magnitud fundamental en el :.I. y cuya unidad es el amperio 658.
An culom)io 6/8 es la cantidad de carga el+ctrica que atraiesa cada segundo 6s8 la sección de un conductor por el que circula una corriente el+ctrica de un amperio 658.
! / N ! 5⋅s Anidades 7eriadas
Banoculom)io. ! n/ N !1 /
;icoculom)io. ! p/ N !!$ /
potencia
el+ctrica
en
Energía circuitos
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7irecta
y
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5lterna
/ampos y fuerzas magn+ticas Energía potencia el+ctrica en circuitos de /7 y /5
y
Energía El+ctrica
Energía es la capacidad de un cuerpo o sistema de realizar tra)ao. En tanto, la energía el+ctrica es una energía capaz de transformarse en muchísimas otras formas de energía como ser? la energía luminosa, la energía t+rmica y la energía mecánica. La unidad de energía es el Doule 6D8, que en electricidad equiale a una corriente de ! 5 y ! R que fluye durante ! s. ;otencia el+ctrica
La potencia el+ctrica en un circuito el+ctrico es la energía generada, consumida o transportada cada segundo, y es igual al producto de intensidad de corriente por oltae.
La unidad de potencia es el Ratio o Catt. An atio 6C8 es la potencia generada, transportada o consumida cuando la intensidad de corriente es de un amperio y el oltae es de un oltio. &ormula de la ;otencia el+ctrica 7onde ?
;N ;otencia
RN Roltae
IN /orriente
/ircuito el+ctrico El circuito el+ctrico es el recorrido preesta)lecido por el que se desplazan las cargas el+ctricas. Las cargas el+ctrica que constituyen una corriente el+ctrica pasan de un punto que tiene mayor potencial el+ctrico a otro que tiene un potencial inferior. ;ara mantener permanentemente esa diferencia de potencial, llamada tam)i+n oltae o tensión entre los e(tremos de un conductor, se necesita un dispositio llamado generador 6pilas, )aterías, dinamos, alternadores...8 que tome las cargas que llegan a un e(tremo y las impulse hasta el otro. El fluo de cargas el+ctricas por un conductor constituye una corriente el+ctrica. /orriente alterna 6/.58 en un circuito /orriente alterna? La corriente alterna es aquella que circula durante un tiempo en un sentido y despu+s en sentido opuesto, oli+ndose a repetir el mismo proceso en forma constante. :u polaridad se inierte periódicamente, haciendo que la corriente fluya alternatiamente en una dirección y luego en la otra. :e conoce en castellano por la a)reiación /5 y en ingl+s por la de 5/. /orriente 7irecta 6/.78 en un circuito /orriente continua? Es aquella corriente en donde los electrones circulan en la misma cantidad y sentido, es decir, que fluye en una misma dirección. :u polaridad es inaria)le y hace que fluya una corriente de amplitud relatiamente constante a tra+s de una carga. 5 este tipo de corriente se le conoce como corriente continua 6cc8 o corriente directa 6cd8, y es generada por una pila o )atería. Este tipo de corriente es muy utilizada en los aparatos electrónicos portátiles que requieren de un oltae relatiamente peque4o. >eneralmente estos aparatos no pueden tener cam)ios de polaridad, ya que puede acarrear da4os irreersi)les en el equipo. Eemplos aplicando la fórmula de potencia /alcula la potencia el+ctrica de una )om)illa alimentada a un oltae de $$oltios y por el que pasa una intensidad de corriente de $ amperios. /alcula la energía el+ctrica consumida por la )om)illa si ha estado encendida durante ! hora. ;NR_I
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EN;_t * EN ,99_!N ,99 'O.h /alcula la potencia el+ctrica de un motor por el que pasa un intensidad de 9 5 y que tiene una resistencia de ! ohmios. /alcula la energía el+ctrica consumida por el motor si ha estado funcionando durante media hora. R N I _ * ;NR_I * ;N 9_9 N ! O EN;_t * EN !,_.# N ,- 'O.h
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/ampos y fuerzas magn+ticas La fuerza magn+tica La fuerza magn+tica es la parte de la fuerza electromagn+tica total o fuerza de Lorentz que mide un o)serador so)re una distri)ución de cargas en moimiento. Las fuerzas magn+ticas son producidas por el moimiento de partículas cargadas, como electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. &ormula de fuerza magn+tica /ampo magn+tico An campo magn+tico es una descripción matemática de la influencia magn+tica de las corrientes el+ctricas y de los materiales magn+ticos. El campo magn+tico en cualquier punto está especificado por dos alores, la dirección y la magnitud* de tal forma que es un campo ectorial. Específicamente, el campo magn+tico es un ector a(ial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales. El campo magn+tico es más comFnmente definido en t+rminos de la fuerza de Lorentz eercida en cargas el+ctricas. /ampo magn+tico puede referirse a dos separados pero muy relacionados sím)olos % y H. /ampo magn+tico producido por una carga Los campos magn+ticos son producidos por cualquier carga el+ctrica en moimiento y el momento magn+tico intrínseco de las partículas elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espín. En la relatiidad especial, campos el+ctricos y magn+ticos son dos aspectos interrelacionados de un o)eto, llamado el tensor electromagn+tico. Las fuerzas magn+ticas dan información so)re la carga que llea un material a tra+s del efecto Hall. La interacción de los campos magn+ticos en dispositios el+ctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magn+ticos. esistencia el+ctrica Igualdad de oposición que tienen los electrones al moerse a tra+s de un conductor. esistencia el+ctrica específica de cada material para oponerse al paso de una corriente el+ctrica. :e designa por la letra griega rho minFscula 68 y se mide en ohmios por metro. /onductor el+ctrico es un material que ofrece poca resistencia al moimiento de carga el+ctrica :emiconductor Es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diersos factores, como por eemplo el campo el+ctrico o magn+tico, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del am)iente en el que se encuentre. :Fper conductores ? son los que tienen la capacidad intrínseca para conducir corriente el+ctrica sin resistencia ni p+rdida de energía en determinadas condiciones. &ormula de conductores
N; lY: es el coeficiente de proporcionalidad o la resistiidad del material, Es la longitud del ca)le : el área de la sección transersal del mismo. Ley de Ampere y flujo magético mageti!mo e la materia.
La ley nos permite calcular campos magn+ticos a partir de las corrientes el+ctricas es la Ley de 5mpJre. &ue descu)ierta por 5ndr+
/orte transersal de un conductor. La cruz central indica que la corriente entra en el conductor desde la posición en que se encuentra usted* por su parte, el punto indica que la corriente sale en dirección hacia usted
&luo magn+tico 6epresentado por la letra griega fi b8, es una medida de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magn+tico, la superficie so)re la cual actFa y el ángulo de incidencia formado entre las líneas de campo magn+tico y los diferentes elementos de dicha superficie.
La unidad de fluo magn+tico en el :istema Internacional de Anidades es el Oe)er y se designa por C). En el sistema cegesimal se utiliza el ma(Oell 6! Oe)er N!- ma(Oells8.
Inducción de un campo La inducción magn+tica es el proceso mediante el cual campos magn+ticos generan campos el+ctricos. 5l generarse un campo el+ctrico en un material conductor, los portadores de carga se erán sometidos a una fuerza y se inducirá una corriente el+ctrica en el conductor. /ualquier dispositio 6)atería, pila8 que mantiene la diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito se llama fuente de alimentación. /ualquier dispositio 6)atería, pila8 que mantiene la diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito se llama fuente de alimentación. <5>BE2I:<0 EB L5 <52EI5. :on materiales magn+ticos los que se comportan como un imánM )ao la acción de campos magn+ticos. ;or esto es muy importante comprender la interacción del campo magn+tico con los materiales. Los materiales magn+ticos puedan crear campos magn+ticos propios. Este fenómeno se de)e al momento dipolar magn+tico de sus átomos. La naturaleza del momento dipolar magn+tico se encuentra, y solo se e(plica, por el comportamiento y naturaleza cuántica de los fenómenos presentes a escala atómica. La &ísica clásica no puede e(plicar los fenómenos magn+ticos de forma fundamental. Las aplicaciones de los materiales magn+ticos son innumera)les? transformadores, electroimanes, motores el+ctricos, generadores, micrófonos, altaoces, equipos electrónicos de comunicaciones, equipos m+dicos, memorias de ordenadores, sistemas de almacenamiento de datos, circuitos lógicos, sensores, detectores, etc.
El magnetismo es un fenómeno físico por el cual los materiales eercen fuerzas de atracción o repulsión so)re otros materiales. 5lgunos materiales conocidos presentan propiedades magn+ticas detecta)les fácilmente, como el níquel, hierro, co)alto y sus aleaciones, que comFnmente se llaman imanes. Lo primero que se de)e tener claro es que el magnetismo se origina por el moimiento de la carga el+ctrica )ásica, es decir, el electrón. Las propiedades magn+ticas macroscópicas de los materiales son consecuencia de los momentos magn+ticos que poseen los electrones indiidualmente. En los átomos los electrones tiene momentos magn+ticos que se originan de dos formas distintas. La primera está relacionada con su moimiento or)ital alrededor del nFcleo . En su moimiento or)ital 6de traslación8, el electrón se puede considerar como un peque4o circuito cerrado de corriente que genera un d+)il campo magn+tico con un momento magn+tico asociado en la dirección del ee de rotación, por tanto, se puede considerar como una espira circular por la que circula una corriente el+ctrica de)ida a u n Fnico electrón. 2I;0: 7E <52EI5LE: /0B ;0;IE757E: <5>BE2I/5: L0: <52EI5LE: &E0<5>B32I/0:?
/ompuestos de hierro y sus aleaciones con co)alto, tungsteno, níquel, aluminio y otros metales, son los materiales magn+ticos más comunes y se utilizan para el dise4o y constitución de nFcleos de los transformadores y maquinas el+ctricas.
;ropiedades de los materiales ferromagn+ticos 5parece una gran inducción magn+tica al aplicarle un campo magn+tico. ;ermiten concentrar con facilidad líneas de campo magn+tico, acumulando densidad de fluo magn+tico eleado. :e utilizan estos materiales para delimitar y dirigir a los campos magn+ticos en trayectorias )ien definidas. ;ermite que las maquinas el+ctricas tengan olFmenes razona)les y costos menos e(cesios. EL 7I5<5>BE2I:<0 Es un efecto uniersal porque se )asa en la interacción entre el campo aplicado y los electrones móiles del material. Vueda ha)itualmente enmascarado por el paramagnetismo, salo en elementos formados por átomos o iones que se disponen en capasM electrónicas cerradas, ya que en estos casos la contri)ución paramagn+tica se anula. ;aramagnetismo Los materiales paramagn+ticos se caracterizan por átomos con un momento magn+tico neto, que tienden a alinearse paralelo a un campo aplicado. /aracterísticas Los materiales paramagn+ticos se magnetizan d+)ilmente en el mismo sentido que el campo magn+tico aplicado. esulta así que aparece una fuerza de atracción so)re el cuerpo respecto del campo aplicado.
&EBU
eferencias )i)liográficas? •
HallidayYesnic' &ísica, tomo II, pp. !$#,!$. $
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%er'eley ;hysics /ourse, Rolumen $. EdOard <. ;urcell en >oogle Li)ros.
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;urcell, E. <. 6!1--8. Electricidad y
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ertec.com py. Qectificadores de corriente. 5rchiado desde el original el !9 de septiem)re de $-. /onsultado el - de ulio de $-. >arcía 5lárez, Dos+ 5ntonio E, \Vu+ es la corriente alterna] asifunciona.com S$G- $-T Vue es la corriente trifásica electroinstalador.com S$"$-T
http?YYOOO.física.uniersal.com http?YYOOO.fisica.unam.m(Y R. :ánchez 5gustín &undamentos para Aniersidades Editorial ;earson Electricidad !, potencia y energía el+ctrica http?YYeltamiz.comY$!Y$Y9YelectricidadipotenciayenergiaelectricasY 5rchio ;7&, /ircuitos el+ctricos AB5< EB7E:5 E7A/5, /ircuitos Electricos http?YYOOO.endesaeduca.comYEndesaeducaYrecursosinteractiosYconceptos)asicosYiii. loscircuitoselectricos Li)ro? &:I/5 Electricidad y
