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Cargas, fuerzas y campos eléctricos
PIETER VAN MUSSCHENBROEK
Descubrió la manera de almacenar cargas eléctricas al
utilizar:
BENJAMIN FRANKLIN
Observo que cuando un conductor de carga negativa termina el punta, los electrones de acumulan en esa región y por repulsión abandonan dicho extremo, fijándose en las moléculas de aire.
Utilizo lo
antes
descrito,
para
protección
d edificios,
mediante
la
construcci
ón de
pararrayos.
Por medio de un pararrayos las descargas eléctricas que se producen en la atmosfera se disipan en el suelo
CHARLES COULOMB
En 1777 invento la
balanza de torsión
para medir la
magnitud de la
fuerza de
atracción o de
repulsión por
medio del
retorcimiento de la
fibra fina y dirigida.
ALESSANDRO VOLTA
Invento el electróforo: almacenaba y
generaba electricidad estática.
GEORG OHM
Estableció la ley fundamental de las corrientes eléctricas, al encontrar la existencia de una relación, entre la resistencia de un conductor, la diferencia de potencial y la intensidad de corriente eléctrica.
MICHAEL FARADAY
Descubrió la inducción
electromagnética, al usar un
imán para generar una
corriente eléctrica al
desplazarlo dentro de un
espiral de hierro.
JAMES JOULE
Encontró la
cantidad de calor
originado por una
corriente eléctrica
al circular a través
de un conductor, es
directamente
proporcional a la
resistencia.
JOSEPH HENRY
Constructor del primer
electroimán.
HEINRICH LENZ
Enuncio la ley
relativa al sentido
de corriente
inducida.
JAMES MAXWELL Propuso la teoría electromagnética de
la luz y las ecuaciones generales del
campo electromagnético.
NIKOLA TELSA:
JOSEPH THOMSON Investigo la estructura de la materia y de los
electrones.
La electricidad ha
evolucionado
intensamente, pues
puede transformarse
con facilidad, se
transporta de manera
sencilla a grandes
distancias a través de
líneas aéreas no
contaminantes.
Las torres de electricidad cruzan por todas partes conduciendo por medio de cables de alto voltaje para uso domestico e industrial
CARGA ELECTRICA Y LEY DE
CONSERVACION DE LA CARGA
Toda la materia, se
compone de átomos y estos
de partículas elementales
como los electrones,
protones y neutrones. Los electrones y
protones tienen
una propiedad
llamada
carga
eléctrica.
PROTON carga + ELECTRONES carga -
El átomo esta constituido por un
NUCLEO, en donde se encuentran los
PROTONES y NEUTRONES y a su
alrededor giran los ELECTRONES.
LEY DE LA CONSERVACION
Es imposible producir o destruir una carga
positiva sin producir al mismo tiempo una
carga negativa de idéntica magnitud.
La carga eléctrica
total del universo es
una magnitud
constante, NO SE
CREA NI SE DESTRUYE.
INTERACCIÓN DE CARGAS DE IGUAL O
DIFERENTE SIGNO
Un principio fundamental es:
Este principio puede denortarse por medio de un péndulo eléctrico.
Carga Carga Resultado
+ + Repelen
- - Repelen
+ - Atraen
- + Atraen
TALES DE MILETO:
frotar el ámbar con
piel de gato, atrae
cuerpos ligeros.
OTTO DE GUERICKE
Construyo la primera
máquina de eléctrica
PIETER VAN MUSSCHENBROEK:
Descubrió la manera de
almacenar cargas eléctricas
(botella Leyden).
BENJAMIN FRANKLIN:
Observo que cuando un
conductor negativo
termina en punta , los
electrones se acumulan
en el mismo.
CHARLES COULOMB:
Invento la balanza de
torsión (para medir fuerza
de atracción y de
repulsión).
ALESSANDRO VOLTA:
Invento el electróforo.
GEORG OHM:
Estableció la ley
fundamental de
las corrientes
eléctricas.
1746
1827
1825 1777
1775 1656 1753
600 a.C
JOSEPH HENRY:
Constructor del primer
electroimán.
JAMES JOULE:
Encontró la cantidad de calor,
originado por una corriente al
circular a través de un
conductor.
HEINRICH LENZ:
Enuncio la ley relativa al
sentido de la corriente
inducida. JAMES MAXWELL:
Propuso la teoría
electromagnética
de la luz.
NIKOLA TELSA:
Inventor del motor
asincrónico.
JOSEPH THOMSON:
Investigo la estructura
de la materia y de los
electrones.
1840
1834
1831
1865
1902
1904
MICHAEL FARADAY:
Descubrió la
inducción
electroestática.
¿Qué es la corriente eléctrica?
La corriente o intensidad eléctrica consiste en el movimiento ordenado de cargas eléctricas por un material.
Las cargas que se mueven por los aparatos eléctricos que usamos a diario son las cargas negativas.
Las cargas de una corriente eléctrica transporta energía, a la que llamamos energía eléctrica.
La energía eléctrica puede transformarse en otras formas de energía, como la luz, el sonido, el calor o el movimiento.
Los efectos de la corrientes eléctricas
La corriente eléctrica produce distintos efectos a su paso por los cuerpos: calorífico, químico, luminoso y magnético.
• Efecto calorífico. Los hilos conductores se calientan al pasar por ellos la corriente eléctrica. Este efecto se aprovecha en radiadores, cocinas eléctricas y, en general, en todos los electrodomésticos utilizados como sistemas de calefacción. Sin embargo, este efecto tiene también consecuencias negativas, puesto que, al calentarse, los hilos disipan energía. En una bombilla de incandescencia esto eleva el consumo energético.
• Efecto químico. La corriente eléctrica puede inducir cambios químicos en las sustancias. Esto se aprovecha en una pila, que produce electricidad a partir de cambios químicos, o en galvanotecnia, la técnica empleada para recubrir de metal una pieza.
• Efecto luminoso. En una lámpara fluorescente, el paso de corriente produce luz. • Efecto magnético (electromagnetismo). Es el más importante desde el punto de vista
tecnológico. Una corriente eléctrica tiene efectos magnéticos (es capaz de atraer o repeler un imán). Por otra parte, el movimiento relativo entre un imán y una bobina (un hilo metálico arrollado) se aprovecha en las máquinas eléctricas para producir movimiento o para generar electricidad.
Cables eléctricos
Se llama cable eléctrico a un conductor (generalmente cobre) o conjunto de ellos generalmente recubierto de un material aislante o protector.
Sus componentes son…
• Conductores (cobre, aluminio u otro metal)
• Aislamientos (materiales plásticos, papel impregnado en aceite viscoso o fluido)
• Protecciones (pantallas, armaduras y cubiertas).
Electricidad y electrónica se basan en el movimiento de electrones.
Y se diferencian en que:
LA ELECTRICIDAD precisa de un uso masivo de electrones
LA ELECTRÓNICA maneja y controla el flujo de electrones
El movimiento de electrones constituye la corriente eléctrica que puede ser de dos tipos :
- Corriente continua - Corriente alterna
Corriente continua Cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido
Puede presentar intensidad constante
t
I
Cumple siempre la Ley de Ohm: V = I.R
Puede circular a través de las resistencias (desprende calor)
Puede circular a través de las bobinas (las convierte en un imán)
No puede circular a través de un condensador
La potencia disponible se puede calcular como:
P = V.I = I2.R = V2/ R
Corriente alterna Los electrones cambian de sentido de movimiento cada cierto tiempo
La intensidad no es constante y en el caso mas frecuente y sencillo varía como indica la gráfica
I
t
T
Al tiempo que tarda en repetir la señal se llama PERIODO (T)
Al número de veces que la señal se repite cada segundo se llama FRECUENCIA (f) y se mide en Hertzios (Hz)
En nuestro país la frecuencia de la corriente alterna es de 50 Hz
La tensión también varía con el tiempo como la intensidad y cuando dichas variaciones siguen secuencias paralelas se dice que están en fase
I
t T
V
Cuando en el circuito sólo hay resistencias la intensidad y la tensión están en fase
Las resistencias se comportan de la misma manera con la corriente alterna que con la corriente continua
Cuando la intensidad y la tensión no siguen secuencias paralelas decimos que existe un desfase entre ellas
I y V DESFASADAS
I y V EN OPOSICIÓN
Los desfases están ocasionados por la presencia de bobinas o de condensadores en el circuito
I
t
T
V
I
t
T
V
En las bobinas se origina campo magnético de intensidad variable que, a su vez, induce una corriente que se opone a la principal, ocasionando un desfase con la tensión
I
t
T
V
Cuando hay una bobina decimos que la intensidad está retrasada respecto al potencial porque cuando la tensión llega al máximo, la intensidad aun no es máxima y llega a su máximo mas tarde y lo mismo ocurre cuando la tensión se hace cero, cambia de sentido, etc, que la intensidad pasa por esos valores mas tarde.
En el caso de los condensadores, se produce una continua carga y descarga que ocasiona una corriente suplementaria, lo que origina también un desfase con la tensión
I
t
T
V
En este caso, la intensidad está adelantada respecto de la tensión, lo que quiere decir que cuando la tensión llega al máximo, la intensidad ya había pasado antes por su valor máximo y ocurre lo mismo con el paso por el valor cero o el cambio de sentido: antes la intensidad y mas tarde la tensión.
CARGA ELÉCTRICA
• La materia que nos rodea está formada por átomos que constan, a su vez, de protones, neutrones y electrones. Los protones y electrones tienen una propiedad que se conoce con el nombre de carga eléctrica.
Esta carga eléctrica puede ser de dos tipos:
- Los protones tienen carga eléctrica positiva.
- Los electrones tienen carga eléctrica negativa.
Existen 2 tipos de cargas
Un cuerpo está compuesto por muchas cargas.
Existen 3 tipos de cuerpos según su carga eléctrica neta.
Positivas (+)
Negativa (-)
Positivas (+)
Negativa (-)
Neutro
Tipos de cargas
• Pero los átomos pueden ganar o perder electrones. De esta forma, los cuerpos neutros pueden adquirir una carga eléctrica.
• Se estableció al electrón como la partícula fundamental que porta la carga eléctrica.
En el Sistema Internacional, la unidad de carga eléctrica es el coulomb (C). 1 C = 6,24 · 1018 electrones.
CARGA ELÉCTRICA
Cuando el átomo gana o pierde un
electrón se le denomina ión negativo
o positivo, respectivamente.
Interacciones Eléctricas
CARGA ELÉCTRICA
+ – + – + + +
– + – – + –
+ + + – – –
Positivo
Negativo
Neutro
Cargas + = 5 Cargas – = 2
Carga total = +3
Cargas + = 2 Cargas – = 4
Carga total = -2
Cargas + = 3 Cargas – = 3
Carga total = 0
¿Cómo saber la carga total de un cuerpo?
Tipos de cargas
¿CUÁNDO UN CUERPO ESTÁ ELÉCTRICAMENTE CARGADO?
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Si por algún mecanismo se logra que los electrones
libres de un cuerpo pasen a otro, un cuerpo perderá
electrones (se electriza positivamente) y el otro ganará
electrones (se electriza negativamente).
Un cuerpo sólo puede recibir o ceder cantidades de carga
determinadas por números enteros de electrones.
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PROPIEDADES DE LOS CUERPOS CARGADOS
ELÉCTRICAMENTE
PROPIEDADES DE LOS CUERPOS CARGADOS
ELÉCTRICAMENTE
Las cargas del mismo signo se
repelen, mientras que las de
distinto signo se atraen.
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Interacciones Eléctricas
La cantidad de carga eléctrica se conserva.
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PROPIEDADES DE LOS CUERPOS CARGADOS
ELÉCTRICAMENTE
Conservación de la carga
La carga no se crea ni se destruye, se transfiere.
• Entre átomos
• Entre moléculas
• Entre cuerpos
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¿Qué le ocurre a una peineta de plástico que ha sido frotada con el pelo?
¿Si los papeles están neutros, por qué la peineta atrae a los papeles?
Tipos de cargas
FORMAS DE ELECTRIZAR UN CUERPO
• Electrización por frotamiento: cuando un objeto se frota con
otro, sus átomos interactúan, y se produce una transferencia
de electrones entre un cuerpo y otro.
El cuerpo que pierde electrones queda cargado positivamente
y el cuerpo que gana electrones queda cargado
negativamente.
ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO
Al frotar un cuerpo neutro con otro, una parte de los
electrones de la superficie se transfiere al otro cuerpo.
Ambos cuerpos quedan electrizados con cargas de
distinto signo. 50
Métodos de electrización
saltan más electrones de uno al otro
Métodos de electrización
FORMAS DE ELECTRIZAR UN CUERPO
• Electrización por contacto: se produce cuando un cuerpo
inicialmente electrizado, negativa o positivamente, toca a
un cuerpo neutro, el contacto produce una transferencia
de electrones.
Métodos de electrización
Al poner en contacto un cuerpo neutro con otro
electrizado, se produce transferencia de electrones. Ambos
cuerpos quedan electrizados con cargas de igual signo.
ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO
POLARIZACIÓN DE LA CARGA
• La polarización de carga: consiste en un reordenamiento de
las cargas eléctricas al interior de un cuerpo.
Como resultado se produce una atracción entre
ambos cuerpos, sin embargo la carga neta del cuerpo
permanece nula.
FORMAS DE ELECTRIZAR UN CUERPO
• Electrización por inducción: Se produce cuando acercamos,
sin tocar, un cuerpo cargado a uno neutro para inicialmente
polarizarlo, es decir, separa las cargas negativas de las positivas
en él, y luego se conecta a tierra o a otro material para
permitir la circulación de electrones y provocar un exceso o
déficit de ellos en el cuerpo.
ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN
Al acercar un cuerpo cargado
(inductor) a uno neutro
(inducido), se produce en éste
una polarización.
Si se conecta el cuerpo a tierra,
se produce transferencia de
electrones, quedando el cuerpo
inducido electrizado con carga
de diferente signo al inductor.
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Métodos de electrización
c) Electrización por inducción
Cuerpos neutros se inducen cargas
resultado -> cargado negativamente
Métodos de electrización
Métodos de electrización
La electricidad (del griego elektron, cuyo significado es ámbar), es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, o el flujo de corriente eléctrica.
¿Qué es la electricidad?
Si se aplica una diferencia de potencial eléctrico suficientemente grande (llamado voltaje y que se mide en voltios) se genera una fuerza que puede empujar a los electrones (que circulan alrededor del núcleo del átomo) lo que les permite saltar de un átomo a otro.
“Este movimiento de electrones se llama corriente eléctrica”.
¿Cómo se produce la electricidad?
Corriente Eléctrica
• Todo movimiento de cargas eléctricas se constituye como
una corriente eléctrica. Las cargas se pueden desplazar en
distintos medios, ya sean sólidos, líquidos o gaseosos.
• Los átomos. del metal poseen algunos electrones pertenecientes a la zona energética llamada banda de conducción, y pueden moverse libremente por todo el conductor.
“Corriente Eléctrica”
¿Cómo se conduce la electricidad?
Corriente eléctrica
Tipos de corrientes eléctricas: continua y alterna
• Hay corrientes eléctricas de dos tipos: la corriente continua y la corriente alterna.
• En la corriente continua los electrones se mueven siempre en la misma dirección. Este es el tipo de corriente eléctrica que se obtiene de una pila.
Corriente Alterna
En la corriente alterna, como su nombre lo indica, los electrones van primero para un lado y luego en dirección contraria, y así siempre. Este es el tipo de corriente eléctrica que obtenemos en la red eléctrica de nuestras casas.
Corriente eléctrica
Resistividad eléctrica
• La conductividad es la capacidad o poder para conducir o
transmitir electricidad.
Materiales Conductores
- Los conductores son materiales a través de los cuales la corriente eléctrica (electricidad) viaja con facilidad; por eso decimos que tienen baja resistencia eléctrica. Poseen electrones
que se mueven con facilidad en su interior.
- Ejemplos de estos materiales son todos los metales: el cobre,
aluminio, acero, plata, oro, etc.
- Algunos ejemplos de materiales conductor son:
Los metales son muy buenos conductores, por eso se
usan para construir los cables con los cuales se provee a
las casas de corriente eléctrica.
El metal más usado para construir cables de conducción
es el cobre.
Materiales Conductores
• El agua (de la llave) es un buen conductor de la electricidad.
• Es muy importante recordar esto, porque nuestro cuerpo está
constituido en gran parte de agua (un 70% aproximadamente),
entonces la electricidad puede circular fácilmente a través de
nosotros.
Materiales Conductores
Es por eso que los cables eléctricos están
recubiertos de algún material de alta
resistencia (aislante) , ejemplo el plástico,
para que puedan ser manipulados sin peligro.
Los metales en general son muy buenos conductores de la electricidad
Existen cargas que se pueden mover fácilmente.
Conductores y aisladores
• Campos eléctricos y conductores
• a) En condiciones estáticas, el campo eléctrico es cero dentro de un conductor. Cualquier carga en exceso reside sobre la superficie del conductor. Para un conductor de forma irregular, la carga en exceso se acumula en las regiones de máxima curvatura (las puntas), como se muestra. El campo eléctrico cerca de la superficie es perpendicular a esa superficie y mas intenso donde la carga es mas densa.
• b) En condiciones estáticas, el campo eléctrico no debe tener un componente tangencial a la superficie del conductor.