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7/24/2019 3. Electricidad
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ElectricidadPor: Daniel Alejandro Lino Lpez
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Electricidad y sus ramas
Electricidad
Electrosttica
Electrodinmica2
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ElectrostticaParte de la fsica que estudia la interaccin entrelas cargas mismas y los materiales donde seencuentran.
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arga Es una propiedad fundamental de la materia. !ay dos tipos de cargas: positi"as y negati"as. Las cargas positi"as "ienen de los protones y las
negati"as de los electrones.
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arga #n o$jeto esta cargado positi"amente cuando
tiene menos electrones que protones% cuandoesta cargado negati"amente cuando tiene maselectrones que protones.
Los o$jetos tienden a mantenerse sin carga. Esdecir con la misma cantidad de electrones queprotones.
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arga elemental y unidadLa carga elemental es la que presentan tanto loselectrones como los protones se representa con laletra e .
La unidad de la carga el&ctrica se mide enoulom$s% la cual equi"ale a '.()*+, +- e. Por lo que
un electrn o protn/ tiene +.'*+, 0+1
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Ley de atraccin de lascargas
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Ley de oulum$La atraccin o repulsin de las cargas se de$e aque estas generan una fuerza.
El fsico franc&s 2arles0Augustin de oulum$ fueel que pudo calcular la magnitud de dic2a fuerza.
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Pro$lemaomo se muestra en la 3gura% dos $olas id&nticas%
cada una de ,.+, g de masa% portan cargasid&nticas y estn suspendidas por dos 2ilos de iguallongitud. En el equili$rio% se colocan ellas mismas
como se muestra. Encuentre la carga so$re cada$ola
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Pro$lemaLas cargas que se muestran en la 3gura sonestacionarias. Encuentre la fuerza so$re la carga de4)., % de$ida a las otras dos cargas.
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Pro$lemaDos peque5as esferas cargadas se colocan so$re eleje x : 6., en x= , y 07., en x 8), cm. 9Dndese de$e colocar una tercera carga q si la fuerza quee*perimenta de$e ser cero
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ampo el&ctrico Es generado al 2a$er una carga. Es la forma de e*presar la fuerza que 2ay entre
las cargas sin 2a$er un contacto.
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ampo el&ctrico .
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Ejemplo +La intensidad del campo el&ctrico entre dos placasen la 3gura es constante y esta dirigida 2acia a$ajo.La magnitud de la intensidad del campo el&ctrico es' ? +, ) => . 9 uales son la magnitud y la direccin
de la fuerza el&ctrica ejercida so$re un electrnproyectado 2orizontalmente entre las dos placas
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@ntensidad del campoel&ctrico
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Ejemplo (9 ul es la intensidad del campo el&ctrico a unadistancia de ( m de una carga de +( C
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Ejemplo 6Dos cargas puntuales% q1 8 0 ' n y q2 = B- n %estan separadas por una distancia de +( cm% comose muestra en la 3gura. A partir de los datosindicados en esta 3gura% determine el campo
el&ctrico en el punto A y en el punto B.
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Ejemplo ) Cres cargas estn colocadas so$re tres esquinas deun cuadrado% como se muestra en la 3 gura ()0'.
ada lado del cuadrado es de 6,., cm. alcule Een la cuarta esquina. 9 ul sera la fuerza so$re
una carga de '.,, 4 situada en la esquina li$re
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Energa potencialel&ctricaNota: El campo elctrico se supondruniforme.
Es la energa almacenada en una partcula de$ido aun campo el&ctrico.Es relati"amente id&ntica a la energa potencialgra"itacional.
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Antecedentes: Cra$ajo Cra$ajo / es la energa necesaria para mo"er un o$jeto a
una cierta distancia. El tra$ajo al ser una energa tiene como unidad los oules / y
es una magnitud escalar.
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Antecedentes: Energapotencial
Energa potencial gra"itacional(' " )=m"y donde y es la altura que2ay so$re el punto de referencia.
=tese que la energa potencialgra"itacional no se "e afectada porlos mo"imientos so$re el eje *.
El cam$io entre las energaspotenciales de los puntos a y $"iene dado por:
' " = ' "a ' "21
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Energa potencialel&ctricaLa energa potencial el&ctrica en un campoel&ctrico uniforme se calcula como cualquiertra$ajo.
W=Fcos()d omo se sa$e que la fuerza siempre"a en el mismo sentido que el campo el&ctrico el ngulosiempre ser ,.
omo resultado queda: 8FGddonde Gd8a0$
Cam$ien se sa$e que F8Eq por lo que
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EjemploDeducir como es el comportamiento de le energapotencial el&ctrica cuando una partcula positi"a:A/ se mue"e a fa"or del campo el&ctricoH/ se mue"e en contra del campo el&ctrico
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EjemploDeducir como es el comportamiento de le energapotencial el&ctrica cuando una partcula negati"a:A/ se mue"e a fa"or del campo el&ctricoH/ se mue"e en contra del campo el&ctrico
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Diferencia de potencialEs el tra$ajo por unidad de carga necesario paramo"er una partcula de prue$a de un punto a otro.
#nidades: > 8 I
8G#e8GIq
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Ejemplo En la 3gura% la diferencia de potencial entre las placas
metlicas es de ), I.a/ 9Ju& placa tiene el mayor potencial$/ 9 unto tra$ajo se de$e 2acer para lle"ar una carga de 6.,
desde B 2asta A 9Desde A 2asta Bc/ 9 mo se sa$e que el campo el&ctrico est en la direccin
indicadad/
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Ejemplo 9 unto tra$ajo se requiere para lle"ar a unelectrn desde la terminal positi"a de una $aterade +( I 2asta la terminal negati"a
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Ejemplo9 unta energa potencial pierde un protn cuandopasa a tra"&s de una cada de potencial de 7 KI
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Ejemplo#n electrn parte del reposo y cae a tra"&s de unasu$ida de potencial de -, I. 9 ul es su rapidez3nalm e81.+?+, 06+ Kg
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radiente de potencial Es el ampo el&ctrico e*presado en I>m.
Esto se deduce de la ecuacin:
*onsulta:+En #u casos es me,or e-presar elcampo elctrico en /m0
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Electrn0"oltEs una unidad de energa equi"alente a la energaadquirida por un electrn que es acelerado a tra"&sde una diferencia de potencial de + "olt.
1 e e#ui2ale a una ener"3a de 1.4 5 16 17 8.
*onsulta: +En donde se utili%a esta unidad0
+9uin o #uienes la propusieron0
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Preguntas de repaso 9 ul es la diferencia entre una carga positi"a y
una negati"a 9Ju& es la energa potencial el&ctrica 9En que se mide el tra$ajo y que nos indica su
signo 9Ju& es una su$ida de potencial 9#n electrn 2acia que placa tender a mo"erse
en una pila
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apacitanciaEs la razn entre la carga de cada conductor y ladiferencia de potencial entre los conductores.
Ecuaci&n:
uanto mayor es la capacitancia Cmayo r ser la cantidad de energaalmacenada
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apacitancia El "alor de la capacitancia slo depende de las
formas y los tama5os de los conductores% ascomo de la naturaleza del material aislante que2ay entre ellos.
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#nidadesEn el sistema internacional la unidad pararepresentar la capacitancia es el Faraday.
+ F8 + faraday 8 + >I 8 + coulom$>"olt
onsulta: 9Jui&n fue Faraday y por qu&aportaciones es conocido
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apacitorualquier aparato dise5ado para guardar carga
el&ctrica se llama condensador o capacitor.
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Funcionamiento de uncapacitor
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Etapa de carga
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Funcionamiento de uncapacitor
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Preguntas de repaso 9Ju& es la capacitancia 9Ju& podemos deducir de un capacitor que tiene
una alta capacitancia 9De qu& depende la capacitancia
9Jue otro nom$re puede reci$ir un capacitor 9Ju& 2ace un capacitor 9Ju& sucede en las placas paralelas cuando
cargamos un capacitor
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Ejemplo #n capacitor de 6,, pF se carga a un "oltaje de
+., KI. 9 ul es la carga almacenada
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Ejemplo #na esfera metlica montada so$re una $arra
aislante tiene una carga de '., n cuando supotencial es (,, I ms alto que el de susalrededores. 9 ul es la capacitancia del capacitor
formado por la esfera y sus alrededores
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alculo de la capacitancia
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La capacitancia de un capacitor es directamente proporcional al reade las placas e inversamente proporcional a la distanciaEsta ecuaci!n solo es verdadera si el capacitor esta con aire
Consulta: Qu medidas vienen en un capacitor?Por qu un capacitor puede explotar?
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Ejemplo Las placas de un condensador en paralelo estn
separadas entre s ( cm a lo anc2o y ) cm a lolargo. 9 ul de$e ser la separacin en el aire delas placas de este condensador si la capacitancia
total 2a de ser de ) pF
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Energa almacenada
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Ejemplo #n capacitor de +.( 4F se carga a 6., KI. alcule
la energa almacenada en el capacitor.
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one*in en serie
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one*in en serie El diferencial de potencial total es la sumatoria de
los potenciales de cada capacitor.
La capacitancia total es el in"erso de sumatoriade las capacitancias in"ersas indi"iduales.
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one*in en paralelo Am$as e*tremidades de los capacitores estn en
contacto. La carga total entre las placas es la sumatoria de
la carga de cada capacitor.
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El diferencial de potencial total es el mismo encada capacitor.
La capacitancia total es la sumatoria de lascapacitancias indi"iduales.
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Preguntas de repaso 9 ules son las 6 ecuaciones con las que se
puede calcular la energa almacenada en uncapacitor
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Preguntas de repaso
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Ejemplo
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Encuentre el volta"e# carga $ energ%a almacenada en cada capacitor&i 'a$ un di(erencial de potencial entre los puntos a $ ) de 25 *
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orriente Es todo mo"imiento de carga de una regin a otra.
#n ampere A/ representa un Mujo de carga con larapidez de un coulomb por segundo % al pasar por
cualquier punto.
Ejemplo: Para una corriente de + A% '.(7 ?+, +- electrones + / Muyen pasando por un punto dadocada segundo.
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Ejemplo 9 uantos electrones pasan por un punto en 7 s si
se mantiene en un conductor una corrienteconstante de - A
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Direccin de la corriente La direccin de la corriente con"encional siempre
es la misma que la direccin en la que semo"eran las cargas positi"as% incluso si lacorriente real consiste en un Mujo de electrones.
56Consulta: A qu velocidad viajan los electrones en un conductor?
Por qu la direccin de la corriente se toma de positivo a negativo?
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Fuente electromotrizEs un dispositi"o que con"ierte la energa qumica%mecnica u otras formas de ella en la energael&ctrica necesaria para mantener un Mujo continuode carga el&ctrica.
Las fuentes de fem mas conocidas son la $atera yel generador. La $atera con"ierte la energaqumica en energa el&ctrica% y el generadortransforma la energa mecnica en energael&ctrica.
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NesistenciaEs la oposicin que presentan los materiales a queMuya la carga el&ctrica.
Es independiente de la fem aplicada y de la
corriente que pasa a tra"&s de ellos.
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Cipos de resistencias
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Ley de o2m
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La corriente +ue circula por un conductor dado es directamente proporcionala la di(erencia de potencial entre sus puntos e,tremos
Consulta: Qu aparato se utiliza para medir exclusivamente la corriente elctrica?Qu aparato se utiliza para medir exclusivamente el voltaje?
Aparatos elctricos con altas resistencias?
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Nepaso 9Ju& representa un ampere 9De qu& depende la resistencia de un material 9Jue es la fuerza electromotriz 9Por qu& el capacitor no es considerado dentro de
la fuerza electromotriz 9La resistencia depende de la corriente o
"ice"ersa Escri$a la ley de 2m
Escri$a la ley de 2m en funcin del "oltaje.
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Nesistencias en serie
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El diferencial de potencial total es la sumatoria delos potenciales de cada resistencia.
La corriente es la misma para todas las
resistencias.
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Ejemplo$tener la ecuacin de la resistencia total de (
resistencias en serie.
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Nesistencias en Paralelo
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El diferencial de potencial total es el mismo paratodas las resistencias.
La corriente es la suma de cada una de lasresistencias.
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Ejemplo alcular la resistencia total del circuito de (
resistencias en paralelo.
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Ejemplo
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-alcular la corriente $ volta"e +ue pasa por las resistencias
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Ejemplo
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-alcular la corriente $ volta"e +ue pasa por las resistencias
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Ley de Qirc2oR La suma de las corrientes de entrada en un nodo
es igual a la suma de corrientes de salida.
La suma de las cadas y su$idas de pontecial en
una malla es igual a ,.
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Neglas al tomar en cuentalas mallas
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Ejemplo
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-alcule el valor de las corrientes .1# .2 e .3 utili/ando le$es de irc'o((
Las le$es de irc'o(( sirven para anali/ar los circuitosdonde no se pueden simpli(icar las resistencias
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Ejemplo alcule el "alor de las corrientes tomando encuenta que el sWitc2 < esta cerrado.
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Ejemplo
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-alcule el valor $ direcci!n de las coriientes
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Ley de oule