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ELECTRICIDAD

La electricidad o energía eléctrica se produce porque la materia se puede cargar eléctricamente.

Los electrones poseen una carga negativa y los protones una carga positiva. Estas cargas se contrarrestan unas a otras para que el objeto resulte neutro (no cargado). Pero al frotar, por ejemplo, un globo sobre un polerón los electrones saltan del polerón al globo y éste se carga de electricidad. El globo pasa a tener más electrones que protones y se carga negativamente; mientras el polerón, con más protones que electrones, se carga positivamente.

La electricidad se puede trasmitir de un punto a otro conduciéndola a través de distintos objetos o materiales.

Todos los cuerpos pueden trasmitir energía eléctrica, pero existen unos que son mejores trasmisores de energía eléctrica (conductores, como los metales) que otros, a los cuales les cuesta más o simplemente no permiten el paso de ella (aisladores o malos conductores).

Para generar energía eléctrica necesitamos de motores eléctricos, pilas, generadores, los cuales hacen que se pueda cargar un objeto y así poder transferir la electricidad.

FUERZAS ELÉCTRICAS Y CAMPOS ELÉCTRICOS

Fuerzas Eléctricas

Es la fuerza natural que sucede entre dos cuerpos electrizados. La fuerza eléctrica entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente proporcional a la distancia  que las separa al cuadrado.

PROPIEDADES DE LA CARGA ELÉCTRICA

Algunos experimentos sencillos demuestran la existencia de fuerzas y cargas eléctricas. Por ejemplo, después de pasar un peine por el cabello en un día seco, descubrirá que el peine puede atraer pedacitos de papel y que la fuerza atractiva es lo suficiente mente fuerte para sostener los trocitos de papel, el mismo efecto se puede observar con el vidrio y el caucho si se frotan con seda o piel. Otro experimento es frotar con tela sintética un globo inflado el cual se adhiere a una pared durante horas. Cuando los materiales se comportan así se dice que están electrificados o se han cargado eléctricamente. Estos experimentos funcionan mejor en días secos ya que la humedad relativa en el aire puede ocasionar que la carga acumulad se escape a tierra.

La carga eléctrica sobre una barra de vidrio se denomina positiva(+) cualquier cuerpo que sea repelido por la barra de vidrio debe tener carga positiva, cualquier cuerpo que sea atraído tendrá carga negativa. La carga en una barra de caucho se denomina negativa(-), y cualquier cuerpo que es atraído por una barra de caucho debe tener carga positiva, cualquier cuerpo que sea repelido tendrá carga negativa .

Las carga eléctricas de atracción son responsables del comportamiento de productos comerciales: Por ejemplo, el plástico en lentes de contacto (etafilocom) el cual esta hecho de moléculas que atraen eléctricamente las moléculas de las proteínas en las lagrimas humanas, las que son absorbidas y sostenidas por el plástico de tal forma que los lentes os al fina están formados de lagrimas humanas, de esta forma el ojo no percibe al lente como un objeto extraño. Muchos cosméticos utilizan esta ventaja de las fuerzas eléctricas al incorporan materiales que son atraídos eléctricamente ala piel o el cabello permitiendo que permanezcan en su lugar una vez aplicados.

La carga eléctrica siempre se conserva, cuando un cuerpo se frota con otro, no se recrea carga en el proceso, la electrificación se debe a una transferencia de cargas de un cuerpo a otro. Un cuerpo gana carga eléctrica negativa mientras que otro gana carga eléctrica positiva. Apartir de la comprensión de la estructura atómica se sabe que los electrones tienen carga eléctrica negativa y nos permite comprender que al frotar vidrio en seda los electrones son transferidos de el vidrio a la seda, de igual manera al frotar caucho con piel los electrones se transfieren de la piel a la caucho, con lo cual la piel se queda con carga positiva (falta de electrones) y el caucho con carga negativa (exceso de electrones).

Propiedades de la carga eléctrica:

• La carga se conserva
• La carga esta cuantizada
• Existen dos tipos de carga en la naturaleza positivas y negativas

AISLANTES Y CONDUCTORES

Los cuerpos, según su capacidad de trasmisión de la corriente eléctrica, son clasificados en conductores y aisladores.
Conductores son los que dejan traspasar a través de ellos la electricidad.
Entre éstos tenemos a los metales como el cobre.
En general, los metales son conductores de la electricidad

Aisladores o malos conductores, son los que no permiten el paso de la corriente eléctrica, ejemplo: madera, plástico, etc

LEY DE COULOMB

Podemos definir la Ley de Coulomb como la ley que determina  las propiedades de fuerza electrostática que surgen de una o varias fuerzas eléctricas. Guarda una gran similitud con la Ley de Gravitación Universal.
Fue  enunciada por Charles-Augustin de Coulomb en 1785, gracias a una balanza de torsión con la que realizaba los experimentos (midiendo así la fuerza de atracción o de repulsión que sufrían dos cargas eléctricas).
Según lo enunciado por Coulomb podemos decir que:

La fuerza eléctrica ejercida entre dos cuerpos cargados eléctricamente, es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que están separados.

La ecuación de la ley de Coulomb es la siguiente:

F = es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (función de que las cargas sean positivas o negativas).
q = son las cargas sometidas al experimento.
Epsilon = permitividad.
ud = vector director que une las cargas q1 y q2.
d = distancia entre las cargas.

CAMPO ELÉCTRICO

En física, ‘campo’ es la zona del espacio donde se manifiestan fuerzas. Por ejemplo, el campo gravitatorio sería la zona donde hay una fuerza gravitatoria responsable de que los cuerpos tengan un determinado peso. Un campo electromagnético es una zona donde existen campos eléctricos y magnéticos, creados por las cargas eléctricas y su movimiento, respectivamente.

Los campos electromagnéticos se dan de forma natural en nuestro entorno y nuestro organismo está habituado a convivir con ellos a lo largo de nuestras vidas: por ejemplo, el campo eléctrico y magnético estático natural de la Tierra, los rayos X y gamma provenientes del espacio y los rayos infrarrojos, y ultravioletas que emite el sol, sin olvidar que la propia luz visible es una radiación electromagnética. Además, estamos sometidos a numerosos tipos de campos electromagnéticos de origen artificial como las radiofrecuencias utilizadas en telefonía móvil, ondas de radio y televisión, sistemas antirrobo, detectores de metales, radares, mandos a distancia, comunicación inalámbrica, etc.

Todos ellos forman parte del «espectro electromagnético» y se diferencian en su frecuencia. La frecuencia determina sus características físicas y, por tanto, los efectos biológicos que pueden producir en los organismos expuestos a ellos. A frecuencias muy altas, la energía que transmite una onda electromagnética es tan elevada que puede llegar a dañar el material genético de la célula (el ADN) y ser capaz de iniciar un proceso cancerígeno; éste es el caso de los rayos X. A las radiaciones situadas en esta zona del espectro se les conoce como ‘ionizantes’.

LINEAS DE CAMPO ELÉCTRICO

Una forma de representar el campo eléctrico es dibujando líneas tangentes al vector \vec{E} en todos sus puntos. Dichas líneas se llaman líneas de fuerza.

Las líneas de campo eléctrico salen de las cargas positiva y entran en las negativas.
El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a la magnitud de dicha carga.
Dos líneas de campo no pueden cortarse nunca. De lo contrario, en el punto de corte existirían dos vectores campo distintos (que no es posible).
Existe una relación entre el espaciado ente las líneas y la intensidad del campo, cuanto más próximas se encuentran las líneas mayor es la intensidad del campo.
Si un campo es uniforme, las líneas de campo son rectas paralelas.

ENERGIA ELECTRICA

Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía térmica.
Diferencia de potencial y potencial eléctrico
Potencial eléctrico
Es una magnitud escalar que se aplica para medir el campo eléctrico en cada uno de sus puntos
Definición operacional: «Potencial del campo eléctrico en un punto «A» es el resultado de dividir, el trabajo realizado por las fuerzas de campo eléctrico para desplazar la carga de prueba «q», desde «A» hasta el infinito (donde se supone que el potencial eléctrico es nulo); entre el valor de la carga de prueba «q», es decir ==> VA = (TA → oo)/q
El potencial eléctrico puede ser positivo o negativo, según lo sea la carga Q que genera el campo eléctrico

 Diferencia de Potencial eléctrico
Tiene el mismo significado físico del potencial eléctrico, sol que, se habla de un trabajo eléctrico realizado entre dos puntos a distancia finita de la carga que genera el campo
Definición operacional: «La Diferencia de Potencial entre dos puntos «A» y «B» de un campo eléctrico, es el resultado de dividir, el trabajo realizado por las fuerzas de campo eléctrico para desplazar la carga de prueba «q», desde «A» hasta «B» (donde se supone que el potencial eléctrico no necesariamente sea nulo); entre el valor de la carga de prueba «q», es decir ==> VA – VB = (T A  B)/q
La diferencia de potencial puede ser positiva, negativa o nula, según lo sea el trabajo eléctrico para desplazar la carga de prueba en el campo en cuestión
Potencial eléctrico
El potencial eléctrico o potencial electrostático en un punto es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una cargapositiva q desde el punto de referencia,1 dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Matemáticamente se expresa por:

El potencial eléctrico sólo se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en movimiento debe recurrirse a los potenciales de Liénard-Wiechert para representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz. Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuenta con energía y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde el exterior del campo hasta el punto considerado. La unidad del sistema internacional es el voltio (V). Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman una superficie equipotencial. Una forma alternativa de ver al potencial eléctrico es que a diferencia de la energía potencial eléctrica o electrostática, él caracteriza sólo una región del espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca allí.
Energía potencial
En un sistema físico, la energía potencial es la energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele abreviarse con la letra  o  .
La energía potencial puede presentarse como energía potencial gravitatoria, energía potencial electrostática, y energía potencial elástica.
Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.
Potencial de un Conductor Cargado
Cuando un conductor solido en equilibrio tiene una carga neta,esta se halla en la superficie exterior del conductor, por lo cual cadapunto del conductor cargado en equilibrio esta al mismo potencial. Enresumen la superficie de cualquier conductor cargado en equilibrio esuna superficie equipotencial, siendo el campo eléctrico cero en elinterior del conductor, que el potencial es constante en cualquier partedel interior del conductor e igual al valor que tiene en la superficie.V1 + V2 = -12E ds = 0
La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. 1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

RESISTENCIA ELÉCTRICA

igualdad de oposición que tienen los electrones para desplazarse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el sistema internacional es el ohm, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán George Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre. La resistencia está dada por la siguiente fórmula:

CORRIENTE ELECTRICA

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

Tipos de circuitos eléctricos

Es tan común la aplicación del circuito eléctrico en nuestros días que tal vez no le damos la importancia que tiene. El automóvil, la televisión, la radio, el teléfono, la aspiradora, las computadoras y videocaseteras, entre muchos y otros son aparatos que requieren para su funcionamiento, de circuitos eléctricos simples, combinados y complejos.

Circuito en serie

Circuito en paralelo

Circuito con un timbre en serie con dos ampolletas en paralelo

Circuito con dos pilas en paralelo

LEYES DE KIRCHHOFF

Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Fueron descritas por primera vez en 1845 por Gustav Kirchhoff. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica.

Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchhoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son muy utilizadas en ingeniería eléctrica e ingeniería eléctronica para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.

PRIMERA LEY DE KIRCHHOF

En un circuito eléctrico, es común que se generen nodos de corriente. Un nodo es el punto del circuito donde se unen mas de un terminal de un componente eléctrico. Si lo desea pronuncie “nodo” y piense en “nudo” porque esa es precisamente la realidad: dos o mas componentes se unen anudados entre sí (en realidad soldados entre sí). En la figura 1 se puede observar el mas básico de los circuitos de CC (corriente continua) que contiene dos nodos.

SEGUNDA LEY DE KIRCHHOF

Cuando un circuito posee mas de una batería y varios resistores de carga ya no resulta tan claro como se establecen la corrientes por el mismo. En ese caso es de aplicación la segunda ley de kirchoff, que nos permite resolver el circuito con una gran claridad.