Clase 8. Electricidad.ppt

Electricidad
Lic. Juan Carlos Ugas
Noviembre de 2022

CONTENIDOS DE ACTIVIDADES DE CAPACITACIÓN
TEMAS ACTIVIDADES
Sistemas convencionales de unidades.
Vectores y Escalares.
Álgebra vectorial.
Aplicaciones vectoriales.
Revisión de contenidos teóricos y resolución de ejercicios prácticos
Velocidad.
Aceleración.
Movimientos uniformes y uniformemente variados.
Gráficos de d v/s t y v v/s t.
Leyes de Newton.
Movimiento e impulso, conservación de la energía.
Trabajo, Potencia y Energía.
Energía cinética y Potencial.
Energía potencial en un resorte (ley de Hooke)
Coeficiente de roce estático y cinético.
Conservación de la energía.
Movimiento circular, el radián, velocidad angular.
Movimiento circular el plano, fuerza centrífuga y centrípeta.
Movimiento armónico simple (sin aplicar cálculo diferencial)
Densidad, densidad relativa, peso específico, presión.
Principio de Arquímedes.
Flotabilidad.
Presión en el interior de un líquido.
Naturaleza del calor.
Calor como forma de energía.
Escalas termo-matrices.
Equivalente mecánico del calor.
Dilatación térmica en sólidos, líquidos y gases.
Calor específico.
Cambios de estado, calor latente.
Primera ley de termodinámica.
Segunda ley de la termodinámica.
Campos eléctricos.
Ley de COULOMB.
Intensidad de campo.
Potencial eléctrico.
Revisión conceptual de ecuaciones y conceptos Recopilación clases teóricas
Revisión de aplicaciones de ecuaciones y conceptos Ejercicios resueltos tipo prueba
Prueba Prueba

Concepto de Electrostática
 La electrostática es la parte de la física que
estudia la electricidad en la materia.
 Se preocupa de la medida de la carga
eléctrica o cantidad de electricidad presente
en los cuerpos
 De los fenómenos asociados a las cargas
eléctricas en reposo
Laboratorio Virtual:
http://www.mailxmail.com/curso/excelencia/historia_fisica/capitulo6.htm

ELECTROSTÁTICA
Electricidad = “elektron” = ámbar
Configuración molecular susceptible de “entregar” electrones

ELECTRICIDAD
• Propiedad de la
naturaleza
• Reflejo macroscópico del
mundo microscópico
• NIVEL: Atómico
– Núcleo
• Protones
• Neutrones
– Corteza
• Electrones

ELECTRICIDAD
Átomo de helio Átomo de cobre
UN ELECTRÓN MÁS LIBRE

Conductores & Aislantes
A es un conductor de cobre y B es un
aislante de neón
Laboratorio Virtual: 1.(conductores)
1. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/conductor2/conductor2.htm

 Cuando un cuerpo neutro es electrizado, sus cargas
eléctricas, bajo la acción de las fuerzas correspondientes,
se redistribuyen hasta alcanzar una situación de
equilibrio.
 Conductores son los que llevan la electricidad y la dejan
pasar por ellos.
 Aislantes al contrario son los que no dejan pasar la
electricidad y aíslan la electricidad.

 Los átomos de las sustancias conductoras poseen
electrones externos muy débilmente ligados al núcleo en
un estado de semilibertad que les otorga una gran
movilidad, tal es el caso de los metales.
 En las sustancias aislantes, los núcleos atómicos retienen
con fuerza todos sus electrones, lo que hace que su
movilidad sea escasa.
 Los semiconductores pueden alterar sus propiedades
conductoras con cierta facilidad mejorando
prodigiosamente su conductividad, ya sea con pequeños
cambios.

 A temperaturas cercanas al cero absoluto, ciertos metales
adquieren una conductividad infinita, es decir, la
resistencia al flujo de cargas se hace cero, esos son los
superconductores.
 Una vez que se establece una corriente eléctrica en un
superconductor, los electrones fluyen por tiempo
indefinido.

Carga por Fricción
 La fricción como ya se sabe, trae muchas cosas por
descubrir una de ellas es la transferencia de electrones
de un material a otro, nos podemos dar cuenta de esto
cuando nos peinamos o acariciamos un gato.
 Hay materiales que mediante la fricción quedan
electrizados durante un tiempo, y esto es por la
transferencia de electrones de un cuerpo a otro.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/fuerza/fuerza.htm#Electric
idad%20por%20frotamiento

Carga por Contacto
 Se puede transferir electrones de un material a otro por
simple contacto.
 Si el objeto es buen conductor la carga se distribuye en
toda su superficie porque las cargas iguales se repelen
entre sí.
 Si se trata de un mal conductor puede ser necesario tocar
con la barra varias partes del objeto para obtener una
distribución de carga más o menos uniforme.
http://www.cec.uchile.cl/~cutreras/apuntes/node6.html#SECTION00213000000000000000

Carga por Inducción
 Si acercamos un objeto con carga a una superficie
conductora, aún sin contacto físico los electrones se
mueven en la superficie conductora.
 La inducción es un proceso de carga de un objeto sin
contacto directo.
 Cuando permitimos que las cargas salgan de un
conductor por contacto, decimos que lo estamos
poniendo a tierra.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/inducida/inducida.htm

Durante las tormentas eléctricas
se llevan a cabo procesos de
carga por inducción. La parte
inferior de las nubes, de carga
negativa, induce una carga
positiva en la superficie terrestre.
Carga por Inducción

Polarización de la Carga
 Por inducción un lado del átomo o molécula se hace
ligeramente más positivo o negativo que el lado opuesto,
por lo que decimos que el átomo está eléctricamente
polarizado.
 Si se acerca un objeto negativo los objetos que van a ser
atraídos van a mandar los electrones al otro extremo
mientras que los positivos van a estar más pegados al
objeto.
 Se presenta el fenómeno de polarización cuando trozos de
papel neutros son atraídos por un objeto cargado o cuando
se coloca un globo cargado en una pared.
(Siguiente diapositiva)

Campo y Potencial Eléctrico
Campo Eléctrico
Potencial Eléctrico
Físico italiano
Alessandro Volta
(1745-1827)
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/electrico/cElectrico.html

Campo Eléctrico
 El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un
conjunto de cargas es aquella región del espacio en
donde se dejan sentir sus efectos.
 Si en un punto cualquiera del espacio en donde está
definido un campo eléctrico se coloca una carga de
prueba o carga testigo, se observará la aparición de
fuerzas eléctricas, es decir, de atracciones o de
repulsiones sobre ella.
 Una forma de describir las propiedades del campo sería
indicar la fuerza que se ejercería sobre una misma carga
si fuera trasladada de un punto a otro del espacio.

Campo Eléctrico
 La expresión del módulo de la intensidad de campo E
puede obtenerse fácilmente para el caso sencillo del
campo eléctrico creado por una carga puntual Q sin más
que combinar la ley de Coulomb con la definición de E.
La fuerza que Q ejercería sobre una carga unidad positiva
1+ en un punto genérico P distante r de la carga central Q
viene dada, de acuerdo con la ley de Coulomb, por:
 Su expresión matemática:

Potencial Eléctrico
 El concepto de energía potencial por unidad de carga
recibe un nombre especial: potencial eléctrico
 La unidad del Sistema Internacional que mide el potencial
eléctrico es el volt
 En cualquier punto la energía potencial por unidad de
carga es la misma cualquiera que sea la cantidad de carga.
 El símbolo del volt es V. Puesto que la energía potencial se
mide en joules y la carga en coulombs:

LEY DE COULOMB
Describe un campo eléctrico.
CAMPO: Espacio dotado de propiedades medibles (Ej: una
fuerza).
CAMPO ELECTRICO: Espacio donde se siente (mide) la
acción de una fuerza.

Fuerzas y Cargas Eléctricas
 La unidad natural de carga eléctrica es el electrón,
que es la menor cantidad de carga eléctrica que
puede existir.

Ley de Coulomb
 Charles Coulomb (1736-1806), fué el que creó la ley.
 Cuando se consideran dos cuerpos cargados
(supuestos puntuales), la intensidad de las fuerzas
atractivas o repulsivas que se ejercen entre sí es
directamente proporcional al producto de sus cargas e
inversamente proporcional al cuadrado de las
distancias que las separa, dependiendo además dicha
fuerza de la naturaleza del medio que les rodea.
 Como fuerzas de interacción, las fuerzas eléctricas se
aplican en los respectivos centros de las cargas y están
dirigidas a lo largo de la línea que los une.

LEY DE COULOMB
Fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido
entre el cuadrado de la distancia que las separa.
La constante de proporcionalidad K depende del medio que
rodea a las cargas.
APLICACIÓN FUNDAMENTAL: Calcular la intensidad de
campo (E) que se aplica a una carga en el campo de otra

ELECTRODINAMICA
Cuando se emplea como soporte un material conductor de la
corriente eléctrica (cobre), los electrones pueden
desplazarse.
Lo único necesario es un “fuerza electromotriz” dada por
un cuerpo con carga eléctrica (ámbar, pila eléctrica).

ELECTRODINAMICA
Corriente eléctrica es la circulación de cargas o electrones a través de un
circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo
positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM).
1. Fuente de fuerza electromotriz (FEM).
2. Conductor.
3. Carga o resistencia conectada al
circuito.

ELECTRODINAMICA
La intensidad del flujo de los electrones de una corriente
eléctrica que circula por un circuito cerrado depende
fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) que se
aplique y de la resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso
de esa corriente la carga o consumidor conectado al
circuito
INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA
El tubo del depósito "A", al tener un diámetro
reducido, ofrece más resistencia a la salida del
líquido que el tubo del tanque "B", que tiene
mayor diámetro.
Por tanto, el caudal o cantidad. de agua que
sale por el tubo "B" será mayor que la que sale
por el tubo "A".

ELECTRODINAMICA
Equivale una carga eléctrica de un coulomb por segundo
( 1C/seg ) circulando por un circuito eléctrico.
Son 6 300 000 000 000 000 000 = ( 6,3 · 1018 )
(seis mil trescientos billones) de electrones por segundo
fluyendo por el conductor de dicho circuito.
MEDIDA DE INTENSIDAD: AMPERE
Por tanto, la intensidad (I) de una corriente eléctrica equivale a la cantidad de carga
eléctrica ( Q o E ) en coulomb que fluye por un circuito cerrado en una unidad de
tiempo. Este cálculo es posible gracias a la ley de Ohm, que relaciona los conceptos
de intensidad , resistencia y potencia.

ELECTRODINAMICA
LEY DE OHM
El flujo de corriente en ampere (I) que circula por un circuito eléctrico
cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado (E), e
inversamente proporcional a la resistencia en ohm (R) de la carga que tiene
conectada.

ELECTRODINAMICA
RESISTENCIA ELECTRICA
Oposición que encuentra la
corriente al pasar por un circuito
eléctrico cerrado, atenuando o
frenando el libre flujo de
circulación de los electrones.
Dependerá de l tipo de material ( ) , de la longitud (l) y del
área transeccional (s).

ELECTRODINAMICA
CIRCUITO ELECTRICO

ELECTRODINAMICA
CONDENSADORES
Dispositivo que almacena carga eléctrica.
En su forma más sencilla, está formado por :
1. Dos placas metálicas (armaduras) : Superficie equipotencial
2. Separadas por una lámina no conductora o dieléctrico.
Su capacidad la describe la fórmula:

Conservación de la Carga
 Todo objeto cuyo número de electrones sea distinto al
de protones tiene carga eléctrica. Si tiene más
electrones que protones la carga es negativa. Si tiene
menos electrones que protones, la carga es positiva.
 Cuando un cuerpo es electrizado por otro, la cantidad
de electricidad que recibe uno de los cuerpos es igual
a la que cede el otro
 La conservación de la carga es una de las piedras
angulares de la física, a la par con la conservación de
la energía de la cantidad de movimiento.

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