Este documento presenta un borrador de apuntes sobre electricidad y magnetismo. Explica conceptos básicos como vectores, campos eléctricos y magnéticos, cargas eléctricas, leyes de Gauss, Kirchhoff y Faraday. Incluye temas como potencial eléctrico, condensadores, corriente eléctrica, circuitos RC, RL y RCL. El autor invita a los lectores a enviar comentarios para mejorar el documento.
Ejercicios resueltos de ElectromagnetismoIndependiente
1) El documento presenta una serie de problemas resueltos de electromagnetismo, organizados en secciones como fuerza eléctrica, campo eléctrico, ley de Gauss, potencial eléctrico, condensadores y campos electromagnéticos estáticos. 2) Cada sección contiene enunciados de problemas y sus respectivas soluciones. 3) El documento provee una guía de problemas y soluciones de electromagnetismo para apoyar el aprendizaje del tema.
This document is the table of contents and preface for the 8th edition of the textbook "Circuitos Eléctricos" by Richard C. Dorf and James A. Svoboda published by Alfaomega Grupo Editor. The textbook covers basic circuit analysis and is intended for undergraduate electrical engineering students. New features in this edition include greater emphasis on the use of PSpice and MATLAB for circuit problems and revisions to improve clarity. Over 1,350 problems are included ranging from basic to challenging.
El documento describe las configuraciones de circuitos en serie y en paralelo. Explica que dos elementos están en paralelo si comparten dos puntos en común y proporciona ejemplos. Además, detalla cómo calcular la conductancia y resistencia total de circuitos con múltiples resistores en paralelo usando fórmulas. Finalmente, presenta ejercicios resueltos sobre cómo determinar la resistencia total en diferentes configuraciones de circuitos en paralelo.
El documento describe el funcionamiento del MOSFET en modo de empobrecimiento. Explica que cuando se aplica una tensión negativa a la puerta, se produce un estrechamiento en el canal debido al empobrecimiento de portadores, lo que reduce la corriente de drenador. También describe las curvas características del MOSFET en modo de empobrecimiento, mostrando cómo la corriente varía con las tensiones aplicadas a la puerta y al drenador.
Este documento presenta los teoremas fundamentales de circuitos eléctricos. Explica conceptos básicos como circuitos eléctricos, teoría de circuitos y teoremas. Luego, detalla varios teoremas importantes como el teorema de sustitución, el teorema de superposición, el teorema de Thévenin, el teorema de Norton, entre otros. Para cada teorema, incluye el enunciado, demostración, ejemplos y ejercicios resueltos. El objetivo es proporcionar una gu
La recta de carga es una herramienta gráfica que muestra la relación entre la corriente de colector (Ic) y la tensión colector-emisor (Vce) de un transistor. Se obtiene al graficar la ecuación Vce=Vcc-Ic(Rc+Re), la cual tiene pendiente negativa. La recta de carga determina los valores máximos y mínimos de Ic y Vce. El punto de trabajo Q representa el punto de operación del transistor bajo polarización continua.
Este documento presenta 9 ejercicios de programación de PLC resueltos con Step 7 que cubren temas como contactos en serie y paralelo, marcas, instrucciones SET y RESET, observación de variables, simulación y temporizadores. Los ejercicios muestran soluciones en los lenguajes AWL, KOP y FUP para automatizar diferentes circuitos eléctricos y funciones de programación.
Este manual describe el software de simulación Scada PC_Simu. Explica cómo crear y editar documentos de simulación, agregar elementos como interruptores, motores, válvulas y detectores, y simular el intercambio de información de entrada y salida. También cubre cómo analizar datos digitales y analógicos durante una simulación.
Ejercicios resueltos de ElectromagnetismoIndependiente
1) El documento presenta una serie de problemas resueltos de electromagnetismo, organizados en secciones como fuerza eléctrica, campo eléctrico, ley de Gauss, potencial eléctrico, condensadores y campos electromagnéticos estáticos. 2) Cada sección contiene enunciados de problemas y sus respectivas soluciones. 3) El documento provee una guía de problemas y soluciones de electromagnetismo para apoyar el aprendizaje del tema.
This document is the table of contents and preface for the 8th edition of the textbook "Circuitos Eléctricos" by Richard C. Dorf and James A. Svoboda published by Alfaomega Grupo Editor. The textbook covers basic circuit analysis and is intended for undergraduate electrical engineering students. New features in this edition include greater emphasis on the use of PSpice and MATLAB for circuit problems and revisions to improve clarity. Over 1,350 problems are included ranging from basic to challenging.
El documento describe las configuraciones de circuitos en serie y en paralelo. Explica que dos elementos están en paralelo si comparten dos puntos en común y proporciona ejemplos. Además, detalla cómo calcular la conductancia y resistencia total de circuitos con múltiples resistores en paralelo usando fórmulas. Finalmente, presenta ejercicios resueltos sobre cómo determinar la resistencia total en diferentes configuraciones de circuitos en paralelo.
El documento describe el funcionamiento del MOSFET en modo de empobrecimiento. Explica que cuando se aplica una tensión negativa a la puerta, se produce un estrechamiento en el canal debido al empobrecimiento de portadores, lo que reduce la corriente de drenador. También describe las curvas características del MOSFET en modo de empobrecimiento, mostrando cómo la corriente varía con las tensiones aplicadas a la puerta y al drenador.
Este documento presenta los teoremas fundamentales de circuitos eléctricos. Explica conceptos básicos como circuitos eléctricos, teoría de circuitos y teoremas. Luego, detalla varios teoremas importantes como el teorema de sustitución, el teorema de superposición, el teorema de Thévenin, el teorema de Norton, entre otros. Para cada teorema, incluye el enunciado, demostración, ejemplos y ejercicios resueltos. El objetivo es proporcionar una gu
La recta de carga es una herramienta gráfica que muestra la relación entre la corriente de colector (Ic) y la tensión colector-emisor (Vce) de un transistor. Se obtiene al graficar la ecuación Vce=Vcc-Ic(Rc+Re), la cual tiene pendiente negativa. La recta de carga determina los valores máximos y mínimos de Ic y Vce. El punto de trabajo Q representa el punto de operación del transistor bajo polarización continua.
Este documento presenta 9 ejercicios de programación de PLC resueltos con Step 7 que cubren temas como contactos en serie y paralelo, marcas, instrucciones SET y RESET, observación de variables, simulación y temporizadores. Los ejercicios muestran soluciones en los lenguajes AWL, KOP y FUP para automatizar diferentes circuitos eléctricos y funciones de programación.
Este manual describe el software de simulación Scada PC_Simu. Explica cómo crear y editar documentos de simulación, agregar elementos como interruptores, motores, válvulas y detectores, y simular el intercambio de información de entrada y salida. También cubre cómo analizar datos digitales y analógicos durante una simulación.
Este documento describe la compensación de energía reactiva mediante la instalación de condensadores. Explica la naturaleza de la energía reactiva, el factor de potencia, y los métodos y beneficios de la compensación, incluyendo la reducción de tarifas de energía, pérdidas por efecto Joule, y caídas de tensión. También cubre temas como la ubicación y tipos de compensación usando principalmente condensadores.
El documento describe la importancia de la programación en la ingeniería electrónica. Explica que la programación es una herramienta fundamental para diseñar procesos automatizados y obtener resultados satisfactorios. También permite crear programas que calculen el funcionamiento de materiales eléctricos y electrónicos. Los lenguajes de programación son una herramienta esencial para resolver problemas en diferentes ramas del conocimiento como la ingeniería electrónica.
El documento describe el Diseño Asistido por Computadora (CAD), incluyendo que es una base de datos que permite diseñar en 2D y 3D usando geometría alámbrica. Explica los tipos de CAD analítico y paramétrico, y las ventajas del CAD como reducir costos y tiempos de diseño. También cubre la Ingeniería Asistida por Computadora (CAE) y la Fabricación Asistida por Computadora (CAM).
This document provides an introduction to pneumatics in industrial automation. It discusses the basics of compressed air systems, including air compression and distribution components like compressors, tanks, dryers and filters. Common pneumatic components like valves and actuators are also introduced. The principles of pneumatic pressure, flow and control are explained at a high level. Advantages of pneumatics like speed, force control and clean operation are contrasted with disadvantages like noise and efficiency losses. The document lays out pneumatic system design considerations and sets the stage for further modules on electropneumatics, PLC programming and industrial communication.
Este documento describe el diseño de un detector de color que utiliza fototransistores y diodos LED para detectar los colores rojo, verde y amarillo. Incluye cálculos teóricos y simulaciones para el amplificador y comparadores, así como el diseño de circuitos impresos y lista de componentes necesarios.
Este documento describe un experimento sobre resonancia en un circuito RLC en serie. Explica los conceptos teóricos de resonancia serie, incluyendo la fórmula para la frecuencia de resonancia. Detalla el procedimiento experimental para medir la frecuencia de resonancia, así como las variaciones de tensión, corriente e impedancia con respecto a la frecuencia. El objetivo es estudiar el comportamiento de un circuito resonante serie y verificar los resultados experimentales con los cálculos teóricos.
El documento describe los conceptos de función de transferencia, diagramas de Bode y su análisis en MATLAB. Una función de transferencia representa el comportamiento dinámico de un sistema usando la transformada de Laplace. Los diagramas de Bode analizan la respuesta en frecuencia de un sistema mostrando la ganancia y fase. MATLAB puede graficar polos, ceros y diagramas de Bode de funciones de transferencia para determinar la estabilidad de un sistema.
Este documento es la tercera edición del libro Fundamentos de Circuitos Eléctricos. Presenta conceptos básicos de circuitos eléctricos, incluyendo leyes de circuitos, análisis de circuitos, teoremas de circuitos, amplificadores operacionales, capacitores e inductores, y circuitos de primer y segundo orden. El libro también cubre circuitos de corriente alterna, incluyendo análisis en el dominio de la frecuencia y circuitos trifásicos y acoplados magnéticamente.
Este documento presenta un resumen de tres oraciones del libro "Teoría y Problemas de Electromagnetismo" de Joseph A. Edminister. Introduce conceptos básicos de álgebra vectorial, sistemas de coordenadas y notación vectorial necesarios para entender los temas de electromagnetismo que se abordan en los capítulos siguientes. Explica cómo representar vectores mediante componentes y define operaciones vectoriales como suma, resta, producto punto y producto vectorial. Además, describe sistemas de coordenadas cartesianas, esféricas
El zumbador o timbre de un celular es un dispositivo que produce sonido al recibir una llamada. Consiste de un electroimán, lámina flexible y martillo unido a una campana. Al cerrar el interruptor, la corriente activa el electroimán atrayendo la lámina y haciendo que el martillo golpee la campana para producir el sonido.
Solucion de problemas de teoria electromagneticaTensor
Este documento presenta la solución a 10 problemas relacionados con conceptos de electromagnetismo. Cada problema contiene la descripción del caso y la solución detallada de los cálculos involucrados. Los problemas abarcan temas como campo eléctrico, carga eléctrica, capacitancia y circuitos de capacitores.
Analisis cinematico de mecanismos analisis de velocidad (metodo Analitico y C...Angel Villalpando
Este documento presenta un análisis del método analítico para analizar la velocidad en mecanismos. Explica los conceptos de centros instantáneos de velocidad, que son puntos comunes a dos eslabones que tienen la misma velocidad instantánea. Describe cómo usar los centros instantáneos para realizar un análisis gráfico rápido de la velocidad de un mecanismo. También cubre el análisis de la velocidad de deslizamiento y la relación de velocidad angular entre la entrada y la salida de un me
Este documento describe las aplicaciones de diodos en circuitos de corriente directa (DC). Explica cómo los diodos se comportan como interruptores que permiten el flujo de corriente en una sola dirección. Presenta modelos de circuitos equivalentes para diodos polarizados directa e inversamente y analiza configuraciones de diodos en serie, paralelo y serie-paralelo mediante ejemplos numéricos. El objetivo es proporcionar una visión general de los fundamentos físicos de los diodos y cómo se usan en circuitos electrónicos.
Este documento trata sobre el electromagnetismo e incluye definiciones de campo eléctrico y potencial eléctrico. Explica que el campo eléctrico se define como una región del espacio modificada por la presencia de carga eléctrica que causa fuerzas sobre otras cargas. También define el campo eléctrico mediante la ley de Coulomb y mediante el uso de cuadrivectores y el principio de mínima acción. Además, describe líneas de campo eléctrico y cómo representan la dirección del campo
Este documento explica los conceptos de recta de carga estática y dinámica para transistores. La recta de carga estática representa los puntos de funcionamiento de un transistor para un circuito dado considerando solo fuentes de tensión continua. La recta de carga dinámica incluye tanto valores continuos como alternos para un transistor en un circuito. El margen dinámico indica cuánto puede variar el punto de trabajo alterno antes de que ocurra distorsión.
1) Una varilla conductora se mueve a través de un campo magnético, induciendo una fuerza electromotriz y una corriente eléctrica en la varilla.
2) Se calculan las fuerzas magnética y eléctrica actuando sobre los electrones, así como la fuerza electromotriz y la corriente inducida.
3) Se requiere aplicar una fuerza externa opuesta al movimiento para mantener la varilla en movimiento, absorbiendo una potencia de 10-7 W.
1) Un campo magnético variable puede inducir un fenómeno eléctrico en un circuito, como una corriente eléctrica. 2) Cuando se cierra un interruptor en un circuito primario, se induce una fem momentánea en un circuito secundario debido al cambio en el flujo magnético. 3) La ley de inducción de Faraday establece que la fem inducida es directamente proporcional al cambio en el flujo magnético a través de un circuito con el tiempo.
Este documento presenta un informe de proyecto sobre una bobina de Tesla con dos primarios. El proyecto tiene como objetivo demostrar las características y funcionamiento de la bobina de Tesla utilizando materiales como alambre, diodos y transistores. La bobina utiliza el principio de resonancia eléctrica para elevar la frecuencia de voltaje y generar descargas eléctricas de largo alcance. El proyecto también busca mostrar cómo este sistema puede aprovechar la energía irradiada para transportar energía inalámbricamente.
La pandemia de COVID-19 ha tenido un impacto significativo en la economía mundial y las vidas de las personas. Muchos países han impuesto medidas de confinamiento que han cerrado negocios y escuelas, y han pedido a la gente que se quede en casa tanto como sea posible para frenar la propagación del virus. A medida que los países comienzan a reabrir gradualmente, los expertos advierten que es probable que se produzcan nuevos brotes a menos que se realicen pruebas generalizadas y se implementen sistemas de rastreo de contactos para identificar rá
El documento describe las características y aplicaciones de los relés programables. Estos dispositivos permiten programar un circuito eléctrico virtual para automatizar instalaciones eléctricas de manera más económica y flexible que los relés convencionales. El documento se enfoca en el relé programable ZEN de Omron, revisando su estructura, cableado, programación y diferentes funciones como temporizadores, contadores y relojes.
Paper 101 bustamante lefranc osorio lefranc ieee ica-acca2016Independiente
El documento presenta un nuevo algoritmo para la detección de cáncer de mama basado en el filtro Crêne. Este algoritmo produce imágenes con mejor contraste de las microcalcificaciones, lo que permite una mejor detección del cáncer de mama en menos tiempo que métodos anteriores. El filtro solo tiene un parámetro que permite observar la textura al cambiarlo.
El documento describe la implementación de las TIC en la enseñanza universitaria de ciencias en la Universidad UPV. Inicialmente se crearon laboratorios virtuales y se adoptó la plataforma Moodle (2008). Hubo dificultades como la inestabilidad del servidor interno y resistencia de estudiantes. Luego se contrató un servidor externo y se expandió Moodle a carreras de salud. Hoy se usan cursos remediales virtuales, bancos de preguntas, y casos clínicos virtuales para mejorar la retención de estud
Este documento describe la compensación de energía reactiva mediante la instalación de condensadores. Explica la naturaleza de la energía reactiva, el factor de potencia, y los métodos y beneficios de la compensación, incluyendo la reducción de tarifas de energía, pérdidas por efecto Joule, y caídas de tensión. También cubre temas como la ubicación y tipos de compensación usando principalmente condensadores.
El documento describe la importancia de la programación en la ingeniería electrónica. Explica que la programación es una herramienta fundamental para diseñar procesos automatizados y obtener resultados satisfactorios. También permite crear programas que calculen el funcionamiento de materiales eléctricos y electrónicos. Los lenguajes de programación son una herramienta esencial para resolver problemas en diferentes ramas del conocimiento como la ingeniería electrónica.
El documento describe el Diseño Asistido por Computadora (CAD), incluyendo que es una base de datos que permite diseñar en 2D y 3D usando geometría alámbrica. Explica los tipos de CAD analítico y paramétrico, y las ventajas del CAD como reducir costos y tiempos de diseño. También cubre la Ingeniería Asistida por Computadora (CAE) y la Fabricación Asistida por Computadora (CAM).
This document provides an introduction to pneumatics in industrial automation. It discusses the basics of compressed air systems, including air compression and distribution components like compressors, tanks, dryers and filters. Common pneumatic components like valves and actuators are also introduced. The principles of pneumatic pressure, flow and control are explained at a high level. Advantages of pneumatics like speed, force control and clean operation are contrasted with disadvantages like noise and efficiency losses. The document lays out pneumatic system design considerations and sets the stage for further modules on electropneumatics, PLC programming and industrial communication.
Este documento describe el diseño de un detector de color que utiliza fototransistores y diodos LED para detectar los colores rojo, verde y amarillo. Incluye cálculos teóricos y simulaciones para el amplificador y comparadores, así como el diseño de circuitos impresos y lista de componentes necesarios.
Este documento describe un experimento sobre resonancia en un circuito RLC en serie. Explica los conceptos teóricos de resonancia serie, incluyendo la fórmula para la frecuencia de resonancia. Detalla el procedimiento experimental para medir la frecuencia de resonancia, así como las variaciones de tensión, corriente e impedancia con respecto a la frecuencia. El objetivo es estudiar el comportamiento de un circuito resonante serie y verificar los resultados experimentales con los cálculos teóricos.
El documento describe los conceptos de función de transferencia, diagramas de Bode y su análisis en MATLAB. Una función de transferencia representa el comportamiento dinámico de un sistema usando la transformada de Laplace. Los diagramas de Bode analizan la respuesta en frecuencia de un sistema mostrando la ganancia y fase. MATLAB puede graficar polos, ceros y diagramas de Bode de funciones de transferencia para determinar la estabilidad de un sistema.
Este documento es la tercera edición del libro Fundamentos de Circuitos Eléctricos. Presenta conceptos básicos de circuitos eléctricos, incluyendo leyes de circuitos, análisis de circuitos, teoremas de circuitos, amplificadores operacionales, capacitores e inductores, y circuitos de primer y segundo orden. El libro también cubre circuitos de corriente alterna, incluyendo análisis en el dominio de la frecuencia y circuitos trifásicos y acoplados magnéticamente.
Este documento presenta un resumen de tres oraciones del libro "Teoría y Problemas de Electromagnetismo" de Joseph A. Edminister. Introduce conceptos básicos de álgebra vectorial, sistemas de coordenadas y notación vectorial necesarios para entender los temas de electromagnetismo que se abordan en los capítulos siguientes. Explica cómo representar vectores mediante componentes y define operaciones vectoriales como suma, resta, producto punto y producto vectorial. Además, describe sistemas de coordenadas cartesianas, esféricas
El zumbador o timbre de un celular es un dispositivo que produce sonido al recibir una llamada. Consiste de un electroimán, lámina flexible y martillo unido a una campana. Al cerrar el interruptor, la corriente activa el electroimán atrayendo la lámina y haciendo que el martillo golpee la campana para producir el sonido.
Solucion de problemas de teoria electromagneticaTensor
Este documento presenta la solución a 10 problemas relacionados con conceptos de electromagnetismo. Cada problema contiene la descripción del caso y la solución detallada de los cálculos involucrados. Los problemas abarcan temas como campo eléctrico, carga eléctrica, capacitancia y circuitos de capacitores.
Analisis cinematico de mecanismos analisis de velocidad (metodo Analitico y C...Angel Villalpando
Este documento presenta un análisis del método analítico para analizar la velocidad en mecanismos. Explica los conceptos de centros instantáneos de velocidad, que son puntos comunes a dos eslabones que tienen la misma velocidad instantánea. Describe cómo usar los centros instantáneos para realizar un análisis gráfico rápido de la velocidad de un mecanismo. También cubre el análisis de la velocidad de deslizamiento y la relación de velocidad angular entre la entrada y la salida de un me
Este documento describe las aplicaciones de diodos en circuitos de corriente directa (DC). Explica cómo los diodos se comportan como interruptores que permiten el flujo de corriente en una sola dirección. Presenta modelos de circuitos equivalentes para diodos polarizados directa e inversamente y analiza configuraciones de diodos en serie, paralelo y serie-paralelo mediante ejemplos numéricos. El objetivo es proporcionar una visión general de los fundamentos físicos de los diodos y cómo se usan en circuitos electrónicos.
Este documento trata sobre el electromagnetismo e incluye definiciones de campo eléctrico y potencial eléctrico. Explica que el campo eléctrico se define como una región del espacio modificada por la presencia de carga eléctrica que causa fuerzas sobre otras cargas. También define el campo eléctrico mediante la ley de Coulomb y mediante el uso de cuadrivectores y el principio de mínima acción. Además, describe líneas de campo eléctrico y cómo representan la dirección del campo
Este documento explica los conceptos de recta de carga estática y dinámica para transistores. La recta de carga estática representa los puntos de funcionamiento de un transistor para un circuito dado considerando solo fuentes de tensión continua. La recta de carga dinámica incluye tanto valores continuos como alternos para un transistor en un circuito. El margen dinámico indica cuánto puede variar el punto de trabajo alterno antes de que ocurra distorsión.
1) Una varilla conductora se mueve a través de un campo magnético, induciendo una fuerza electromotriz y una corriente eléctrica en la varilla.
2) Se calculan las fuerzas magnética y eléctrica actuando sobre los electrones, así como la fuerza electromotriz y la corriente inducida.
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1) Un campo magnético variable puede inducir un fenómeno eléctrico en un circuito, como una corriente eléctrica. 2) Cuando se cierra un interruptor en un circuito primario, se induce una fem momentánea en un circuito secundario debido al cambio en el flujo magnético. 3) La ley de inducción de Faraday establece que la fem inducida es directamente proporcional al cambio en el flujo magnético a través de un circuito con el tiempo.
Este documento presenta un informe de proyecto sobre una bobina de Tesla con dos primarios. El proyecto tiene como objetivo demostrar las características y funcionamiento de la bobina de Tesla utilizando materiales como alambre, diodos y transistores. La bobina utiliza el principio de resonancia eléctrica para elevar la frecuencia de voltaje y generar descargas eléctricas de largo alcance. El proyecto también busca mostrar cómo este sistema puede aprovechar la energía irradiada para transportar energía inalámbricamente.
La pandemia de COVID-19 ha tenido un impacto significativo en la economía mundial y las vidas de las personas. Muchos países han impuesto medidas de confinamiento que han cerrado negocios y escuelas, y han pedido a la gente que se quede en casa tanto como sea posible para frenar la propagación del virus. A medida que los países comienzan a reabrir gradualmente, los expertos advierten que es probable que se produzcan nuevos brotes a menos que se realicen pruebas generalizadas y se implementen sistemas de rastreo de contactos para identificar rá
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El documento describe la implementación de las TIC en la enseñanza universitaria de ciencias en la Universidad UPV. Inicialmente se crearon laboratorios virtuales y se adoptó la plataforma Moodle (2008). Hubo dificultades como la inestabilidad del servidor interno y resistencia de estudiantes. Luego se contrató un servidor externo y se expandió Moodle a carreras de salud. Hoy se usan cursos remediales virtuales, bancos de preguntas, y casos clínicos virtuales para mejorar la retención de estud
Este documento discute los desafíos que enfrentan muchos estudiantes universitarios en su primer año y propone el uso de la tecnología y plataformas de aprendizaje como Moodle para brindar apoyo temprano, detección temprana de estudiantes en riesgo y oportunidades adicionales de aprendizaje para mejorar la retención y el rendimiento estudiantil.
Este documento presenta información sobre física nuclear. Explica los modelos atómicos de Thomson, Rutherford y Bohr, así como conceptos como los niveles de energía, emisión y absorción de radiación. También describe la estructura del núcleo atómico, los diferentes tipos de radiación, la estabilidad nuclear, los modos de decaimiento radiactivo y las leyes que rigen la desintegración. Finalmente, introduce conceptos como actividad radiactiva y vida media de isótopos radiactivos.
Este documento describe las ecuaciones diferenciales homogéneas. Explica que una ecuación es homogénea si los términos M y N tienen el mismo grado. Detalla dos métodos para determinar el grado: inspección y suma de exponentes. Finalmente, resume los pasos para resolver una ecuación diferencial homogénea mediante el cambio de variables y el método de variables separadas.
Este documento presenta cuatro ejemplos numéricos relacionados con campos eléctricos. El primer ejemplo calcula las fuerzas eléctrica y gravitacional entre un electrón y un protón en un átomo de hidrógeno. El segundo ejemplo encuentra la fuerza resultante sobre una carga puntual dada tres cargas en un triángulo rectángulo. El tercer ejemplo determina la ubicación de una carga donde la fuerza resultante es cero. El cuarto ejemplo calcula la magnitud de la carga en dos esferas idénticas colg
Problemas resueltos de Electromagnetismo: Desayunos de ElectroIndependiente
El documento presenta una serie de problemas y soluciones relacionados con conceptos de electrostática y magnetismo. Aborda temas como cargas eléctricas en equilibrio, densidad de carga en anillos y discos, campo eléctrico generado por configuraciones de cargas, fuerza magnética y leyes de Biot-Savart y Faraday. Cada sección presenta un problema, desarrolla su solución a través de ecuaciones y explicaciones conceptuales, y en algunos casos incluye problemas adicionales.
Problemas de Mecánica: Desayuno, el alimento importante.Independiente
Este documento presenta una serie de problemas y soluciones relacionados con conceptos de cinemática y dinámica. Aborda temas como movimiento uniformemente acelerado, velocidad, aceleración, momento lineal, energía y trabajo. Cada capítulo contiene múltiples problemas con sus respectivas soluciones paso a paso mediante ecuaciones y gráficos.
El documento discute los desafíos planteados por el avance de la inteligencia artificial, incluyendo su capacidad para generar contenido como ensayos, imágenes y películas de manera indistinguible de los humanos. Esto plantea interrogantes sobre cómo diferenciar lo real de lo ficticio y sobre el impacto en empleos y educación. Las instituciones educativas deben repensar sus objetivos para enseñar a estudiantes a analizar críticamente la información recibida.
Los jóvenes saltaron de un acantilado de 27 metros de altura al agua. Al calcular la velocidad de caída, se estimó que llegaron a 83 km/h. Al entrar al agua, fueron sometidos a fuerzas de arrastre y empuje que dependieron del área de contacto. Con un área menor de 0.04 m2 se calculó una fuerza media de 702 N, mientras que con un área mayor de 0.33 m2 la fuerza fue de 1261 N. La desaceleración inicial también varió significativamente dependiendo del área
Apuntes de soluciones de problemas de Física Mecánica, utilizando wxmaxima, programa de acceso libre .
El objetivo es presentar las posibilidades de hoy en la docencia de Física, y como se pueden abordar problema mas complejos con la ayuda de estos programas
Este documento presenta apuntes sobre procesamiento de imágenes médicas. Introduce conceptos básicos como representar imágenes como matrices y funciones bidimensionales. Explica operaciones comunes como suma, resta, producto y división de imágenes, y cómo estas pueden dar resultados diferentes dependiendo de si se usa o no un formato de 32 bits. También cubre operadores lógicos y cómo aplicarlos a números binarios que representan intensidades de píxeles. El documento servirá de guía para estudiantes de tecnología médica que apre
Este documento presenta una guía de ejercicios resueltos de Física Mecánica. Incluye 19 temas principales como vectores, cinemática, dinámica y energía, con múltiples ejercicios resueltos para cada tema. La guía busca ayudar a los estudiantes a comprender y aplicar los conceptos de mecánica a través de la práctica de ejercicios. También incluye enlaces adicionales de recursos en línea para apoyar el aprendizaje.
Medición del momento magnético de un imán usando un teléfono inteligente.Independiente
En esta publicación se presenta la medición del momento magnético de un imán inspirado en el dispositivo de “Viajes de las Estrella”: el tricorder, que es hace un símil con un teléfono inteligente por medio de una aplicación. No es un diseño complicado, ni tampoco fuera del alcance. Al contrario, está al alcance de los poseedores de un teléfono inteligente.
Este documento presenta el cálculo de los puntos de Lagrange (L1, L2, L3, L4 y L5) para los sistemas Tierra-Luna y Sol-Tierra. Usa las ecuaciones del movimiento newtoniano y el programa wxMaxima para resolverlas numéricamente y encontrar las posiciones de los puntos, incluyendo que el telescopio James Webb orbita el punto L2 de la Tierra-Luna a 1.1827d de distancia de la Tierra. También analiza la estabilidad de cada punto y encuentra que L1, L2 y L3
Este documento discute las precauciones que deben tomarse al usar funciones inversas trigonométricas en una calculadora. Explica que las funciones asin y acos están definidas solo para valores entre -1 y 1, mientras que la función atan está definida para todos los números reales pero con imagen entre -π/2 y π/2. Al calcular valores fuera de estos rangos, una calculadora puede dar resultados incorrectos. Se debe entender bien el dominio de definición de cada función para interpretar correctamente los resultados.
El documento presenta conceptos fundamentales sobre ondas, incluyendo:
1) Define una onda como una función matemática que satisface la ecuación de onda.
2) Explica que las ondas pueden ser planas, esféricas u onduladas dependiendo de su propagación en el espacio.
3) Introduce conceptos como periodo, frecuencia, longitud de onda y amplitud para caracterizar ondas periódicas tanto en el tiempo como en el espacio.
Este documento describe los tres mecanismos principales de transmisión de calor: conducción, convección y radiación. Explica las ecuaciones que rigen cada mecanismo y provee ejemplos de su aplicación, como el cálculo de la evolución de la temperatura a lo largo del tiempo en una barra sometida inicialmente a una fuente de calor en un extremo. También analiza la transmisión de calor por convección y deduce la ecuación diferencial que la describe.
Aquí están los pasos para resolver este problema:
1. Identificar las fuerzas actuantes:
- Peso del tornillo (mg hacia abajo)
- Tensión de la cuerda (T hacia arriba)
- Fuerza magnética (Fm hacia arriba)
2. Dibujar un diagrama de cuerpo libre y establecer el sistema de coordenadas.
3. Escribir las ecuaciones de equilibrio:
ΣFy = 0
mg - T - Fm = 0
4. Sustituir los valores conocidos:
mg = 100g * 9.8
Este documento presenta un código en wxMaxima y Gnuplot para calcular la trayectoria de un objeto en presencia de viscosidad. El código permite calcular el alcance del proyectil en función de la constante de viscosidad β y el ángulo de elevación. Los resultados muestran que a mayor valor de β, el alcance disminuye y el ángulo para alcance máximo también cambia, tomando valores menores. El alcance máximo disminuye rápidamente con el incremento de la viscosidad β.
Este documento contiene 6 ejercicios de mecánica con sus respectivas soluciones. Los ejercicios involucran temas como movimiento acelerado, proyectiles, sistemas de masas y resortes, y fuerzas de roce y viscosidad. El autor provee todos los datos y ecuaciones necesarias para que el lector pueda resolver cada problema paso a paso.
El documento presenta información sobre el laboratorio de física, incluyendo la importancia de realizar experimentos para comprobar las leyes de la naturaleza. Explica los sistemas de medidas y unidades, y métodos para determinar la precisión y exactitud de las mediciones. También cubre gráficos, rectificación de relaciones no lineales, y métodos para determinar la pendiente y constante de una recta de ajuste a datos experimentales.
Teoria de errores y grafico: laboratorioIndependiente
Este documento presenta un resumen de un apunte sobre teoría de errores y gráficos desarrollado por Miguel Bustamante. El apunte introduce conceptos como sistemas de medición, distribución normal, álgebra de errores, criterios de aproximación, cálculo de parámetros de rectas y curvas de ajuste, y formatos para informes de laboratorio. El prólogo invita a los lectores a colaborar para mejorar el contenido. La introducción explica la importancia de contrastar teorías con observaciones experimentales en ciencias.
José Luis Jiménez Rodríguez
Junio 2024.
“La pedagogía es la metodología de la educación. Constituye una problemática de medios y fines, y en esa problemática estudia las situaciones educativas, las selecciona y luego organiza y asegura su explotación situacional”. Louis Not. 1993.
Examen de Selectividad. Geografía junio 2024 (Convocatoria Ordinaria). UCLMJuan Martín Martín
Examen de Selectividad de la EvAU de Geografía de junio de 2023 en Castilla La Mancha. UCLM . (Convocatoria ordinaria)
Más información en el Blog de Geografía de Juan Martín Martín
http://blogdegeografiadejuan.blogspot.com/
Este documento presenta un examen de geografía para el Acceso a la universidad (EVAU). Consta de cuatro secciones. La primera sección ofrece tres ejercicios prácticos sobre paisajes, mapas o hábitats. La segunda sección contiene preguntas teóricas sobre unidades de relieve, transporte o demografía. La tercera sección pide definir conceptos geográficos. La cuarta sección implica identificar elementos geográficos en un mapa. El examen evalúa conocimientos fundamentales de geografía.
En la ciudad de Pasto, estamos revolucionando el acceso a microcréditos y la formalización de microempresarios informales con nuestra aplicación CrediAvanza. Nuestro objetivo es empoderar a los emprendedores locales proporcionándoles una plataforma integral que facilite el acceso a servicios financieros y asesoría profesional.
Business Plan -rAIces - Agro Business Techjohnyamg20
Innovación y transparencia se unen en un nuevo modelo de negocio para transformar la economia popular agraria en una agroindustria. Facilitamos el acceso a recursos crediticios, mejoramos la calidad de los productos y cultivamos un futuro agrícola eficiente y sostenible con tecnología inteligente.
3. Electricidad y magnetismo
Indice
¿Que son los vectores?..............................................................................................................5
Tarea 1......................................................................................................................5
Bases vectoriales..............................................................................................................5
Tarea 2......................................................................................................................6
Definición: Producto interno..................................................................................6
Definición: Vectores ortogonales...........................................................................6
Definición: Producto cruz......................................................................................7
Espacio geométrico. ..............................................................................................................7
Suma en el espacio vectorial ...........................................................................................7
Producto escalar.................................................................................................................8
Tarea 3.......................................................................................................................8
Definición: Producto interno..................................................................................8
Isomorfismo del espacio geométrico y el espacio |R3...........................................................9
Sistema de referencia......................................................................................................10
Campos Vectoriales..............................................................................................................13
Campo Escalares..................................................................................................................15
Cargas Eléctrica........................................................................................................................20
Álgebra de las cargas......................................................................................................22
Característica de la Fuerza Eléctrica..................................................................................25
Principio de superposición..................................................................................................27
Campos eléctricos de distintas distribuciones:....................................................................31
Campo de una carga puntual...........................................................................................31
Campo eléctrico de una configuración superficial...........................................................33
Campo eléctrico de densidad volumétrica......................................................................34
Ley de Gauss............................................................................................................................37
a) Dipolo eléctrico................................................................................................41
b) Casquete esférico...........................................................................................41
Campo eléctrico dentro de un conductor.........................................................................43
Potencial Eléctrico....................................................................................................................46
Energía potencial eléctrica..................................................................................................46
Distribución discreta.........................................................................................................46
Distribución continua de carga........................................................................................48
Potencial Eléctrico................................................................................................................48
Condensadores........................................................................................................................53
Dieléctrico....................................................................................................................57
Energía almacenada en un condensador............................................................................58
Conexiones de condensadores en serie y en paralelo.................................................59
Conexión de condensadores en serie........................................................................59
Configuración en paralelo................................................................................................60
Corriente Eléctrica ...................................................................................................................62
Densidad de Corriente........................................................................................................62
Corriente eléctrica................................................................................................................64
Ley de Ohm..........................................................................................................................66
Miguel Bustamante Página 3
4. Electricidad y magnetismo
Potencia ...............................................................................................................................69
Definición Malla................................................................................................................70
Enunciado de las leyes de Kirchhoff........................................................................................71
Pero, ¿que es un campo el campo magnético?..................................................................75
Fuerza sobre un conductos que transporta corriente I....................................................77
Alambre infinito:......................................................................................................80
Espira circular..........................................................................................................81
Ley de Faraday....................................................................................................................85
Autoinductancia....................................................................................................................88
Transformadores...................................................................................................................89
Estados transcientes (corriente continua)...............................................................................91
Circuito RC......................................................................................................................91
Circuitos RL......................................................................................................................94
Circuitos LC..........................................................................................................................96
Circuito RCL.......................................................................................................................100
Circuitos en corriente alterna.................................................................................................103
Resistencia............................................................................................................103
Condensador.........................................................................................................103
Bobina....................................................................................................................104
Potencia .........................................................................................................................107
Miguel Bustamante Página 4
5. Electricidad y magnetismo
Vectores
¿Que son los vectores?
Supongamos que tenemos un conjunto V y elementos de ese conjunto u,w (u,w V).
Definimos en este conjunto dos operaciones cerradas: La suma simbolizada por + y el producto escalar
anotado como u, donde es un número real y u es un elemento de V; de modo que las operaciones
cumpla con la propiedad de la clausura, es decir que el resultado sea un vector del espacio o conjunto
V.
Un ejemplo I
Sea V=|R3
; los elementos de V pueden tener la siguiente estructura:
u=(u1,u2,u3), donde ui son números reales (i=1,2,3). La operación suma que podemos definir sería:
• La suma: u+w=(u1,u2,u3)+(w1,w2,w3) = (u1+w1,u2+w2,u3+w3)
• Producto escalar: u = (u1,u2,u3)=(u1,u2,u3)
Si las operaciones mencionadas satisfacen las siguientes propiedades:
Para la Suma “+”
• Conmutatividad u+v=v+u
• Asociatividad u+(v+w)=(u+v)+w
• Existencia de elemento neutro aditivo v+0=v
• Existencia de elemento inverso aditivo v+(v)=0
Para el producto escalar: v
Miguel Bustamante Página 5
6. Electricidad y magnetismo
• Distritibuidad por la suma : v+u)=v+u
• Distritibuidad por el producto u)=( u
• Elemento neutro escalar 1v=v
entonces se dice que el espacio V es un espacio vectorial, y sus elementos se denominan vectores. El
ejemplo I demuestra que |R3
es un espacio vectorial, ya que satisface todas las propiedades
mencionadas.
Tarea 1
Verifique si los siguientes operaciones satisfacen las condiciones de espacio vectoriales:
1. Sea V=|R3
, se define la suma u+w=(u1,u2,u3)+(w1,w2,w3) = (u1+w1,u2,u3+w3), y el producto escalar
u = (u1,u2,u3)=(u1,u2,u3)
2. Sea V=M3 conjunto de matrices de 3x3. Se define la suma como M+N=L, donde Lij= MijNij, y el
producto escalar M=Mij.
Bases vectoriales
Supongamos que tenemos un conjunto vi del espacio V de modo que cualquier vector u, que
pertenece a V (u ‰V) se pueda escribir como una combinación lineal
u=1v1+2v2+...MvM= ∑
i=0
M
i vi
done el valor M puede ser incluso infinito. Se dice que el conjunto de vi es una base que genera el
espacio V.
Sí, ahora el vector u=0, y la única forma obtener este vector es que los valores de los i sean
todos cero (i =0) se dice que es una base linealmente independiente. Si encontramos valores i para
algunos i, distintos de cero, se dice que el conjunto de vectores vi es una base, pero dependiente.
Cuando existe un número mínimo de vectores linealmente independientes (base l.i.) la
cantidad de estos vi corresponde a la dimensión del espacio.
En el espacio |R3
, una base linealmente independiente importante es e1=(0,0,1), e2=(0,1,0) y
e3=(1,0,0).
Tarea 2
Descubra si los siguientes vectores de los espacios respectivos son base definido sobre la suma
usual y el producto escalar típico.
• Si V=|R2
, los vectores son: (2,3), (1,1,) (3,3)
• V=|R3
, (1,1,1), (1,0,1), (1,1,1), (0,0,1)
Miguel Bustamante Página 6
7. Electricidad y magnetismo
• V=|R3
, (0,01), (1,2,0), (1,2,1).
Definición: Módulo de un vector
Vamos a definir una función, cuyo dominio está en V=|R3
y la imagen está en |R.
V:|R3
|R
u ∥u∥=u1
2
u2
2
u3
2
Esta función es una función escalar.
Definición: Producto interno
Sean dos vectores u,v del espacio V =|R3
(u,v V=|R3
). Definimos una función de modo que el
resultado es un escalar
V:|R3 |R
(u,v) u⋅v=u1 v1u2 v2u3 v3
Definición: Vectores ortogonales
Cuando dos vectores tiene como producto interno igual a cero, se dice que los vectores son
ortogonales entre sí; es decir u⋅v=0⇒u⊥v
Definición: Producto cruz
Supongamos que tenemos dos vectores u,v del espacio V. Definimos la operación
u×v=
∣
i j k
ux uy uz
vx vy vz
∣
El vector resultante de esta operación es perpendicular a u y v. El módulo de este producto cruz ||uxv||
=||u||||v|| sin((u,v)), donde (u,v) es el ángulo que forman u y v.
Espacio geométrico.
Un espacio vectorial interesante, es el espacio geométrico. El espacio geométrico consiste en
puntos y tramos (segmentos). En este espacio, se pueden definir las operaciones suma y producto
Miguel Bustamante Página 7
V
U
Ux V
O
Plano que define u y v
8. Electricidad y magnetismo
escalar.
Suma en el espacio vectorial
Supongamos que tenemos dos segmentos, desde un mismo origen como se observa en la figura.
En este espacio el módulo de un vector corresponde a
la distancia entre el origen y el final del vector.
La operación suma:
• Trace una linea paralela a OB, pero que contenga el
punto A.
• La distancia 0B, se copia en la recta trazada desde
A.
• Trace una línea paralela a OA que contenga al
punto B
• La distancia OA se copia desde B sobre la linea
trazada que pasa por B.
• Trace una linea recta que contenga el punto O al punto C.
• La distancia desde O a C, es la suma de el vector OA+OB=OC.
Producto escalar
Supongamos un vector OA.
El producto con escalar OA, es repetir la distancia OA, a partir de O en la dirección del tramo
OA. Si >0, se repite en la misma dirección que OA. Si >1, el vector resultante tiene una magnitud
mayor que OA
Nótese que cuando <0, se invierte la dirección del vector OA.
Miguel Bustamante Página 8
0
A
B
C
A
O
OA, >1
OA, 0<<1
OA, <0
9. Electricidad y magnetismo
Tarea 3
Verificar que sobre la base de estas operaciones en el espacio geométrico, satisface las
condiciones de espacio vectorial.
Definición: Producto interno
Se definirá el producto interno en el espacio geométrico:
Sean dos vectores OA y OB, que forman entre sí un ángulo .
El producto interno de OA•OB=||OA|| ||OB|| cos()
Interpretemos este producto interno: Se puede pensar que
el producto geométrico es la proyección en distancia del vector
OA en la dirección OB; o viceversa.
Interpretemos el producto cruz, geométricamente:
Sean dos vectores que definen un plano u,v. El producto cruz uxv da como resultado un vector
perpendicular al plano que definen los vectores u y v, por ende perpendicular a u y v.
Si calculamos el módulo del producto cruz, se obtiene el área en verde, que un paralepipedo
cuyo lado corresponde a ||v||sin((u,v)) u ||u||. Nótese en el dibujo que el área corresponde al doble del
triángulo que encierra ou, uv y ov.
En este espacio, cuando dos vectores don perpendiculares entre
si, es que forman un ángulo de 90°, o /2.
En el espacio geométrico existe una base que se denotará por las
letras i,j,k. Estos son tres vectores perpendiculares entre y que tienen una
magnitud 1.
Estos vectores representan una base del espacio geométrico.
Isomorfismo del espacio geométrico y el espacio |R3
.
Existe un isomorfismo entre el espacio geométrico y el espacio |R3; ambos son espacios
Miguel Bustamante Página 9
V
U
Ux V
O
Plano que define u y v
O
A
B
i
j
k
20. Electricidad y magnetismo
Cargas Eléctrica
Las manifestaciones electrostática han estado presente en nuestras vidas cotidianas y se
conocen desde el tiempo de los griegos. Cuando usted se peina en un día seco ( baja humedad
relativa) el cabello tiende a separar uno de otros y están en dirección radial con respecto a la
superficie. El cabello adquiere una propiedad física que se manifiesta; o al tomar un telar de “POLAR”,
y se frota en la oscuridad, se observan chispas; en los dos casos se dice que los cuerpos están
“electrificados”, El termino de electricidad proviene de la palabra griega elektron que es el ámbar, ya
que experimentando con vidrio, lana y ámbar, lograban obtener estas manifestaciones.
La repulsión eléctrica fue descrita en 1672 por Otto von Guerick, cuando frotaba esferas de
azufre y las acercaba. 100 años más tarde Charles Du Fay, descubrió que no todos los cuerpos se
repelen, sino que existe una atracción entre cuerpos. Sobre esta observación y la anterior, llegó a la
conclusión que existe dos clases de cargas eléctricas: de la misma clase se repelen y de cargas
opuestas se atraen.
Charles, para poder distinguirlas uso los términos vítreos (del latín Vitrum= vidrio) y
resinoso. Bejamin Farkling denomino las cargas vítreas como positivas y las resinosas como
negativas. Tradicionalmente, en experimentos de electricidad estática, un método estándar para obtener
cargas “positivas” es frotar vidrio con ceda, y para cargas negativas, es frotar ebonita con piel. Hoy
en día, para cargas positivas podemos usar acetato de celulosa y polietileno para cargas negativas.
Miguel Bustamante Página 20
22. Electricidad y magnetismo
Álgebra de las cargas
Cuando en un cuerpo existe cargas negativas como positivas, se suman como número reales.
Un cuerpo no manifiesta un estado de cargado cuando la suma neta de las carga es cero.
Matemáticamente hablando, podemos decir que la carga total de un cuerpo es: Q=∑ qi
Estimemos cuantos electrones existen en una moneda de cobre de 2 gr. El cobre tiene un
número atómico igual a 29 , que corresponde al número de protones y electrones del átomo de cobre.
Un atomogramo de cobre es igual a 63.546 grs/mol. Es un atomogramo hay 6.023x1023
átomos , por
tanto en 2 gramos hay 1.8377x1022
átomo de cobre. Por cada átomo de cobre hay 29 electrones; así el
número de electrones es 5.32x1023
electrones.
La carga total de la moneda es cero, pero la carga total de los electrones en la moneda es 85273.6 C.
Esta cantidad de carga es excesivo. Como vemos la cantidad de electrones en los materiales es del
orden 1021
. Por esta cantidad, podemos aplicar teoría de suma continuas y suponer que las
distribuciones de carga se pueden describir como funciones continuas.
Sobre la base de la acotación anterior vamos a definir los siguientes términos:
• Densidad lineal: carga distribuida en una longitud; cantidad de carga por unidad de longitud.
Anotaremos como =dq/dl la densidad lineal de carga.
• Densidad superficial: Carga por unidad de área. Anotamos esta densidad como =dq/da.
• Densidad volumétrica: Carga por unidad de volumen. Anotamos esta densidad como =dq/dv.
Estas densidad, no necesariamente son constante. Veamos un ejemplo de cada caso:
• Densidad Lineal: Supongamos que (x), depende la posición x, como vemos en la figura
Si sumamos (integramos) a todo lo largo de la barra, para obtener la carga total, nos da un valor de 0.
Q=∫
−L
L
xdx =0, donde 2L es el lago de la barra (L=2). No siempre es así. Podemos tener una
distribución de (x) dado por la expresión x=sinx
2
. Al calcular la carga, la suma da un
Miguel Bustamante Página 22
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2
Densidad Lineal
l(x)
23. Electricidad y magnetismo
número distinto de cero entre los,límites L y L da
2Lsin2L
2
. Compruebe este hecho.
• Densidad superficial: Sea x , y=sinxsin2y .
Si se integra en los límites del gráfico, nuevamente la carga neta es cero. Cómo ejercicio, suponga que
(x,y)=sin(x)2
sin(y)2
. La expresión será Q=∫
−
∫
−
x , yda=2
• Densidad volumétrica. Podemos decir que que la densidad volumétrica tiene una expresión
x , y, z=e
−x2
y2
z2
2 en una región (5<x<5,5<y<5,5<z<5). Para ilustrar el
concepto de la densidad volumétrica vamos a supone que tenemos una esfera con densidad descrita.
Trazamos una linea que contenga el centro y ver el cambio de densidad por los puntos de la recta.
La densidad por la linea recta es:
Miguel Bustamante Página 23
Densidad superficial
sin(x)*sin(y*2)
-3 -2 -1 0 1 2 3 -3
-2
-1
0
1
2
3
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
-4 -2 0 2 4
Densidad Volumétrica
exp(-(x**2/2))
27. Electricidad y magnetismo
La expresión es:
F12 R1=k
Q2Q1
∣ R1− R2∣
3
R1− R2 . Nótese que F12 es F21. Esta fuerza cumple con el tercer principio
de Newton: acción y reacción.
Principio de superposición
Supongamos que tenemos el siguiente problema. Tenemos N carga Qi y querremos calcular la
fuerza que actúa sobre la carga de prueba Qp.
Según lo visto anteriormente cada carga Qi actúa sobre la carga Qp por una fuerza Fi dado por la
expresión Ecu 1: Fuerza Eléctrica. Pero, la pregunta que surge ¿La fuerza total que actúa sobre la
carga Qp es la suma, es otro tipo de operación vectorial?
Para contestar esta pregunta vamos a adoptar una hipótesis: “La fuerza neta es el resultado de
las suma individuales de cada carga Qi sobre Qp”. Esta hipótesis esconde un principio: “El principio
de superposición”; es decir las fuerzas se van superponiendo linealmente, todas las fuerzas tienen
igual peso. Luego, la fuerza neta sobre se puede escribir en términos matemáticos como:
Ecu 2: Fuerza neta
Miguel Bustamante Página 27
Fp=∑ Fi
Fig 3: Distribución discreta de cargas
Q2
Q3
Q1
Q4
QN
Qp
O
Rp
RN
R1
R2
R3
R4
31. Electricidad y magnetismo
4. Ecu: Definición del campo E
Por cada punto P, se define el vector asociado al punto, lo cual llamaremos Campo Eléctrico.
Campos eléctricos de distintas distribuciones:
Campo de una carga puntual.
De la situación anterior , suponiendo que la distribución es una carga puntual Q, el campo está dado
por la expresión de acuerdo a la expresión 4. Ecu: Definición del campo E:
5. Ecu: Campo de una carga Q
La carga Q esta situado en el punto R1, y la expresión 31 corresponde al campo en el punto R2.
En el caso de dos carga puntuales, el campo en un punto , es la suma individual de cada campo
en el punto. Esto es consecuencia del principio de superposición.
Miguel Bustamante Página 31
E R2=k
Q
∣ R2− R1∣3
R2− R1
E R2= lim
QP
0
F p
QP
E.1
Q
O
R2
R2
R1
R1
O
R1 R2
R
RR1 RR2
Q1
Q2
32. Electricidad y magnetismo
En este caso, el campo eléctrico en el punto R es igual a la suma del los campo que producen las
cargas Q1 y Q2. El campo en el punto R es:
E(R)=E1(R)+E2(R)
donde E1 es E1R=k
Q1
∣R− R1∣
3
R− R1 y E2 es E2R=k
Q2
∣R− R2∣
3
R− R2
Un ejemplo de este último párrafo es un campo de un dipolo.
Este es un diagrama de un campo eléctrico con una carga puntual +Q y una Q.
Por el principio de superposición, si tenemos N carga Qi, el campo en un punto dado en un punto R es:
E=∑ Ei
Campo eléctrico de una configuración superficial
Supongamos un disco de radio R, cuya densidad de carga es superficial y constante en todos
los puntos del disco. Se quiere calcular el campo eléctrico en cualquier punto del eje x. Recordemos la
expresión de la fuerza eléctrica de sobre una carga de prueba en un punto R2.
Miguel Bustamante Página 32
Carga
puntual +Q
Carga
puntal Q
Fig 6: Diagrama de un dipolo
33. Electricidad y magnetismo
Fp=k∫dq
Qp
∣ R2− R1∣3
R2− R1 En este caso, el dq=da, donde da es elemento diferencial de área.
En este caso, R2 es el punto (x,0,0); R1 indica la posición del dq; nótese que para resolver este
problema debemos asumir el principio de superposición. La integral no es más que una suma de
elementos diferenciales. Sobre la base de la definición de campo eléctrico, la expresión tiene la forma
de:
Ecu 6: Expresión del campo para
distribución continua
donde dq=rdrdR2=(x,0,0,) y R1=(0,rcos(),rsin())., donde los límites de integración en r es 0 a a,
y en 0 a 2. La expresión del campo eléctrico sobre la base de los límites anteriores queda:
Ep x=k∫
0
a
∫
0
2
rdrd x i−rcosj−rsin k
x2
r2
3
La expresión anterior da como resultado:
Epx=2 k a signox−
x
x2
a2
i
donde signo x=
x
∣x∣
Miguel Bustamante Página 33
Ep=k∫
dq
∣ R2− R1∣
3
R2− R1
Elemento dq
X
Y
Z
34. Electricidad y magnetismo
Campo eléctrico de densidad volumétrica
Supongamos que tenemos una distribución volumétrica de carga, como se observa en la figura:
Las dimensiones del cilindro es: radio a y largo L.
Estamos suponiendo que la distribución de carga es constante y la denotamos con .
La ecuación Ecu 6: Expresión del campo para distribución continua se aplica a esta situación; en
este caso dq=dv. El dv por la simetría que se tiene corresponde a un elemento de volumen de
Miguel Bustamante Página 34
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-10 -5 0 5 10
Campo de un disco en el eje x
sigma positivo
sigma negativo
Z
X
Y
37. Electricidad y magnetismo
Ley de Gauss
Hasta el momento hemos estudiado la interacción entre las cargas y las propiedad
vectorial que adquiere. Es la propiedad de este campo que nos interesa ahora.
Supongamos que tenemos una carga puntual en el origen de un sistema. El campo
eléctrico de esta carga está dado por la expresión Er =k
q
r
2
r . el campo eléctrico de
esta se puede visualizar como vectores que salen radialmente desde la carga.
Pero ahora encerramos esta carga q con una superficie esférica de radio r (casquete
esférico), de modo que el centro del casquete coincida con la posición de la carga.
Miguel Bustamante Página 37
38. Electricidad y magnetismo
Las líneas de campo salen de la carga,forman un ángulo de 90º con la superficie, cualquier
linea que cruce por el centro de la esfera formará un ángulo 90º con respecto a la superficie
al salir del casquete.
Vamos a calcular el “Flujo de líneas de campo” que atraviesan la superficie imaginaria.
El flujo del campo eléctrico se define como:
Ecu 7: Flujo I
El vector da, es un vector que tiene la magnitud de un
elemento de área en la superficie y es perpendicular a esta.
En el caso del casquete, tenemos que las líneas de campo
son perpendiculares a la superficie, y por tanto el vector da es
paralelo a las líneas de campo. La integral Ecu 7: Flujo I da:
I=∫∣E∣∣da∣=∫k
q
r
2
da
Esto lo interesante de esta integral: “El valor de r no cambia ya que es un casquete
(radio r), como la carga esta centrada en el origen, r es una constante”. Recuerde que
la integral es de superficie, no a lo largo del vector r. Dicho esto la integral anterior toma la
Miguel Bustamante Página 38
I=∫ E⋅d a
Fig 7: Vector da
da
39. Electricidad y magnetismo
forma: I=k
q
r2 ∫da=k
q
r2
4r2
=kq 4=
q
0
. El flujo del campo es igual a q/0 para cualquier
valor de r.
Supongamos ahora que tenemos esa misma carga, pero rodeado de una superficie
cualquiera cerrada convexa.
Las líneas de campo salen a través de la superficie imaginaria. El problema es
calcular el flujo de este campo por esta nueva superficie cerrada. Lo que ya conocemos es
el flujo a través de un cascaron esférico. Encerremos esta superficie por medio de un
cascaron de radio r, como se observa en la figura.
Si nos abstraemos de la superficie del interior , el flujo por la superficie esférica es
q/0. Pero este flujo debe ser el mismo que debe tener la superficie interna, ya que las
mismas lineas de campo que atraviesan la superficie. Por tanto, el flujo por la superficie
Miguel Bustamante Página 39
S
S
40. Electricidad y magnetismo
interior S es también q/0.
Podemos decir que para una carga puntual el flujo por una superficie que encierre
esta carga es igual a q/0. En términos matemáticos, se escribe como:
Ecu 8: Ley de Gauss
La expresión escrita en Ecu 8: Ley de Gauss es la ley de Gauss para una carga
puntual.
El problema ahora, cuando se tiene una distribución continua de carga, ¿es valida la ley de
Gauss?
Supongamos que tenemos una distribución de carga, cuya densidad podemos
caracterizarla por (r'). Encerremos esta distribución por una superficie cualquiera S.
La suma continua de las cargas sobre la
distribución de carga da la carga total de la
distribución, Q=∫dv . Podemos pensar que
la distribución está constituida por elementos
diferenciales de carga que llamaremos dq y que
es igual a dv.
Este punto es el importante, ya que cada
dq se puede pensar como una carga puntual. En
este caso el flujo del campo producido por la
carga dq es igual dq/0. Pero otro dq,
producirá el flujo dq/0 por ls superficie S.
Así, el flujo por la superficie S es la suma continua de todos los dq que constituyen la
distribución. En lenguaje matemático podemos escribir
∫E⋅d a=
∫ dv
0
Miguel Bustamante Página 40
∫E⋅d a=
q
0
S
(r)
dq=dv
41. Electricidad y magnetismo
Es es la expresión general de la ley de Gauss. Es necesario decir que la lay de
Gauss es válida siempre, pero en algunas configuraciones con una alta simetría podemos
conocer la expresión analítica de la magnitud del campo eléctrico ó de la distribución de
carga.
Discutamos algunos casos:
a) Dipolo eléctrico
supongamos que tenemos dos cargas de igual magnitud de carga pero de signos
opuestos. Encerremos estas cargas por una superficie S.
El flujo de la carga positiva a través de la superficie es q/0, el flujo de la carga negativa a
través de la superficie -q/0. La suma neta de estos flujos es cero (0). Esto no implica que
el campo sea cero como erróneamente se puede concluir; el flujo es cero, debido a que la
cantidad de líneas de campo que salen de las superficie es igual a los que entran y nada
más.
b) Casquete esférico
Supongamos que tenemos un casquete esférico de radio R y con una densidad
superficial de carga igual a .
El propósito es calcular una expresión del campo E
en todos los puntos de espacio.
Vamos a encerrar la esfera por otra esfera
imaginaria, cuyo radio se a mayor a la de la esfera. Esto,
debido a que las líneas de campo son perpendiculares a
la superficie S.
Miguel Bustamante Página 41
Q Q
42. Electricidad y magnetismo
Por la simetría la magnitud del campo E no varia según la posición angular, es decir
no depende del ángulo. Además, el vector da es paralelo al campo E en la superficie
Gaussiana. Sobre la base de la información anterior, el producto interno del campo E y el da
es |E|d|a|, debido a que forma un ángulo de cero grado (cos(0)=1, paralelos). La integral se
iguala ∫ E⋅d a=E 4r
2
Este resultado es por la elección del tipo de superficie y a la alta
simetría de este problema. Aplicando la ley de Gauss el resultado anterior es igual a la
carga encerrada por la superficie, que corresponde a la carga toda sobre el casquete, esto
es 4R2
divido por 0
De esta igualdad se despeja E y se obtiene que para un radio mayor que R (r>R), el
campo es igual a ∣E∣=
4 R
2
4r
2
0
(r>R).
Ahora, una superficie esférica de radio menor que R y centrada en la carga
Existe un punto de cuidado y corresponde al radio de la superficie circular
Aplicando nuevamente la ley de Gauss, obtenemos que el flujo en el interior del
casquete es cero, no hay carga encerrada para un valor de r menor que R (r<R). sin
embargo, no importa el valor de r (r<R) siempre es cero para todo r<R, por tanto el flujo es
cero y se concluye que el campo en el interior del casquete es cero,
El campo es: E=
4 R
2
4 r²0
r rR
0 rR
Miguel Bustamante Página 42
43. Electricidad y magnetismo
El gráfico Fig 8: Intensidad de campo en función de r adjunto representa en forma
esquemática el campo en función de de la distancia r.
Campo eléctrico dentro de un conductor.
Para comenzar este tema, primero debemos definir que es un conductor. Un conductor es un
material que tienen cargas libres en su interior y estas pueden desplazarse dentro del material. Estas
cargas se pueden mover dentro del material por efectos de un campo externo, pero no salen de este.
Miguel Bustamante Página 43
Fig 8: Intensidad de campo en función de r
|E|
r
Q, positiva
+
+
+
46. Electricidad y magnetismo
Potencial Eléctrico
Ya hemos definido que el campo eléctrico y fuerza eléctrica. Vamos a comenzar a
hablar de un nuevo concepto, que se deriva de los anteriores: el potencial eléctrico.
Primero debemos discutir los términos de energía y trabajo eléctrico.
Energía potencial eléctrica
Distribución discreta.
Por los capítulos anteriores, conocemos la expresión de la fuerza eléctrica, y del
campo eléctrico. Definamos, el concepto de energía potencial eléctrica.
Supongamos que tenemos una carga q, y en presencia de esta carga se traslada una
carga Q desde infinito a un punto R.
La expresión del trabajo necesario para el traslado es:
Miguel Bustamante Página 46
R
Infinito
R1 R2
R2R1
Q
q
47. Electricidad y magnetismo
Ecu 9: Potencial Eléctrico
La expresión anterior es la expresión del trabajo externo que debe realizase para efectuar
para lograr la configuración descrita. Este trabajo se transforma en energía potencial del
sistema, energía que queda en el sistema y dispuesta para realizar un trabajo posterior. Por
tanto, la expresión Ecu 9: Potencial Eléctrico es la energía potencial eléctrica del sistema
de cargas. Evaluando la expresión Potencial Eléctrico, La energía potencial eléctrica que
anotaremos como U(R2), tiene la expresión:
Ecu 10: Energía potencial
La expresión Ecu 10: Energía potencial , es sólo válida para la configuración ya
descrita.
Supongamos ahora, que en presencia de las cargas q y Q, se realiza el trabajo de
mover una carga Qi desde el infinito a un punto Pi.
Se puede pensar, que por el principio de superposición, la fuerza neta actuando sobre la
carga Qi es la suma de las fuerzas individuales de las carga q y Q actuando sobre Qi.
Sobre esta base, el trabajo realizado es igual a la suma de los trabajos realizados
individualmente, es decir:
Ecu 11: Trabajo dos partículas
Sin embargo, la energía potencial eléctrica contenida en el sistema es igual a la suma
de todas los trabajos necesarios para formar el sistema; esto es, a la expresión Ecu 11:
Trabajo dos partículas debemos sumar el trabajo necesario para formar la configuración
anterior, la expresión Ecu 10: Energía potencial . Así, la energía potencial eléctrica del
sistema de cargas es:
Miguel Bustamante Página 47
W Pi=k
qQi
∥Pi− R1∥
k
QQi
∥Pi−R2∥
U R2=k
qQ
∥R2−R1∥
W =−∫
∞
R2
Fr ⋅d r
Infinito
R
R1 R2
R2R1
Q
q
Qi
Pi
PiR1 PiR2
48. Electricidad y magnetismo
U=k
qQi
∥Pi−R1∥
k
QQi
∥Pi−R2∥
k
qQ
∥R2−R1∥
De esta forma se puede obtener una expresión general de la energía contenida en
una distribución discretas de cargas. Supongamos que tenemos N cargas con valores Qi, en
las posiciones ri.
La energía potencial de este arreglo de cargas
está dado por la expresión:
Ecu 12: Energía electrostática de una configuración de cargas
La igualdad de la expresión Ecu 12: Energía electrostática de una configuración de cargas5,
señala que son equivalentes.
Distribución continua de carga.
El análisis anterior está basado en una distribución discreta de carga. Pero
enfrentemos el problema de una distribución continua.
Supongamos que tenemos una esfera de radio R.
La esfera tiene una carga total Q. Esta carga Q, es
resultado de la suma continua de todas las diferenciales de
carga en el interior de la esfera, esto es Q=∫dq . Por tanto,
basándose en la expresión 12.5, podemos obtener una
expresión integral de la energía eléctrica almacenada en una
esfera.
Ecu 13: Energía de una distribución continua
, donde q=
∫
0
r1
dq
Volveremos sobre este tema en lineas posteriores.
Potencial Eléctrico.
Supongamos que tenemos una distribución, de carga (continua o discreta), y que en
Miguel Bustamante Página 48
Q1
Q2
Q3 QN
r1
r2
rN
dq
U=
1
2
∑
j ,i=1,i ≠ j
N
k
qi
qj
∥r j−ri∥
=∑
i=1
N
∑
j=1
i j
k
qi
qj
∥r j−ri∥
U=∫k
q dq
∥r−r '∥
49. Electricidad y magnetismo
presencia de esta se traslada una carga q desde el infinito un punto P.
El trabajo realizado es W =−∫F⋅d r (x) que corresponde a la energía potencial U
en el punto P. Definimos el potencial eléctrico en el punto P, como
V(P)=U(P)/q. (*)
Sin embargo, podemos obtener otra expresión del potencial. Sabemos U es el trabajo
realizado por un agente externo. Veamos bien esto. La expresión (x) se puede escribir de la
forma: U=−∫
∞
P
F⋅d r =−∫
∞
P
q E⋅d r=qV p . Así, el potencial se puede definir como:
Ecu 14: Potencial eléctrico
la expresión Ecu 14: Potencial eléctrico, es la expresión conocida, no única del
potencial eléctrico, que es equivalente a (*).
Pero, ¿que es potencial?
Nótese que por cada punto P, se asocia un valor de la integral 14, cada punto del
espacio tiene asociado un valor escalar, un número. El potencial eléctrico es un campo
escalar; a cada punto del espacio se asocia un número. El valor asociado a cada punto
del espacio corresponde al valor del trabajo que se hace para trasladar en presencia de una
distribución de carga un carga de valor 1 desde el infinito a un punto P, cualquiera.
Miguel Bustamante Página 49
Fig 9: Potencial de unacarga, en el plano z=0
Potencial de una carga
-10
-5
0
5
10 -10
-5
0
5
10
0
5
10
15
20
25
30
35
40
V P=−∫
∞
P
E⋅dr
50. Electricidad y magnetismo
Veamos algunos visualizaciones en dos dimensiones de un potencial:
1. Carga puntual. El campo de una carga puntual es k
q r2−r1
∥r2−r1∥3 . Al aplicar la expresión
14, se obtiene que el potencial V r2=k
q
∥r2−r1∥
Situemos esta carga positiva en el
origen de un sistema de referencia; en ese caso, r1= origen, y r2=(x,y) (Plano). En este
caso la carga es positiva. Nótese que en el infinito, el potencial de este carga es cero;
esto es por que se ha definido así. No siempre se puede definir el potencial cero en
infinito. Estos casos los veremos más adelante.
2. Supongamos ahora que tenemos una carga positiva y una carga negativa en distintos
puntos Nótese que un potencial es positivo (carga positiva) y el otro es negativo (carga
negativa). Esta configuración corresponde a un dipolo eléctrico.
3. De la expresión 14, podemos obtener que el campo eléctrico como la función inversa de
la integral. La expresión que relaciona el campo eléctrico y el potencial es:
Ecu 15: E=Gradiente del potencial
Para el potencial eléctrico, sobre la base de la relación 14, se
Miguel Bustamante Página 50
dq
r2
r1
O
Fig 10: Potencial de dos cargas (dipolo) em z=0
Potencial de una carga positiva y negativa
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 -4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
-150
-100
-50
0
50
100
150
E r2=− ∇ V r2
51. Electricidad y magnetismo
aplica el principio de superposición. El potencial eléctrico de una carga es conocida y
está dado por la expresión: V r2=k
q
∥r2− r1∥
. Supongamos que tenemos un
distribución continua de carga. Cada elemento de dq de la distribución se comporta como
una carga puntual de valor de dq. Por el principio de superposición el potencial V(r2) es la
suma continua de los potenciales producidos por los dq en el punto r2. La expresión del
potencial de un punto r2, de una distribución continua es:
Ecu 16: Expresión del potencial, para un continuo
Supongamos que tenemos tenemos un disco de radio a, con una densidad continua y
valor constante s sobre la superficie. El potencial en el eje de simetría del disco es:
En este problema dq=r1dr1dq, y r1=r1cos()j+r1cos()j y r2=xi. De la expresión 16, tiene la
forma para este problema V x=k∫
0
R
∫
0
2
r1
dr1
d
r1
2
x2
=2 k R2
x2
−∣x∣ .
En un gráfico del
Miguel Bustamante Página 51
Fig 11: Esquema de disco cargado
dq
X
Y
Z
P.9
V r2=k∫
dq
∥r2− r1∥
52. Electricidad y magnetismo
potencial, y de expresión 15, se obtiene el campo eléctrico.
E x=−2 k
x
R2
x2
−
x
∣x∣
Observe la discontinuidad del campo E, en x=0. Si R∞ , el disco se transforma en
un plano. En este caso, el potencial no queda definido en el infinito. El campo en este
Miguel Bustamante Página 52
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-10 -5 0 5 10
Campo electrico del disco en eje X
55. Electricidad y magnetismo
pudiendo volver a su estado inicial. En esta situación el sistema puede almacenar carga, como también
energía.
Cuando un dispositivo es capaz de mantener un campo por la distribución de cargas lo
llamamos condensador.
Esta capacidad de mantener un campo eléctrico o las cargas de distinto tipo de anota como C, y
su unidad es el farad (1f= 1C/volt). Se observa que la cantidad de carga almacenada por un dispositivo
es proporcional a la diferencia de potencia que está sometida, esto es Q=CV. En este caso la diferencia
de potencial se anota como V y no como V.
Realicemos un calculo de capacidad.
Supongamos que tenemos dos placas paralelas metálicas con un área A, separadas a una distancia d.
Una placa está cargada negativamente, con una densidad y la otra placa, cargada positivamente con
una densidad superficial de .
Primero debemos calcular el campo eléctrico de una placa de densidad superficial .
Despreciando los efectos de borde, podemos asumir que se comporta como una placa infinita. Con
estas suposiciones podemos aplicar la ley de Gauss para obtener el campo eléctrico.
Sea la superficie S, de modo que las cara A y A' sean paralelas a la placa cargada, y la envoltura
forma una ángulo de 90 grados por la superficie.
Miguel Bustamante Página 55
D
Densidad
Densidad
56. Electricidad y magnetismo
En la figura Fig 12: Representación de la superficie de Gauss las flechas negras representas las
fechas del campo eléctrico. El flujo por la cara A del campo eléctrico es ∫ E⋅d a=
A
0
, según la
ley de Gauss. Del lado izquierdo de la igualdad se obtiene que EA=A/0., El otro lado, la cara A', se
tiene que ∫E⋅d a=
A'
0
y nuevamente EA'=A'/0. El flujo por el manto lateral es cero, debido a
las lineas de campo están en paralelo a la cara, o el vector da está formando un ángulo de 90º. Por tanto
sumando los flujos nos el siguiente resultado:
EA+0+EA'=A/0+A'/0.
del cual se obtiene que E=20.(intensidad del
campo E). en un dibujo se vería
Las lineas de campo salen de la placa.
Nótese que existe una dirección positiva y otra
negativa, pero el módulo es el mismo.
Supongamos una placa cargada
negativamente Usando la ley de Gauss,
podemos calcular el campo E. Observe el
sentido de las líneas de campo; estas entran a
la placa.
Ahora coloquemos la placa positiva a
la izquierda de la negativa.
Miguel Bustamante Página 56
E=/20
iE=/20
i
E=/20
iE=/20
i
Fig 12: Representación de la superficie de Gauss
Plano
infinito
A
A'
59. Electricidad y magnetismo
resistencia dieléctrica que es la diferencia de potencial necesaria por unidad de longitud para que el
dieléctrico sea un conductor.
TABLA DE CONSTANTE DIELECTRICA Y RESISTENCIA DIELECTRICA PARA
DISTITNOS MATERIALES.
MATERIALES K RESISTENCIA DIELECTRICA
(V/m)
AGUA (20ºC) 80 0
BAQUELITA 4.90 24.00
MICA 5.40 10100
PAPEL 3.70 16.00
PARAFINA 2.12.5 10
VIDRIO (PYREX) 5.7 14.00
Energía almacenada en un condensador
Como sabemos, un condensador puede mantener un campo eléctrico. Para lograr esto es
necesario mover cargas de un punto a otro. El problema es que cada vez que que cargo la placa con
electrones, poner el siguiente electrón cuesta más y más. La carga cargada repele a las cargas
adicionales, por tanto es necesario realizar un trabajo cada vez mayor para llevar el condensador a un
estado con una carga Q un carga dq. Supongamos que el condensador tiene almacenado una cantidad Q
y queremos incrementarlo en un dq; el incremento de energía es dU=Vdq (Recordar energía potencial).
Pero la relación entre la capacidad y el voltaje aplicado es V=Q/C. Si remplazamos obtenemos que la
energía potencial almacenada en un condensador con una carga total Q es:
Ecu 17: Energía alamcenda en el condensaor
La ecuación 17 es la expresión de la energía almacenada en un condensador en función de la
carga o de la diferencia de potencial V.
Miguel Bustamante Página 59
U=∫
0
Q
q
C
dq=
1
2
Q²
C
=
1
2
CV²
61. Electricidad y magnetismo
VQ=V1Q+V2Q, es decir V=V1+V2, pero V=Q/C, V1=Q/C1 y V2=Q/C2, dando como resultado:
Ecu 18: Equivalencencia en Serie
Configuración en paralelo
La configuración en paralelo es:
en esta configuración, los condensadores entregan cargas diferentes. Pero, estos condensadores
están sometido a un mismo potencial (energía por unidad de carga). La carga total Q es la suma de la
carga de cada condensador; Q=Q1+Q2. Utilizando la relación Q=VC, tenemos que
Q=VC1+VC2=V(C1+C2).
Suponiendo que esta configuración se comporta como un condensador C, a un potencial V,
podemos decir que Q=VC=V(C1+C2), lo que implica
Ecu 19: Equivalencia en Paralelo
Esta es la relación de los condensadores que están en paralelo.
Miguel Bustamante Página 61
C=C1C2.
1
C equi
=
1
C1
1
C2
Fuente de voltaje V
C1
C2
64. Electricidad y magnetismo
aceleración y por tanto una velocidad.
Supongamos ahora que tenemoscarga Qi y con masa Mi en presencia de un campo E. Se define
densidad de corriente como:
Ecu 20: Densidad de corriente
donde ni es el número de cargas que tienen carga Qi, con masa Mi y velocidad vi.
La unidad de la densidad de corriente es Ampere por segundo (A/seg).
Veamos una aplicación. Supongamos una dos carga Q positivas moviéndose en dirección del eje y
dirección positiva y velocidad 2v,– Q carga negativas en dirección del eje X sentido negativo y una
carga positiva Q en dirección X, sentido positivo y velocidad v/2.
Aplicando la ecuación 20 la densidad de corriente es:
J=QMv2j+QM(v)2i+ QMvi = QMv2j+ 3QMvi=QMv(3i+2j).
Nótese que la corriente es la suma ponderada, y no necesariamente esta en la dirección del
movimiento de las carga.
Veamos otro caso. Supongamos que tenemos una carga negativa Q, moviéndose en dirección
negativa del eje X, con masa M y velocidad V, y una carga positiva Q, en dirección negativa del eje X,
con masa M/2 y velocidad 2V.
La densidad de corriente J en este caso es J=QM(V)i+QM/2 (2V)i=0i. Según este resultado,
no hay densidad de corriente eléctrica. Si unas de las cargas experimentara una variación de la
Miguel Bustamante Página 64
J=∑Qi Mi vi ni
Cargas positivas
Cargas negativas Carga positiva
X
Y
Dirección de J
65. Electricidad y magnetismo
velocidad, la densidad de corriente eléctrica seria distinto de cero.
Corriente eléctrica
Supongamos que tenemos una densidad J de corriente eléctrica en una dirección determinada.
Definimos que el flujo de la densidad corriente eléctrica por cierta área es la corriente eléctrica
anotada por I.
En términos matemáticos, la corriente
eléctrica se puede escribir como:
Ecu 21: Corriente Eléctrica
donde d a es un vector perpendicular a un
elemento de área. Nótese que I es un escalar y J es
un vector, o mas bien un campo vectorial.
La unidad de la corriente I es Ampere (A), y el
ampere se define como 1C/seg.
En el análisis preliminar, la corriente eléctrica proviene del hecho que las partículas
experimentaban un cambio en la velocidad. Físicamente es imposible que una partícula adquiera una
velocidad cada vez mayor, por limitaciones de espacios o por un medio que impida un movimiento
libre. Se ha observado que las partículas dentro un medio adquieren una velocidad final y se mantendrá
en esta velocidad mientras exista una campo eléctrico. Modelaremos este fenómeno para entender.
Supongamos una partícula con carga Q
(positiva), masa M que está en presencia de un
campo eléctrico E.
Cuando un cuerpo se mueve en un
medio viscoso, aparece una fuerza que se opone
al movimiento y se puede pensar (por ahora)
que es proporcional a la velocidad con que la
partícula se mueve en el medio. Si usamos esta
Miguel Bustamante Página 65
I=∫J⋅d a
Campo E
Dirección de la
Fuerza F=QE
Fuerza viscosa
F=kv
Fig 13: Ejemplo de Densidad de corriente igual a cero
Q,M,V
Q,M/2,2V
Fig 14: Esquema de corriente eléctrica
Densidad de
corriente J
Area
67. Electricidad y magnetismo
Ejercicio personal
Sobre la base de los discutido anteriormente, asuma que la fuerza viscosa es de la forma kv2
.
Calcule la velocidad terminal.
Ley de Ohm
Sabemos por medio de un modelo, que las cargas llegarán a un velocidad límite. Por tanto un
conjunto de cargas en medio tendrá una velocidad media y podemos pensar que todas se mueven a la
misma velocidad. Veamos la situación siguiente:
Podemos pensar que hay n particular por unidad de área entrando al material; por tanto la densidad de
corriente se puede escribir como J=nQvp. Esta ecuación es muy interesante, ya que la velocidad
terminal depende del campo E; de modo que J=nQ2
E/k. Este expresión se puede encontrar en la
literatura como:
Ecu 23: Ley de ohm
donde es nQ2
/k y se conoce como conductividad. La expresión 23 se conoce como la ley de Ohm.
Este ley es una ley empírica y no se da en todos los materiales, pero si en su mayoría. Lo interesante de
esta ley es que relaciona la densidad de corriente eléctrica con el campo eléctrico E. Sin embargo, la
expresión 23 no es la más popular. Remitámonos a la figura 15 cuando las dimensiones son muy
Miguel Bustamante Página 67
J= E
Fig 15: Esquema de ley de ohm
Material, de radio R y largo L
Area A
72. Electricidad y magnetismo
que llega al mismo punto de partida. Un ejemplo, es el segmento FC, CD, DE, EF. Al final del
recorrido, estamos donde empezamos. Otra malla en el circuito es:
AB, BD, DC,CA.
Un nodo es un punto del circuito en donde se divide la corriente o se juntan corriente. En el
circuito, un nodo es el punto A, y también el punto B.
Enunciado de las leyes de Kirchhoff.
La primera ley de Kirchhoff se conoce que la ley de las mallas.
• La suma algebraica de las fuentes de poder en una malla es igual a la suma algebraica de las
caídas de tensión que hay en la malla.
Esta ley implica una definición de un sentido positivo y negativo. Esta elección del signo es
una arbitrariedad. Lo importante es respetar la convención según la elección. En general, ustedes
pueden ver que la fuente se representa con una línea mas ancha que la otra. Esta situación obedece a
que la línea ancha es la parte positiva de la fuente, y obviamente el segmento corto representa el signo
negativo; la dirección positiva en una malla es cuando la dirección de la fuente va desde el lado
positivo hacia el negativo a favor de las manecillas del reloj análogo .
A cada resistencia se asocia una corriente Ii, y con sentido arbitrario. Sin embargo, el signo de
estas corriente debe estar acorde con la elección de sentido positivo. Un ejemplo: Supongamos que se
eligió como positivo ( de acuerdo a la convección de la fuente) la dirección EF. La resistencia R1 tiene
una corriente asignada I1 pero en dirección AF. Esta corriente esta en el sentido negativo que la
elección de la fuente, y por tanto al momento de escribirlo en la ecuación esta debe llevar un signo
menos.
Cuando las mallas no tenga una fuente ustedes deben darse un sentido positivo en la malla y
escribir las ecuaciones con respecto a esa elección, con las fuentes igual a un valor cero.
Esta ley es consecuencia de la conservación de la energía. La energía entregadas por las fuentes
es disipadas en los dispositivos electrónicos: conservación de la energía.
Veamos las malla EF, FC,CD,DE.
Existe una fuente en la malla y las corriente de la cada resistencia nos damos según las
siguientes direcciones:
R1 I1 FA (positivo)
R2 I2 AB
R3 I3 CD
Según ley, la ecuación de esta malla es: V (fuente de poder)= I1R1I3R3 (Caída de tensión)
Miguel Bustamante Página 72
K.1
74. Electricidad y magnetismo
valores de las corrientes y con estas, las caídas de potencial.
Veamos algunos circuitos de interés:
I.Circuito, en configuración resistencias en paralelo.
1. Distingamos las mallas del circuito: La primera
malla es: GA, AC, CD, DG; la segunda: AB, BE,
EG, GA; la tercera: BC, CD, DE, EB. La ecuación
de la primera malla es: VI2R2=0. La ecuación de la
segunda malla es: VI1R1=0. La ecuación de la
tercera malla es: I2R2I1R2=0. De las ecuaciones
planteadas obtenemos que la caída de tensión en
cada resistencia es la misma (tercera ecuación); en
combinación con le segunda y tercera ecuación
obtenemos que la caída de tensión es V.
2. Existen dos nodos: B y E. en el Nodo B, podemos
decir I0=I1+I2, donde I0 s la corriente que entrega la fuente. Del nodo E, la ecuación es I1+I2I0=0.
Tenemos todas ecuaciones planteadas y resolvamos el problema, calculando las corrientes.
De la primera ecuación de las mallas se obtiene que I1=V/R1; de la segunda I2=V/R2. La
ecuación de los nodos platea que I0=I1+I2, y remplazando en función de las resistencia y el voltaje, se
obtiene que I0=V/R1+V/R2. Desde el punto de vista de la fuentes, la resistencia que tiene el circuito se
comporta como una resistencia equivalente, es decir I0=V/Requi. Así, se obtiene que
V/Requi=V/R1+V/R2. Según este resultado, la resistencia equivalente de las dos resistencia en
configuración en paralelo es:
Ecu 26: Resistencia en Paralelo
Este resultado nos dice, que cuando tengamos un caso de resistencias en configuración paralelo,
la resistencia equivalente está descrita por la fórmula 26.
II.Resistencia en configuración en serie
Sea el siguiente circuito:
1. Apliquemos la ley de las malla: En este
circuito, existe una sola malla y la
ecuación es V=IR1+IR2. Nótese que que
la corriente es la misma ya que el caudal
debe ser el mismo, no se crea o destruye
carga en el proceso.
2. La segunda no es aplicable en este problema: No existe nodo.
Miguel Bustamante Página 74
1
Requi
=
1
R1
1
R2
Fuente de
voltaje
V R1 R2
A B C
D
EG
Fuente de
voltaje V
R1 R2
K.5