Este documento trata sobre electromagnetismo y sus divisiones principales como electrostática, electrodinámica, magnetismo e inducción electromagnética. Explica conceptos clave como la ley de Coulomb, campo eléctrico, diferencia de potencial eléctrico, corriente eléctrica y resistencia. También describe las propiedades de los materiales conductores, aislantes y semiconductores y cómo las cargas eléctricas pueden transferirse a través de contacto, frotamiento e inducción.

1. ELECTROMAGNETISMO Electrostática Electrodinámica Magnetismo Ley de Coulomb Diferencia de Energía Eléctrica Diferencia de Potencial Eléctrico Intensidad Resistencia Ley de Ohm Circuitos Fuerza Magnética Campos Magnéticos Inducción Electro -magnética Campo Eléctrico Divisiones Electricidad Estudia las interacciones de las cargas eléctricas con campos eléctricos y magnéticos Unifica los campos eléctricos y magnéticos Cargas eléctricas en reposo Cargas eléctricas en movimiento Cargas eléctricas Corriente Eléctrica

2. Concepto y Generalidades Ley de Coulomb Campo Eléctrico Diferencia de Energía Potencial Eléctrica Energía Potencial Eléctrica en un punto. Diferencia de Potencial Eléctrico. Potencial Eléctrico en un punto. Electrostática

3. Concepto y Generalidades ELECTROSTÁTICA: Rama de la física que estudia las cargas eléctricas en reposo. El átomo (10 – 8 cm) está formado por el núcleo (10 – 13 cm) y los electrones. El Núcleo está situado en el centro del átomo. En él se localiza la mayor parte de la masa del átomo ( 99,95 % ). El radio nuclear sólo es 10 –5 parte del radio de un átomo. En el núcleo se localizan los protones ( 1,673 x 10 -27 Kg ) , partículas de carga positiva y los neutrones ( 1,675 x 10 -27 Kg ) , partículas sin carga. Los Electrones ( e ) ( 9,11 x 10 -31 Kg ) están ubicados en una nube alrededor del núcleo y son portadores de la carga negativa del átomo. La carga de un cuerpo se refiere sólo a su exceso de carga , el cual es siempre una fracción muy pequeña de su carga total, positiva o negativa. Los protones tienen una carga positiva de igual magnitud que la del electrón. Normalmente un átomo de materia está en un estado neutro o sin carga, debido a que contiene en su núcleo el mismo número de protones que electrones que le rodean.

4. La unidad de carga en el sistema Internacional es el Coulomb ( C). 1 Coulomb es el valor de la carga que colocada a un metro de otra carga igual en el vacío, se repelen con una fuerza igual a 9 x 10 9 N = 9000000000 N.El término Coulomb se dio en honor del físico francés Charles Coulomb. La magnitud de la carga de un electrón es 1,6 x 10 – 19 C. El principio de la cuantización de la carga establece que la carga neta de un cuerpo se presenta siempre en múltiplos enteros de la carga del electrón. Este principio fue descubierto por Robert Millikan en 1909 y por el mismo recibió el premio Nobel en Física en 1923. Los elementos químicos se diferencian en el número de electrones que poseen, o, de modo equivalente, en el número de protones en su núcleo. Un átomo que ha perdido uno o más electrones, y por consiguiente, tiene una carga positiva, se llama ION POSITIVO. Un átomo que ha ganado electrones se llama ION NEGATIVO.

5. Los protones y los neutrones están formados por otras partículas denominadas quarks. Existen 6 tipos de quarks : Up, down, strange, charm, top y bottom. Denominados así del inglés: arriba, abajo, extraño, encanto, superior e inferior, respectivamente. Arriba, superior y encanto tienen una carga de +2/3 la carga de un electrón y abajo, inferior y extraño tienen una carga de – 1/3 la carga de un electrón. El protón lo forman dos quarks up y un quark down ( 2/3 + 2/3 – 1/3 = + 1) y al neu- trón lo forman dos quarks down y uno up (– 1/3– 1/3 + 2/3 = 0). Hacia 1964 los científicos Gell – Man, Chew y Rosenfeld clasificaron a las partí- culas subatómicas en tres familias: Fotones, leptones y hadrones. Los fotones no poseen carga eléctrica, su masa es cero y no permanecen en el interior del átomo ya que viajan a la velocidad de la luz. Los leptones no pueden dividirse en partículas más pequeñas, ejemplo el electrón. Los protones y los neutrones pertenecen a los hadrones.

6. En forma general, hoy día se clasifican a las partículas subatómicas en dos grandes grupos: fermiones y bosones. A los quarks y a los leptones se les denomina fermiones; y, a las partículas ortadoras de fuerza, como el fotón que transmite la fuerza electromagnética, bosones. Benjamín Franklin (1706 – 1790) asignó los nombres de positiva y negativa a los dos tipos de cargas existentes. Llamó positiva a la clase de electricidad que se produce en el vidrio y negativa aquella que ocurre en la seda, al ser frotados mutuamente Las cargas iguales se repelen y las cargas contrarias se atraen. Conservación de la carga : Este principio establece que la carga neta de un sistema es igual antes y después de cualquier interacción.

7. CLASIFICACION DE LOS CUERPOS DE ACUERDO A LA FACILIDAD DE MOVIMIENTO DE CARGA. De acuerdo a la facilidad con que se puedan retirar o no los electrones externos de un átomo, en la materia a granel, los materiales se pueden clasificar en: conductores, superconductores, aisladores o dieléctricos y semiconductores. En los conductores las cargas eléctricas se mueven con facilidad a través del material Ej los metales; algunos metales como el cobre, la plata y el aluminio son mejores que otros, el cuerpo humano, la tierra, etc. Los superconductores son determinada clase de materiales que cuando se enfrían a temperaturas lo suficientemente bajas, contienen electrones que se mueven sin inhibición. El mercurio a temperaturas cercanas al cero absoluto es un superconductor. Los aisladores o dieléctricos son materiales que ofrecen una resistencia al movimiento de los electrones. Los electrones de la mayor parte de los sólidos no metálicos no se mueven con tanta facilidad, ejemplo: el vidrio, el hule y los plásticos.

8. Semiconductores: Sustancias se pueden hacer conductoras o aisladores, controlando las fuerzas eléctricas entre ellas, o la temperatura; desempeñan un papel importante en la tecnología (transistores) Ej. Silicio, germanio, y un número cada vez mayores de combinaciones sintéticas. DIFERENTES FORMAS DE CARGAR ELECTROSTATICAMENTE UN CUERPO Los objetos se pueden cargar por: contacto, inducción, frotamiento y polarización. Un conductor neutro se carga por contacto cuando toca a otro conductor cargado, ya sea positiva o negativamente. Al final los dos cuerpos quedan con el mismo tipo de carga. Un conductor neutro se carga por inducción cuando adquiere carga debido a la cercanía de otro conductor cargado, ya sea positiva o negativamente. Al final los dos cuerpos quedan con cargas opuestas.

9. Frotamiento: Método por el cual un cuerpo puede adquirir una carga al frotarlo con otro material. Así, el cuerpo que pierde electrones tendrá un exceso de carga positiva y el que gana electrones, un exceso de carga negativa. Polarización: Método por el cual se carga un no conductor mediante el reordenamiento de su carga debido a la presencia de otro cuerpo cargado. .

10. Ley de Coulomb: L a fuerza electrostática de atracción o repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y dirigida a lo largo de la línea que une a las cargas. Ley de Coulomb

11. Principio de Superposición de Fuerzas Se aplica cuando existen tres o más cargas puntuales. Establece que la Fuerza resultante que ejercen dos o más cargas puntuales sobre una ter- cera es equivalente a la suma vectorial de las fuerzas individuales ejer- cidas por cada carga sobre la tercera. Así, la fuerza resultante que ejercen las cargas q 1 ,q 2 , q 3 ,....., q n , sobre q 0 , viene dada por: r 01 : distancia de la carga q 1 a q 0 .

12. Efecto que produce una carga eléctrica en reposo sobre el espacio que le rodea. Es una cantidad vectorial. Su unidad es N/C . Para hallar la dirección y sentido de E en un punto “p” a una distancia “r”, se asume una carga de prueba (+) muy pequeña q 0 en “p”, la dirección y sentido de E son las mismas de F en ese punto. Campo Eléctrico + q (+)q 0 r E r - (+)q 0 E p p http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_electrost%C3%A1tico

13. Principio de Superposición de Campos E Establece que el campo Eléctrico resultante que ejercen dos o más cargas puntuales en un punto “p” es equivalente a la suma vectorial de los cam – pos individuales producidos por cada carga en el punto “p”. Así, el campo resultante que ejercen las cargas q 1 ,q 2 , q 3 ,....., q n , sobre “ p”, viene dada por: r 1 : distancia de la carga q 1 a “p”.

14. Campo Eléctrico – Placas paralelas ++++++++++++++++++++++ ---------------------------------- E Campo eléctrico uniforme d A q 0 B El trabajo realizado por E para mover una carga q 0 desde A hasta B, viene dado por:

15. Campo Eléctrico dentro de un conductor El campo eléctrico dentro de un conductor en equilibrio electrostá- tico es cero. E=0 Conductor en Equili- brio electrostático.

16. Diferencia de Energía Potencial Eléctrica (  U) Trabajo realizado por una fuerza externa para mover una carga positiva q 0 desde un punto “b” hasta un punto “ a ” en contra del campo eléctrico. Es una cantidad Escalar. Su unidad es Joule (J). Sears – Zemansky, Volumen 2 , 12ª edición

17. Energía Potencial Eléctrica de dos cargas puntuales en un punto ( U) La energía potencial eléctrica en un punto a , es el trabajo que realiza una fuerza externa para mover q 0 desde un punto donde no actúa el Campo eléctrico (  ) hasta “ a ”. 

18. Energía Potencial Eléctrica con varias cargas puntuales Sea una carga de prueba q 0 localizada en un punto “ a ” , y las cargas q 1 , q 2 , q 3 ,....., q n , localizadas a distancias r 1 ,r 2 , r 3 ,....., r n , respectivamente, de “ a ”. La energía potencial total en “ a ” viene dada por la suma alge – braica : a q 3 r 3 q 0 q 1 q 2 r 1 r 2

19. Superficies equipotenciales Son aquellas en el que el potencial tiene un mismo valor. Son perpendi culares a las líneas de fuerza del campo eléctrico en todo punto. El trabajo para desplazar una carga entre dos puntos de una misma superficie equipotencial es nulo. + Líneas de campo eléctrico Líneas equipotenciales

20. Diferencia de Potencial Eléctrico o Potencial (  V) El potencial ( Voltaje) es la energía potencial por unidad de carga. Es una cantidad escalar. Su unidad es el Voltio (V= J/C)

21. Potencial Eléctrico en un punto (V) p r q

22. Potencial Eléctrico con varias cargas puntuales Sean las cargas q 1 , q 2 , q 3 ,....., q n ; el potencial eléctrico resultante en un punto “p” localizado a distancias r 1 ,r 2 , r 3 ,....., r n , respectivamente de q 1 , q 2 , q 3 ,....., q n La energía potencial total en “ p ” viene dada por la suma algebraica : q 2 r 1 r 2 p q 1

23. Condensadores o Capacitores ( C) Dispositivos capaces de almacenar cargas eléctricas de manera que – posean energía eléctrica. - Q d Capacidad eléctrica o capacitancia Capacidad de carga que pueda almacenar un condensador. Su unidad es el Faradio (F = V/C) V (voltios) +Q -Q Q (C)

24. Electricidad Estudia las cargas eléctricas en reposo ( Electrostática) o en movimiento ( Electrodinámica). Electrodinámica Corriente eléctrica Intensidad de Corriente eléctrica Resistencia eléctrica : Código de colores Ley de OHM Circuitos Circuitos con resistencias en serie Circuitos con resistencias en paralelo Circuitos mixtos ( Potencia Eléctrica) Leyes de Kirchhoff Circuitos con condensadores : Serie y Paralelo

25. La corriente eléctrica es un movimiento de electrones a través de un conductor. Un corriente es constante si la intensidad y su sentido no varían. Se dice que una corriente es directa si no varía su sentido y alterna si varían tanto su sentido como su intensidad. Corriente eléctrica - - - - + - Corriente Convencional  (  V) fem= Fuerza electromotriz Para que circule la corriente a través de un conductor se necesita una diferencia de potencial (  =  V= fem), que produzca un campo eléctrico que asu vez genere la Fuerza eléctrica que impulse las - cargas eléctricas.

26. Intensidad de Corriente eléctrica (i) A la rapidez con que pasa la carga eléctrica a través de una sección del conductor se denomina intensidad eléctrica y se obtiene mediante la relación matemática: i = q / t Coulomb/ s = Amperio ( A) donde i : Intensidad de corriente q: Carga eléctrica t : Tiempo

27. Resistencia eléctrica (R) La resistencia eléctrica es directamente proporcional a la resistividad del material (  ) y a su longitud (L) e inversamente proporcional al área transversal del cable. La unidad de resistencia eléctrica es el OHMIO , en honor al físico alemán Georg Simon Ohm y se representa por la letra griega omega “  ”. L A  : Resistividad eléctrica Otro factor importante que influye en la resistencia eléctrica es la temperatura. Los buenos conductores aumentan la resistencia al movimiento de cargas al aumentar la temperatura. En los semiconductores sucede lo contrario, a mayor temperatura mayor conductividad.

28. Código de colores Resistencia eléctrica (R) Códigos 0 Negro 1 Café 2 Rojo 3 Naranja 4 Amarillo 5 Verde 6 Azul 7 Violeta 8 Gris 9 Blanco Tolerancia 5 % Dorado 10% Plateado 20% Ninguno Marrón = 1 Negro = 0 Naranja 3 Dorado 5%

29. Ley de Ohm Establece que la cantidad de corriente que pasa por un conductor es directamente pro- porcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del conductor. Matemáticamente se puede expresar mediante la relación: I = V/R Amperios = Voltios/ Ohmios Donde I : Intensidad de corriente V : Voltaje aplicado, se da en voltios en honor al físico italiano Alessandro Volta. R : resistencia eléctrica I (A) R=V/I V (v)

30. Circuitos Se denomina circuito eléctrico a todo camino cerrado por el cual pueda circular la co – rriente eléctrica. Circuitos con Resistencias en serie Dos o más resistencias están conectadas en serie si se conectan juntas de tal forma que sólo tienen un punto en común, es decir, una a continuación de la otra. R 3 R 1  R 2

31. LEYES PARA LOS CIRCUITOS CON RESISTENCIAS EN SERIE 1. La corriente es la misma en cada resistencia del circuito. I 1 =I 2 =I 3 =…=I n 2. El voltaje aplicado es igual a la suma de los voltajes parciales en cada resistencia. V T =V 1 +V 2 +V 3 +…+V n 3. La resistencia equivalente es igual a la suma de las resistencias parciales R T =R 1 +R 2 +R 3 +…+R n La resistencia equivalente de una conexión de resistencias en serie es siempre mayor que la mayor de las resistencias parciales.

32. Dos o más resistencias están conectados en paralelo si se conectan juntos de tal forma que sus extremos están unidos en dos puntos fijos (a y b) Circuitos con Resistencias en paralelo LEYES PARA CIRCUITOS CON RESISTENCIAS EN PARALELO 1. El voltaje total aplicado es igual a los voltajes parciales en cada resistencia. V T =V 1 =V 2 =…=V n 2. La intensidad total es igual a la suma de las intensidades parciales en cada resistencia. I T =I 1 +I 2 +…+I n 3. El inverso de la resistencia total es igual a la suma de los inversos de las resistencias parciales. 1/ R T = 1/ R 1 + 1/R 2 + …. + 1/R n La resistencia equivalente de una conexión en paralelo de resistencia es siempre menor que la menor de las resistencias.  b R 1 R 2 a

33. Circuitos Mixtos Presentan combinaciones de resistencias en serie y en paralelo Se denomina potencia eléctrica a la rapidez con la cual se convierte la energía eléctrica en otra forma, cuando las cargas pasan a través de una resistencia. Se puede hallar a través de la relación matemática: Donde P: Potencia eléctrica V: Voltaje I: Intensidad eléctrica R: Resistencia eléctrica Potencia Eléctrica V R 1 R 3 R 2

34. Leyes de Kirchhoff Se aplican para resolver cualquier tipo de circuito. Permite resolver circuitos en los cuales se presentan varias fem con combinaciones de resistencias, los cuales no se pueden resolver con los métodos estudiados anteriormente. Primera Ley : Conservación de la carga En todo punto de un circuito donde hay división de corriente (nodo), la suma alge – braica de las intensidades es cero. a I 1 I 3 I 2 V R 1 R 3 R 2

35. Segunda Ley : Conservación de la energía A lo largo de todo camino cerrado (malla), la suma algebraica de todos los cambios de Potencial (V) es cero. Convenios para la Segunda Ley Si se atraviesa una batería de – a + se aumenta su potencial en    Si se atraviesa una batería de + a - se disminuye su potencial en  1. 2.

36. 3. 4. Si se recorre una resistencia ( R ) en sentido contrario a la corriente aumenta su potencial en +IR Si se recorre una resistencia ( R ) a favor de la corriente, disminuye su potencial en -IR

37. C 1 C 3 C 2 Circuitos con Condensadores en serie LEYES PARA LOS CIRCUITOS CON CONDENSADORES EN SERIE 1. La Carga es la misma en cada CONDENSADOR del circuito. q 1 =q 2 =q 3 =…=q n 2. El voltaje aplicado es igual a la suma de los voltajes parciales en cada capacitor. V T =V 1 +V 2 +V 3 +…+V n 3. El inverso de la capacitancia total es igual a la suma de los inversos de las capacitancias parciales. 1/ C T = 1/ C 1 + 1/C 2 + …. + 1/C n

38. Circuitos con Condensadores en PARALELO LEYES PARA CIRCUITOS CON CONDENSADORES EN PARALELO 1. El voltaje total aplicado es igual a los voltajes parciales en cada capacitor . V T =V 1 =V 2 =…=V n 2. La carga total es igual a la suma de las cargas parciales en cada capacitor. q T =q 1 +q 2 +…+q n 3. La capacitancia equivalente es igual a la suma de las capacitancias parciales C T =C 1 +C 2 +C 3 +…+C n C 1 C 2 