Introducción a la Ingenieria cap2

Curso
Introducción
a la Ingeniería
EIE 140
Francisco Apablaza M.
2014
famapablaza@hotmail.com

Programa: contenidos
CAPITULO 2 CORRIENTE Y TENSIÓN
2.1 El átomo y su estructura.
2.2 Formas de representar la estructura atómica.
2.3 Ionización, electrones de valencia.
2.4 Electrón, protón, carga eléctrica.
2.5 Fuerzas de origen eléctrico.
2.6 Ley de Coulomb.
2.7 Campo eléctrico y analogía campo gravitacional.
2.8 Diferencia de potencial gravitacional y diferencia de potencial
eléctrico.
2.9 Formas de producir Fuerza Electro Motriz (FEM).
2.10 Fuentes fijas de Corriente Continua (pilas, acumuladores).
2.11 Corriente electrónica y corriente convencional.
2.12 Circuito eléctrico.
2.13 Analogía hidromecánica. 2

3
2.1 El átomo y su estructura.
2.2 Formas de representar la estructura atómica.
2.3 Ionización, electrones de valencia.
2.4 Electrón, protón, carga eléctrica.

4
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interacti
va_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htm
http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/13-
estructura-del-atomo
Desde la Antigüedad, el ser humano se ha
cuestionado de qué estaba hecha la materia.
Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo
griego Demócrito consideró que la materia estaba
constituida por pequeñísimas partículas que no
podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello,
llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere
decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos
las cualidades de ser eternos, inmutables e
indivisibles.
Materia > Molécula > Átomo

5
En el universo todo se compone de materia que puede
estar en estado sólido, líquido, o gaseoso, ésta a su
vez se compone de elementos que son sustancias que
tienen propiedades y características únicas, la parte
más pequeña en la que se puede dividir un elemento
sin que pierda sus propiedades es llamada átomo.
Átomo

6
El tamaño o volumen exacto de un átomo es difícil de
calcular, ya que las nubes de electrones no cuentan
con bordes definidos, pero puede estimarse
razonablemente en 1,0586 × 10–10 m, el doble del radio
de Bohr para el átomo de hidrógeno. Si esto se
compara con el tamaño de un protón, que es la única
partícula que compone el núcleo del hidrógeno, que es
aproximadamente 1 × 10–15 se ve que el núcleo de un
átomo es cerca de 100.000 veces menor que el átomo
mismo, y sin embargo, concentra prácticamente el
100% de su masa.
Dimensiones Átomo

8
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interacti
va_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htm
http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/13-
estructura-del-atomo
La evolución de los modelos físicos del átomo se vio impulsada por
los datos experimentales.
El modelo de Rutherford, en el que los electrones se mueven alrededor
de un núcleo positivo muy denso,
Bohr partió del modelo de Rutherford pero postuló además que los
electrones sólo pueden moverse en determinadas órbitas;
El modelo de Schrödinger, que no fija trayectorias determinadas para
los electrones sino sólo la probabilidad de que se hallen en una zona,
explica parcialmente los espectros de emisión de todos los elementos;
sin embargo, a lo largo del siglo XX han sido necesarias nuevas mejoras
del modelo para explicar otros fenómenos espectrales.
MODELOS ATÓMICOS

Ver animación:
http://nea.educastur.princast.es/repositorio/VIDEO
S/2_1_nea_colab08_BACH_05%20La%20estructura
%20de%20la%20materia%20A.swf 9

10
Los electrones tienen carga eléctrica negativa (-e),
los protones la misma, pero positiva (+e), y los
neutrones no tienen carga. Los núcleos son por
consiguiente positivos. La fuerza fundamental que
mantiene a los electrones unidos a su respectivo
núcleo es la eléctrica; sabemos que cargas opuestas
se atraen y cargas del mismo signo se repelen.
Los átomos normalmente son eléctricamente
neutros, pues el número de electrones orbitales es
igual al número de protones en el núcleo.
Cargas del Átomo

11
A este número se le denomina número atómico (Z) y
distingue a los elementos químicos. Ahora bien, los
electrones orbitales se encuentran colocados en
capas. La capa más cercana al núcleo es la capa K; le
siguen la capa L, la M, la N, etc. Una clasificación de
los elementos la constituye la tabla periódica, en que
a cada elemento se le asocia su correspondiente Z
Número Atómico

12
Elemento Z Número de electrones en la capa
K L M
H (hidrógeno) 1 1
He (helio) 2 2
Li (litio) 3 2 1
Be (berilio) 4 2 2
B (boro) 5 2 3
C (carbono) 6 2 4
N (nitrógeno) 7 2 5
O (oxígeno) 8 2 6
F (flúor) 9 2 7
Ne (neón) 10 2 8
Na (sodio) 11 2 8 1
Mg (magnesio) 12 2 8 2
Al (alumino) 13 2 8 3
Datos Átomo

14
Si por algún proceso físico un electrón se separa de
su átomo correspondiente, se dice que sucede una
ionización. El átomo resultante, ahora con una carga
neta positiva, se llama ion positivo, o átomo ionizado.
La ionización puede tener lugar en cualquiera de las
capas atómicas, denominándose ionización K, L, M,
etc. Cuando sucede una ionización de capa interna,
como la K, queda un espacio vacante en la capa. El
átomo tiene la tendencia entonces a llenar esta
vacancia con un electrón de una capa externa. Al
suceder esto, hay una emisión de radiación
electromagnética (luz visible, rayos ultravioleta, o
rayos X)
Ionización Átomo

15
Si sucede una ionización en la capa K, un electrón
de la capa L llena la vacancia, emitiéndose un
fotón.
Ionización Átomo

16
Los átomos no se encuentran aislados en
la naturaleza, sino que están agrupados formando
infinidad de moléculas.
Los átomos se unen entre sí por medio de: enlace
covalente y enlace iónico.
Son los electrones de valencia, aquellos que están
localizados en la última capa o nivel de energía de un
átomo, los que se enlazan con otros.
Se denomina valencia, a la cantidad de electrones
que un átomo gana, pierde o comparte cuando se une
o enlaza con otros átomos.
Enlaces del Átomo

17
La corteza, la que está localizada fuera del núcleo o
rodeando a éste, es la que contiene a los electrones.
Éstos están dispuestos, organizados
o distribuidos en capas, mejor conocidas como
niveles de energía, pudiendo haber desde una hasta
siete de ellas en los átomos, según sea su clase o
tipo de átomo.
Las capas difieren en su capacidad para albergar
electrones, esto es que, en la primera capa pueden
encontrarse uno y hasta dos electrones a lo máximo,
en la segunda capa habrán desde uno hasta ocho
electrones a lo sumo, etc.
Valencia del Átomo

19
Isótopos del Átomo
El número de masa A de los núcleos es igual al
número total de nucleones (así se llama
genéricamente a los neutrones y protones). En otras
palabras, A = N + Z, con lo cual se define totalmente
de qué núcleo se trata.

20
Masa del Átomo
Se define la unidad atómica de masa (u.a.m) como 1/12
de la masa del átomo de 12C, que tiene 6 protones, 6
neutrones y 6 electrones. En estas unidades las masas
de las partículas fundamentales resultan ser:
masa del protón = mp = 1.007277 u.a.m.
masa del neutrón = mn = 1.008665 u.a.m.
masa del electrón = me = 0.000549 u.a.m.
Como se puede ver, la parte importante de la masa de
un átomo se debe a los nucleones; los electrones
contribuyen poco, siendo la masa del electrón
aproximadamente igual a 1/ 1835 de la masa del
protón.

21
Un mol de una substancia es igual a su peso
molecular expresado en gramos. Se sabe que un mol
de cualquier material tiene el mismo número de
moléculas, a saber, 6.023 X 1023, llamado número
de Avogadro.
Una u.a.m. equivale a 1.66043 X 10-24 gr, que es
precisamente el recíproco del número de Avogadro.
Masa del Átomo

22
La masa (m) se puede transformar en energía (E), y
viceversa, según la muy conocida ecuación de
Einstein:
E = mc²,
donde c es la velocidad de la luz, 3 X 1010 cm/ seg.
Si la masa del isótopo es menor que la suma de las
masas de sus componentes, la diferencia de las
masas es la energía de amarre del isótopo. Ésta es la
energía que se requiere para romper al isótopo en
sus componentes.
Energía del Átomo

23
La unidad conveniente de energía es el eléctrón-volt
(eV), que es la energía adquirida por una partícula con
una carga electrónica (e) al ser acelerada en una
diferencia de potencial de 1 volt.
De acuerdo con la ecuación de Einstein, se puede
calcular que 1 u.a.m: (la masa de un nucleón
aproximadamente) equivale a 931 MeV, o bien a 1.49
X l0-3 ergs.
Si se piensa en el gran número de núcleos que
contiene la materia, ésta es una cantidad enorme de
energía.
Energía del Átomo

24
La carga eléctrica es una magnitud física
característica de los fenómenos eléctricos. La
carga eléctrica es una propiedad de los cuerpos.
Cualquier trozo de materia puede adquirir carga
eléctrica.
La electricidad estática es una carga eléctrica que
se mantiene en estado estacionario (en reposo)
sobre un objeto, causada por la pérdida o ganancia
de electrones.
Carga eléctrica

25
Ley de conservación de cargas , según la cual la suma de
las cargas eléctricas positivas menos la de las cargas
negativas se mantiene constante.
La unidad con que se mide la carga eléctrica es
el coulomb (C), en honor a Charles Coulomb, y que
corresponde a lo siguiente:
1 Coulomb = 6,25x1018 electrones.
Por lo que la carga del electrón es de 1,6x10-19 C.
Un cuerpo se carga eléctricamente por un exceso de
uno de los dos tipos de carga (+ o – ), lo cual se logra
haciendo uso de diferentes procesos, como, el
contacto y la inducción.
Carga eléctrica

26
2.5 Fuerzas de origen eléctrico.
2.6 Ley de Coulomb.
2.7 Campo eléctrico y analogía campo gravitacional.
2.8 Diferencia de potencial gravitacional y diferencia
de potencial eléctrico.

27
Fuerza eléctrica
Entre dos o más cargas aparece una fuerza
denominada fuerza eléctrica cuyo módulo depende de
el valor de las cargas y de la distancia que las separa,
mientras que su signo depende del signo de cada
carga. Las cargas del mismo signo se repelen entre sí,
mientras que las de distinto signo se atraen.

28
“La magnitud de cada una de las fuerzas
eléctricas con que interactúan dos cargas
puntuales en reposo es directamente
proporcional al producto de la magnitud de
ambas cargas e inversamente proporcional
al cuadrado de la distancia que las separa y
tiene la dirección de la línea que las une. La
fuerza es de repulsión si las cargas son de
igual signo, y de atracción si son de signo
contrario”.
Ley de Coulomb
La constante de proporcionalidad depende de la constante
dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas.

30
Ley de Coulomb
La fuerza entre dos cargas se calcula como:
q1, q2 = Valor de las cargas 1 y 2
d = Distancia de separación entre las cargas
Fe = Fuerza eléctrica
La fuerza es una magnitud vectorial, por lo tanto
además de determinar el módulo se deben determinar
dirección y sentido.

31
Campo Eléctrico
El campo eléctrico es aquella región del espacio en
la que cualquier carga situada en un punto de dicha
región experimenta una acción o fuerza eléctrica.
Se describe como un campo vectorial en el cual
una carga eléctrica puntual de valor q sufre los
efectos de una fuerza eléctrica dada por la
siguiente ecuación:

32
Analogías:
Ambos campos son centrales, ya que están dirigidos
hacia el punto donde se encuentra la masa o la carga
que los crea.
Son conservativos porque la fuerza central
solamente depende de la distancia.
 La fuerza central que define ambos campos es
inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia.
Ley de Newton: Dos cuerpos cualesquiera del Universo se atraen
con una fuerza que es directamente proporcional al producto de
sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
que las separa.
campo eléctrico y campo gravitatorio

33
campo eléctrico y campo gravitatorio

34
2.9 Formas de producir Fuerza Electro Motriz (FEM).
2.10 Fuentes fijas de Corriente Continua (pilas,
acumuladores).
2.11 Corriente electrónica y corriente convencional.
2.12 Circuito eléctrico.
2.13 Analogía hidromecánica.

35
El fenómeno de la electrización consiste, en una
pérdida o ganancia de electrones. Para que se
produzca, los electrones han de tener movilidad.
Existen algunos materiales, como los metales, que
tienen la propiedad de permitir el movimiento de
cargas eléctricas, y por ello reciben el nombre
de conductores eléctricos. En cambio, hay otros,
como el vidrio, el plástico, la seda, etc., que impiden
el movimiento de cargas eléctricas a través de
ellos, y por esto reciben el nombre de aisladores o
aislantes eléctricos.
Conductores y aisladores

36
Un conductor eléctrico es un material que ofrece
poca resistencia al paso de la electricidad.
Generalmente son aleaciones o compuestos con
electrones libres que permiten el movimiento de
cargas.
En mayor o menor medida, conduce el calor y la
electricidad.
Conductores

37
Los electrones, al moverse a través de un conductor,
deben vencer una resistencia; en los conductores
metálicos, esta resistencia proviene de las colisiones
entre los electrones. La resistencia eléctrica de un
conductor se define como la oposición que presenta un
conductor al paso de la corriente a través de él.
Resistencia

38
Resistencia
La resistencia eléctrica de un conductor depende de
su naturaleza, de su longitud y de su sección.
A mayor longitud, mayor resistencia. A mayor sección,
menos resistencia.
R = ρ • L/S
ρ es una constante que depende del material,
llamada resistividad.
Siendo: la resistividad [Ω•mm²/m]; la longitud [m];
sección de la muestra [mm²]
(Ω)

39
Las cargas eléctricas en movimiento en un
conductor constituyen una corriente eléctrica.
La corriente eléctrica es producida por una
diferencia de potencial entre dos puntos. Se produce
una diferencia de potencial entre dos puntos cuando
éstos tienen cargas de diferente signo.
Corriente eléctrica
Conductor

40
Es la cantidad de carga eléctrica que circula por un
conductor por unidad de tiempo.
Su unidad es el amperio (A). Corresponde al paso de
un coulomb de carga cada segundo. C/s
(culombios sobre segundo)
El instrumento que mide la intensidad es
el amperímetro. Se conecta en serie en el circuito a
medir.
La intensidad de corriente

41
La diferencia de potencial (o tensión) entre dos
puntos es la energía que hay que dar a una carga
positiva para desplazarla desde un punto al otro.
La unidad de medida es el voltio o volt (V).
Del mismo modo que se necesita una presión para que
circule agua por una tubería, se necesita tensión
(fuerza) para que circule la corriente eléctrica por un
conductor.
El instrumento para medir la diferencia de potencial,
tensión o voltaje es el voltímetro. Este se conecta en
paralelo en el circuito a medir
Diferencia de potencial

42
Par termoeélectrico,
Termocuplas.
También Efecto piezoeléctrico, etc.

43
Material 2
Energía ionizante Energía ionizante
Material 1
+
+
++ -
--
-
De electricidad estática a f.e.m
Diferencia de potencial acumulada

44
La unidad de resistencia es
el ohm (Ω): resistencia que
ofrece un conductor cuando
por él circula un amper y entre
sus extremos hay una
diferencia de potencial de un
volt.
Ley de OHM

46
FEM: fuerza electro motriz
El término fuerza electromotriz se utiliza para
referirse a la capacidad que tienen algunos
dispositivos para movilizar la carga eléctrica.
Por ejemplo, las pilas, los acumuladores o baterías de
automóvil, el generador o alternador de un automóvil
o de una represa hidroeléctrica o de una planta
termoeléctrica, las celdas solares, etc.

47
Los dispositivos que generan una fem tienen la
capacidad de establecer una diferencia de tensión o
potencial.
Se define también como el trabajo que el generador
realiza para pasar por su interior la unidad
de carga positiva del polo negativo o cátodo al
positivo o ánodo, dividido por el valor en Culombios de
dicha carga.
La fuerza electromotriz(FEM) es toda causa capaz
de mantener una diferencia de potencial entre dos
puntos de un circuito abierto o de producir una
corriente eléctrica en un circuito cerrado.

48
Se relaciona con la diferencia de potencial V, entre
los bornes y la resistencia interna r, del generador
mediante la fórmula E=V+Ixr, (el producto Ixr, es la
caída de potencial que se produce en el interior del
generador a causa de la resistencia óhmica que
ofrece al paso de la corriente). La FEM de un
generador coincide con la diferencia de potencial en
circuito abierto.
I

49
Fuentes de energía
Inducción magnética:
Ley de Faraday

50
http://www.bigs.de/BLH/en/index.php?option=com_content&view=category&lay
out=blog&id=65&Itemid=233

Introducción a la Ingenieria cap2

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (19)

Similar a Introducción a la Ingenieria cap2

Similar a Introducción a la Ingenieria cap2 (20)

Más de Francisco Apablaza

Más de Francisco Apablaza (20)

Último

Último (20)

Introducción a la Ingenieria cap2