-Corriente Eléctrica.

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se aprovecha en el electroimán.
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

 -Diferencia de Potencial eléctrico
Considérese una carga de prueba positiva en presencia de un campo eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto B conservándose siempre en equilibrio. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga, la diferencia de potencial eléctrico se define como:
El trabajo puede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el potencial eléctrico en B será respectivamente mayor, menor o igual que el potencial eléctrico en A. La unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuación anterior es Joule/Coulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio = 1 joule/coulomb.
Un electronvoltio (eV) es la energía adquirida para un electrón al moverse a través de una diferencia de potencial de 1 V, 1 eV = 1,6x10^-19 J. Algunas veces se necesitan unidades mayores de energía, y se usan los kiloelectronvoltios (keV), megaelectronvoltios (MeV) y los gigaelectronvoltios (GeV). (1 keV=10³ eV, 1 MeV = 10⁶ eV, y 1 GeV = 10⁹ eV).
Aplicando esta definición a la teoría de circuitos y desde un punto de vista más intuitivo, se puede decir que el potencial eléctrico en un punto de un circuito representa la energía que posee cada unidad de carga al paso por dicho punto. Así, si dicha unidad de carga recorre un circuito constituyendóse en corriente eléctrica, ésta irá perdiendo su energía (potencial o voltaje) a medida que atraviesa los diferentes componentes del mismo. Obviamente, la energía perdida por cada unidad de carga se manifestará como trabajo realizado en dicho circuito (calentamiento en una resistencia, luz en una lámpara, movimiento en un motor, etc.). Por el contrario, esta energía perdida se recupera al paso por fuentes generadoras de tensión. Es conveniente distinguir entre potencial eléctrico en un punto (energía por unidad de carga situada en ese punto) y corriente eléctrica (número de cargas que atraviesan dicho punto por segundo).
Usualmente se escoge el punto A a una gran distancia (en rigor el infinito) de toda carga y el potencial eléctrico a esta distancia infinita recibe arbitrariamente el valor cero. Esto permite definir el potencial eléctrico en un punto poniendo y eliminando los índices:
siendo el trabajo que debe hacer un agente exterior para mover la carga de prueba desde el infinito al punto en cuestión.
Obsérvese que la igualdad planteada depende de que se da arbitrariamente el valor cero al potencial en la posición de referencia (el infinito) el cual hubiera podido escogerse de cualquier otro valor así como también se hubiera podido seleccionar cualquier otro punto de referencia.
También es de hacer notar que según la expresión que define el potencial eléctrico en un punto, el potencial en un punto cercano a una carga positiva aislada es positivo porque debe hacerse trabajo positivo mediante un agente exterior para llevar al punto una carga de prueba (positiva) desde el infinito. Similarmente, el potencial cerca de una carga negativa aislada es negativo porque un agente exterior debe ejercer una fuerza (trabajo negativo en este caso) para sostener a la carga de prueba (positiva) cuando esta (la carga positiva) viene desde el infinito.
Por último, el potencial eléctrico queda definido como un escalar porque y son escalares.
Tanto como son independientes de la trayectoria que se siga al mover la carga de prueba desde el punto A hasta el punto B. Si no fuera así, el punto B no tendría un potencial eléctrico único con respecto al punto A y el concepto de potencial sería de utilidad restringida.

Una carga de prueba se mueve desde A hasta B en el campo de carga q siguiendo una de dos trayectorias. Las flechas muestran a E en tres puntos de la trayectoria II

Es posible demostrar que las diferencias de potencial son independientes de la trayectoria para el caso especial representado en la figura. Para mayor simplicidad se han escogido los puntos A y B en una recta radial.
Una carga de prueba puede trasladarse desde A hacia B siguiendo la trayectoria I sobre una recta radial o la trayectoria II completamente arbitraria.
La trayectoria II puede considerarse equivalente a una trayectoria quebrada formada por secciones de arco y secciones radiales alternadas. Puesto que estas secciones se pueden hacer tan pequeñas como se desee, la trayectoria quebrada puede aproximarse a la trayectoria II tanto como se quiera. En la trayectoria II el agente externo hace trabajo solamente a lo largo de las secciones radiales, porque a lo largo de los arcos, la fuerza y el corrimiento son perpendiculares y en tales casos es nulo. La suma del trabajo hecho en los segmentos radiales que constituyen la trayectoria II es el mismo que el trabajo efectuado en la trayectoria I, porque cada trayectoria está compuesta del mismo conjunto de segmentos radiales. Como la trayectoria II es arbitraria, se ha demostrado que el trabajo realizado es el mismo para todas las trayectorias que unen A con B.
Aun cuando esta prueba sólo es válida para el caso especial ilustrado en la figura, la diferencia de potencial es independiente de la trayectoria para dos puntos cualesquiera en cualquier campo eléctrico. Se desprende de ello el carácter conservativo de la interacción electrostática el cual está asociado a la naturaleza central de las fuerzas electrostáticas.
Para un par de placas paralelas en las cuales se cumple que , donde d es la distancia entre las placas paralelas y E es el campo eléctrico constante en la región entre las placas.

Semana 5

-Energia potencial en el campo eléctrico.

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Matemáticamente se expresa por:

Considérese una carga puntual de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es:

De manera equivalente, el potencial eléctrico es =

Recapitulacion 4

RECAPITULACION 4

POR EQUIPO HACER EL MAPA CONCEPTUAL DE:

La Electricidad

Tema CARGA Y CORRIENTE ELÉCTRICA

EQUIPO

1.                               El origen de la electricidad

o            Los primeros estudios que se conocen relacionados con la electricidad se hicieron en la antigua Grecia, alrededor del siglo IV a.C.

o            El filosofo griego Mileto estudiaba varios materiales como el ámbar

o            La palabra electricidad deriva de electrón que en griego significa ámbar

2.                                La materia está formada por partículas con carga eléctrica

o            Todos los cuerpos están formados por átomos que contienen algunas partículas como carga eléctrica.

o            La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de las partículas elementales, así como la masa.

o            Los electrones tienen cargas positivas y negativas

3.                      

o            La electrización consiste en la generación de un desequilibrio eléctrico en un cuerpo.

o            La electrización por frotamiento consiste en frotar dos cuerpos de ciertos materiales entre sí, como lana y vidrio, o seda y plástico.

o            La electrización por contacto consiste en tocar un cuerpo neutro con otro electrizado.

o            Otra forma de electrizar un cuerpo son la polarización y la inducción .

4.                      

o            A mediados del siglo XVIII, el físico estadounidense Benjamín Franklin demostró que dos cargas eléctricas de igual signo se repelen y dos cargas eléctricas de distinto signo se atraen.

o            La unidad de medida de la carga eléctrica es el coulomb (C) y un coulomb corresponde a la carga total de 6,25 X10 18 electrones.

5.                               La electrización por inducción

o            A electrización por inducción se produce cuando acercamos, sin tocar, un cuerpo cargado a uno neutro para inicialmente polarizarlo, es decir, separar las cargas negativas de las positivas en él, y luego se conecta a tierra o a otro material (tocándolo con el dedo, por ejemplo).

o            Interaccion electrostática entre las cargas, Ley de Coulomb, a 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.

6.       Campo eléctrico.

o       El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.^[1] Matemáticamente 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:

(1)

o         La intensidad del campo eléctrico en un punto es una magnitud vectorial que se mide por el cociente entre la fuerza que ejerce el campo sobre una carga de prueba positiva + q_o, colocada en el punto y el valor de dicha carga.

Ejercicio E-1   

     Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q₁ = + 1 x 10^-6 C. y q₂ = + 2,5 x 10^-6 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5 cm.

Ejercicio E-2   

     Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q₁ = -1,25 x 10^-9 C. y q₂ = +2 x 10^-5 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 10 cm.

Protón= 1,602 x 10^–19 culombios 

Electrón =

Carga eléctrica:

−1.6 × 10−19C

Ejercicio E-5

Calcular la fuerza entre dos cargas:

a) De + 5C y +3C situadas a 10 cm.

Ejercicio E-6

Calcular la fuerza entre dos cargas:

a)De + 5C y -3C situadas a 10 cm.

COMPLETAR EJERCICIOS.

Ejercicio E-3   

¿^Cuál debe ser la distancia entre la carga puntualq1=26.3 C y la carga puntual

q2=-47.1C para que la fuerza de atracción entre ambas sea de 5.66 N?

f=k(q¹q²)/r²  

r²=k(q₁q₂)/f

r=√ k(q₁q₂)/f

r= √9 * 10⁹ * N * m² / C²(26.3*47.1)/5.66

r=√1969.71*10⁹/5.66

r=√348*10⁹

r=1.86*10³m

Ejercicio E-4   

Calcular la distancia entre el electrón y el protón de un átomo de hidrógeno, si la fuerza  de atracción es de 8,17 x10-8 N

R=  f=k(q¹q²)/r²    f=  9 * 10⁹ * N * m² / C² ( 1,602 x 10^–19 )(-1,602*10^-19  )/r²

8,17 x10-8 N=  9 * 10⁹ * N * m² / C² ( 1,602 x 10^–19 )(-1,602*10^-19  )/r²

 R=√9 * 10⁹ * N * m² / C² ( 1,602 x 10^–19 )(-1,602*10^-19   )/ 8,17 x10-8 N

R=√23.04*10^-29 /8.17*10^-8

R=√2.82*10^-21

R=1.679*10^-21 m.

Actividad en clase.

5.4 Interacción electrostática.

Equipo	Definición Ley de Coulomb Y Modelo matemático	Carga eléctrica	unidades	Constante de proporcionalidad	Carga eléctrica Protón Valor	Carga eléctrica electrón Valor
1	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.	xxxxxxxxxx	xxxxxxx	xxxxxxxx	Xxxxxxxxx	xxxxxxxx
2	xxxxxxx	la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnética.	xxxxxxxx	xxxxxxxxx	xxxxxxxxx	xxxxxxxx
3	xxxxxxxxx	xxxxxxx	Dado que el campo eléctrico resulta del cociente entre una fuerza y una carga su unidad será la unidad de fuerza sobre la unidad de carga que en el sistema S.I. (Sistema Internacional) es un Newton (N) dividido por un Coulomb (C) o sea N/C	xxxxxxxxx	xxxxxxxxxx	xxxxxxxx
4	xxxxxxx	xxxxxxx	xxxxxxx	K = 8.9874 · 109 N · m2/C2	xxxxxxxxxx	xxxxxxxx
5	xxxxxxx	xxxxxxx	xxxxxx	xxxxxxxxx	1,602 176 487 × 10–19 C	xxxxxxxx
6	xxxxxxx	xxxxxxx	xxxxxxx	xxxxxxxx	xxxxxx	Desde el punto de vista físico, el electrón tiene una carga eléctrica contraria a la del protón -1,602176487 × 10−19 C

5.6 Intensidad del campo elécrico.

La magnitud que mide esta alteración en un punto determinado es la intensidad del campo eléctrico en dicho punto. Se define como la fuerza ejercida sobre la unidad de carga positiva situada en ese punto. En la escena siguiente dispones de un punto azul móvil; imaginarás que lleva una carga de 1 Culombio cuando hayas creado un campo eléctrico a su alrededor.

Campo eléctrico.

5.5 Campo eléctrico.

Definición:

Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas (la causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.
Los campos eléctricos estáticos (también conocidos como campos electrostáticos) son campos eléctricos que no varían con el tiempo (frecuencia de 0 Hz). Los campos eléctricos estáticos se generan por cargas eléctricas fijas en el espacio, y son distintos de los campos que cambian con el tiempo, como los campos electromagnéticos generados por electrodomésticos, que utilizan corriente alterna (AC) o por teléfonos móviles, etc.

Semana 4

5.4 Interacción electrostática (Ley de Colomb).

La interacción electrostática o la fuerza eléctrica es la responsable de la atracción o repulsión entre objetos con carga eléctrica. Establece que dos cargas del mismo signo se repelen, mientras que dos cargas de signos opuestos se atraen. En el siglo XVIII, el físico francés Charles de Coulomb demostró que la intensidad de la fuerza 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. Siendo la constante de proporcionalidad solamente dependiente del medio en el que se encuentran las cargas. La dirección de la fuerza es la de la recta que une ambas cargas.

1.- Ley de Coulomb.
Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la ley de Coulomb
Según la cual la fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas.

2.- Expresión matemática. La ley de Coulomb
Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
El valor de la constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que se exprese F, q, q’ y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale 9·10-9 Nm2/C2