RESUMEN DE LO MAS IMPORTANTE DEL BLOQUE 3&4 IV ''F''

COMPRENDES LAS LEYES DE LA ELECTRICIDAD

ELECTRICIDAD: La electricidad es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.^1 2 3 4 Se puede observar de forma natural en fenómenos atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas producidas por la transferencia de energía entre la ionosfera y la superficie terrestre (proceso complejo del que los rayos solo forman una parte). Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos biológicos, como el funcionamiento del sistema nervioso. Es la base del funcionamiento de muchas máquinas, desde pequeños electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta velocidad, y de todos los dispositivos electrónicos.⁵ Además es esencial para la producción de sustancias químicas como el aluminio y el cloro.

También se denomina electricidad a la rama de la física que estudia las leyes que rigen el fenómeno y a la rama de la tecnología que la usa en aplicaciones prácticas. Desde que, en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes eléctricas por inducción —fenómeno que permite transformar energía mecánica en energía eléctrica— se ha convertido en una de las formas de energía más importantes para el desarrollo tecnológico debido a su facilidad de generación y distribución y a su gran número de aplicaciones.

La electricidad es originada por las cargas eléctricas, en reposo o en movimiento, y las interacciones entre ellas. Cuando varias cargas eléctricas están en reposo relativo se ejercen entre ellas fuerzas electrostáticas. Cuando las cargas eléctricas están en movimiento relativo se ejercen también fuerzas magnéticas. Se conocen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Los átomos que conforman la materia contienen partículas subatómicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones). También hay partículas elementales cargadas que en condiciones normales no son estables, por lo que se manifiestan sólo en determinados procesos como los rayos cósmicos y las desintegraciones radiactivas

CARGA ELECTRICA

La carga eléctrica al igual que la masa constituye una propiedad fundamental de la materia. Se manifiesta a través de fuerzas denominadas electrostáticas que son las responsables de los fenómenos eléctricos, existen dos tipos de carga eléctrica la positiva & negativa. Su unidad de medida  en el sistema internacional es el Coulomb (C) el cual se abordara a detalle con posterioridad. 

La carga eléctrica se puede transferir de un cuerpo a otro por lo general un cuerpo con exceso de carga positiva cede electrones a otro cargándolo negativamente. Estas cargas positivas & negativas interactúan entre si , dos electrones se rechazan entre si & dos protones se rechazan entre si. En este sentido podemos mencionar que las cargas del mismo signo eléctrico se repelen & las del mismo signo eléctrico se atraen. 

Ley de Coulomb

La ley de Coulomb, que establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales, 

constituye el punto de partida de la Electrostática como ciencia cuantitativa.

Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años después, 

pero fue Coulomb en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales directos.

Entendemos por carga puntual una carga eléctrica localizada en un punto geométrico del espacio. 

Evidentemente, una carga puntual no existe, es una idealización, 

pero constituye una buena aproximación cuando estamos estudiando la interacción entre

cuerpos cargados eléctricamente cuyas dimensiones son muy pequeñas en comparación con la 

distancia que existen entre ellos.

La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las 

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".

Es importante hacer notar en relación a la ley de Coulomb los siguientes puntos:

a) cuando hablamos de la fuerza entre cargas eléctricas estamos siempre suponiendo que 

éstas se encuentran en reposo (de ahí la denominación de Electrostática);

Nótese que la fuerza eléctrica es una cantidad vectorial, posee magnitud, dirección  y sentido.

b) las fuerzas electrostáticas cumplen la tercera ley de Newton (ley de acción y reacción); 

es decir, las fuerzas que dos cargas eléctricas puntuales ejercen entre sí son iguales en módulo y dirección, 

pero de sentido contrario:

Fq₁ → q₂ = −Fq₂ → q₁ ;

Campo eléctrico

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante 

unmodelo 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  

sufre los efectos de una fuerza eléctrica  

dada por la siguiente ecuación:

(1)

En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, 

en campo tensorial cuadridimensional, denominadocampo electromagnético F^μν.²

Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricascomo en campos magnéticos variables. 

Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, 

sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, 

pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de

 James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.

Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, 

sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. 

La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de 

inducción electromagnética en el año 1832.

La unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), 

Voltio por metro (V/m) o, en unidades básicas, kg·m·s⁻³·A⁻¹ y la ecuación dimensional es MLT^-3I^-1.

CALCULO DEL CAMPO ELÉCTRICO

1.Campo de una carga puntual.

En las figuras 8.a y 8.b, se ilustran la magnitud y el sentido del campo eléctrico de  una carga puntual positiva o negativa, en el punto donde se encuentra la carga de prueba  +q0. El sentido y dirección del campo quedan bien definidos por el vector unitario

La fuerza ejercida sobre  la  carga de prueba   + qo por una   carga   q  es,

y como el campo eléctrico en la posición de la carga de prueba es,

el campo debido a la carga  q en el punto r es

El sentido del campo es  radial hacia fuera (si q es +)o hacia adentro (si q es -). 

Campo debido a un grupo de cargas puntuales.

En este caso el campo eléctrico en el punto P (Fig. 9) es la suma vectorial de los campos debido a cada una de las cargas, es decir,

Campo debido a una distribución continua de carga.

En este caso ( fig. 10), el campo debido a un elemento diferencial de carga dq es:     
                  
de modo que el campo total se obtiene por integración en dq:

donde dq esta dado por,                   

ρ=densidad de volumen,      

dV= elemento diferencial de volumen,              

σ=densidad de superficie,

ds=elemento diferencial de superficie,                

λ= densidad de longitud, y,

dl=elemento diferencial de longitud.

Figura 10

A CORRIENTE ELÉCTRICA

Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).

Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones históricas y no a cuestiones de la física y se debió a que en la época en que se formuló la teoría que trataba de explicar cómo fluía la corriente eléctrica por los metales, los físicos desconocían la existencia de los electrones o cargas negativas.

Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se descubrió también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo (–) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley física de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan". Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se movía del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la práctica, ese “error histórico” no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere

LEY DE OHM'

La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son: 1.     Tensión o voltaje "E", en volt (V). 2.     Intensidad de la corriente "  I ", en ampere (A). 3.     Resistencia "R" en ohm ( ) de la carga o consumidor conectado al circuito. Circuito eléctrico cerrado compuesto por una pila de 1,5 volt, una resistencia o carga eléctrica "R" y la.circulación de una intensidad  o flujo de corriente eléctrica " I " suministrado por la propia pila.

Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante. Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión o voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.