Electricidad y fundamentos
Electricidad
La electricidad es un fenómeno originado por el movimiento que realizan los electrones, partículas de masa pequeña que se encuentran alrededor del núcleo de un átomo.Este se manifiesta en gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática,la inducción de electromagnética o el flujo de la corriente eléctrica.
Átomo
El átomo es la unidad mas pequeña que compone un elemento químico esta constituido por un núcleo y un numero determinado de electrones que lo rodean.
fundamentos de la electricidad
fuerzas fundamentales
son las fuerzas que existen entre los protones entre las particulas elementales del átomo (protones, electrones y neutrones)
se conocen tres tipos de fuerzas
fuerza gravitacional
es una fuerza débil por el modulo de la fuerza gravitatoria entre dos particulas elementales es mucho mas pequeño que el modulo de cualquier otra fuerza fundamental.
la fuerza de la gravedad entre dos particulas elementales es de hecho tan débil que no tiene efecto medible sobre el comportamiento de estas particulas dentro del átomo.
fuerza electromagnética
es la fuerza que determina la estructura de los atomos. los electrones se mantienen en orbita del nucleo por la atracción eléctrica, del mismo modo que los planetas se mantienen en orbita alrrededor del sol por la atracción gravitatoria solo los electrones entre si fuerzas electronicas.
fuerza nuclear
es una fuerza es muy grande cuando las particulas estan muy proximas unas de otras pero se disminuyen rápidamente con la distancia
fuerza débil
es una fuerza de corto alcance limitado solo al núcleo
es la responsable de algunas formas de radiactividad que la transformación espontanea del núcleo de una clase de átomo en el núcleo de otra.
Electrostática
es la rama de la fisica que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en reposo, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del problema. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
carga eléctrica
es la cantidad de electrones perdidos o ganados por un cuerpo. su unidad es el S.I es el coulomb
2. ¿Qué corriente circula por una lámpara de 100W, conectada a la red de 220V?
LEYES DE LA ELECTRICIDAD
La Ley de Ohm establece que la intensidad que circula por un conductor, circuito o resistencia, es inversamente proporcional a la resistencia (R) y directamente proporcional a la tensión (E).
La ecuación matemática que describe esta relación es:
Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.
Bajate este programita para sencillos calculos y pruebas de la ley de Ohm
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LA LEY DE COULOMB
La ley de Coulomb dice que la intensidad de la fuerza electroestática entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que a ellas las separa.
Charles Austin Coulomb en 1785 desarrollo un aparato que el llamo la barra de torsión , construidas con fibras que permitian un facil desplazamiento, en esta colocó esferas con diferentes cargas electricas.
Dichas mediciones permitieron determinar la ecuación de la ley de Coulomb:
F = es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (función de que las cargas sean positivas o negativas).
q = son las cargas sometidas al experimento.
Epsilon = permitividad.
ud = vector director que une las cargas q1 y q2.
d = distancia entre las cargas.
LEYES DE KIRCHHOFF
a) Ley de nodos o ley corrientes
En todo nodo, donde la densidad de la carga no varíe en un instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes salientes. Ficho de otra forma la suma de corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del nodo.
Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes
I1 = I2 + I3
Un enunciado alternativo es, en todo nodo la suma algebraica de corrientes debe ser 0.
Ejemplo: Calcular la corriente desconocida del circuito:
Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes
7A = I2 + 4A
7A – 4A = I2
I2 = 3A
LEY DE MALLAS O LEY DE VOLTAJES
En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma de todas las subidas de tensión. Ficho de otra forma el voltaje aplicado a un circuito cerrado es igual a la suma de las caídas de voltaje en ese circuito.
Voltaje aplicado = Suma de caídas de voltaje
V = V1 + V2 + V3
Un enunciado alternativo es, en toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico debe ser 0.
Ejemplo: Calcular el voltaje desconocido del circuito:
Voltaje aplicado = Suma de caídas de voltaje
24V = 8V + 10V + V3
24V – 8V – 10V = V3
V3 = 6V
LEY DE WATT
La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de la alimentación (V) del circuito y a la intensidad de corriente (I) que circule por él.
Donde:
P= Potencia en watt
V= Tensión en volt (V)
I= Intensidad de corriente en ampere (A)
Watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades, su símbolo es W. Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s).
Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el Watt es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA).
La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en Watt, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kW).
EJEMPLOS DE APLICACIÓN:
1. ¿Cuál es la potencia consumida por un cautín de soldar por el cual circula una corriente de 0,16A (160mA) y está conectado a la red de 220V.
2. ¿Qué corriente circula por una lámpara de 100W, conectada a la red de 220V?
3. Encuentre el voltaje aplicado a una plancha de 1000W, que consume una corriente de 4,55A
LEY DE JOULE
Cuando la corriente eléctrica circula por un conductor, encuentra una dificultad que depende de cada material y que es lo que llamamos resistencia eléctrica, esto produce unas pérdidas de tensión y potencia, que a su vez den lugar a un calentamiento del conductor, a este fenómeno se lo conoce como efecto Joule. En definitiva, el efecto Joule provoca una pérdida de energía eléctrica, la cual se transforma en calor, estas pérdidas se valoran mediante la siguiente expresión:
