Campo Electrico

¿ QUE ES?

El campo eléctrico existe cuando existe una carga y representa el vínculo entre ésta y otra carga al momento de determinar la interacción entre ambas y las fuerzas ejercidas. Tiene carácter vectorial (campo vectorial) y se representa por medio de líneas de campo. Si la carga es positiva, el campo eléctrico es radial y saliente a dicha carga. Si es negativa es radial y entrante.

UNIDAD DE MEDICIÓN

La letra con la que se representa el campo eléctrico es la E.

Al existir una carga sabemos que hay un campo eléctrico entrante o saliente de la misma, pero éste es comprobable únicamente al incluir una segunda carga (denominada carga de prueba) y medir la existencia de una fuerza sobre esta segunda carga.

EXPERIMENTOS

Magnétismo

¿QUE ES?

Existe en la naturaleza un mineral llamado magnetita o piedra imán que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales. Esta propiedad recibe el nombre de magnetismo.

MATERIALES MAGNÉTICOS

• Ferromagnéticos: constituyen los imanes por excelencia, son materiales que pueden ser magnetizados permanentemente por la aplicación de campo magnético externo. Por encima de una cierta temperatura (temperatura de Curie)se convierten en paramagnéticos. Como ejemplos más importantes podemos citar el hierro, el níquel, el cobalto y aleaciones de éstos.

• Paramagnéticos: cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán pero se encuentran orientados al azar de modo que el efecto magnético se cancela. Cuando se someten a la aplicación de un B adquieren una imanación paralela a él que desaparece al ser retirado el campo externo. Dentro de esta categoría se encuentran el aluminio, el magnesio, titanio, el wolframio o el aire.
• Diamagnéticos: en estos materiales la disposición de los electrones de cada átomo es tal que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Bajo la acción de un campo magnético externo la sustancia adquiere una imanación débil y en el sentido opuesto al campo aplicado. Son diamagnéticos por ejemplo el bismuto, la plata, el plomo o el agua.

LEY DE BIOT-SAVART



B = ∫ (μ I) / (4π) * (dr x u) / (r^2)

B: campo magnético (vector)
I : corriente que genera al campo
μ : permeabilidad magnética del medio
dr: diferencial de la integral (vector)
r : distancia entre la corriente y un punto
u : vector unitario de dirección de r

recuerda que (dr x u) es un producto vectorial.

EXPERIMENTOS

Electromagnétismo

¿QUE ES?

Es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, sus fundamentos fueron dados a conocer por primera vez por Michael Faraday y formulados por primera vez de forma completa por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales, conocidas como ecuaciones de Maxwell.
El valor del campo magnético creado en un punto dependerá de la intensidad del corriente eléctrico y de la distancia del punto respecto el hilo, así como de la forma que tenga el conductor por donde pasa la corriente eléctrica.

CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UNA CORRIENTE ELECTRICA

El campo magnético creado por un elemento de corriente hace que alrededor de este elemento se creen líneas de fuerzas curvas y cerradas. Para determinar la dirección y sentido del campo magnético podemos usar la llamada regla de la mano derecha.

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• En el caso de un hilo conductor rectilíneo se crea un campo magnético circular alrededor del hilo y perpendicular a él.
• Cuando tenemos un hilo conductor en forma de espira, el campo magnético sera circular. La dirección y el sentido del campo magnético depende del sentido de la corriente eléctrica.
• Cuando tenemos un hilo conductor enrollado en forma de hélice tenemos una bobina o solenoide. El campo magnético en su interior se refuerza todavía más en existir más espiras: el campo magnético de cada espira se suma a la siguiente y se concentra en la región central.

FUERZA ELECTROMAGNÉTICA

Cuando una carga eléctrica está en movimiento crea un campo eléctrico y un campo magnético a su alrededor.

Así pues, este campo magnético realiza una fuerza sobre cualquier otra carga eléctrica que esté situada dentro de su radio de acción. Esta fuerza que ejerce un campo magnético será la fuerza electromagnética.

Si tenemos un hilo conductor rectilíneo por donde circula una corriente eléctrica y que atraviesa un campo magnético, se origina una fuerza electromagnética sobre el hilo. Esto es debido a que el campo magnético genera fuerzas sobre cargas eléctricas en movimiento.

Si en lugar de tener un hilo conductor rectilíneo tenemos un espiral rectangular, aparecerán un par de fuerzas de igual valor pero de diferente sentido situadas sobre los dos lados perpendiculares al campo magnético. Esto no provocará un desplazamiento, sino que la espira girará sobre si misma.

FORMULA

EXPERIMENTOS

Cargas Elecetricas

¿QUE ES?

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones.
La carga eléctrica q puede clasificarse como carga eléctrica positiva (protones) y carga eléctrica negativa (electrones). Los fenómenos eléctricos se atribuyen a la separación de las cargas eléctricas del átomo y su movimiento. Por esta razón el concepto de carga eléctrica es la base para definir los fenómenos eléctricos.

¿CUAL ES LA UNIDAD DE MEDIDA?

La unidad de medida de la carga es el coulomb (C), En honor al Físico e Ingeniero militar Charles Augustin Coulomb (1736 - 1806) este francés fue el primero en explicar de forma matemática la ley de atracción de las cargas.

Un coulomb (C) es la carga de |6.24X10¹⁸| electrones o la carga de un electrón es una carga negativa de 1.6021X10^-19 (C).

La carga eléctrica de un cuerpo u objeto se establece a partir de la relación entre el número de protones y el número de electrones existentes en el. Si esta relación es de igualdad se dice que el cuerpo no está cargado. Si el número de electrones es mayor al número de protones, afirmamos que el cuerpo está cargado negativamente. Si el número de electrones es menor que el número de protones afirmamos que el cuerpo está cargado positivamente.

Cargar un cuerpo negativa o positivamente es consecuencia de la ganancia o pérdida de electrones respectivamente. Es de resaltar que los elementos con capacidad de transferirse son los electrones.

La carga transferida a un elemento, en un intervalo de tiempo entre t₁ y t₂ se expresa como una integral definida.(Hayt Jr, Kemmerly, & Durbin, 2004, pág. 12).

Donde i(t) es la corriente. a través de el elemento.

La expresión matemática para la carga total transferida a lo largo de todo el tiempo, se obtiene sumando q(t₁) o carga inicial, a la carga transferida a lo largo del tiempo entre q(t₁) y q(t₂), la expresión anterior.

Electricidad

¿QUE ES?

La carga eléctrica es una propiedad física de la materia que provoca que una partícula experimente  una fuerza cuando se encuentra cercana a otra partícula cargada eléctricamente.

La palabra electricidad proviene del griego elektron, que significa “ámbar”. Desde el año 600 antes de Cristo, los griegos ya hacían experimentación frotando una resina de árbol llamada ambar generando electrostática.

¿DONDE LA ENCONTRAMOS?

Se puede observar de forma natural en fenomenos atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas producidas por la transferencia de enérgia entre la ionosfera y la superficie terrestre. Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos biológicos, como el funcionamiento del sistema nervioso.

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 ;

Representación gráfica de la Ley de Coulomb para dos cargas del mismo signo.

En términos matemáticos, esta ley se refiere a la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales q₁y q₂ ejerce sobre la otra separadas por una distancia r y se expresa en forma de ecuación como:

k es una constante conocida como constante Coulomb y las barras denotan valor absoluto.

F es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (en función de que las cargas sean positivas o negativas).

- Si las cargas son de signo opuesto (+ y –), la fuerza "F" será negativa, lo que indica atracción

- Si las cargas son del mismo signo (– y –   ó   + y +), la fuerza "F" será positiva, lo que indica repulsión

Experimentos