FÍSICA GENERALFÍSICA GENERAL

Unidad VIUnidad VI

Electricidad básicaElectricidad básica

3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA 3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA ELECTROSTÁTICAELECTROSTÁTICA

• DEFINICIÓN

– “Es una propiedad de la materia que se traduce o queprovoca que los cuerpos se atraigan o se repelen (serechacen) entre sí en función a la aparición de camposelectromagnéticos generados por las mismas cargas”

– “Es una magnitud fundamental de la física, responsablede la interacción electromagnética”

3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA 3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA ELECTROSTÁTICAELECTROSTÁTICA

• Toda materia está formada por partículas como éstasllamadas átomos.

• Un átomo a su vez está compuesto por pequeñoselementos:– Protón. Tiene carga eléctrica positiva, se encuentra

localizado en el núcleo.

– Neutrón. No tiene carga eléctrica. Se sitúa en el núcleo juntocon los protones.

– Electrón. Posee carga eléctrica negativa y se encuentra en lacorteza.

3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA 3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA ELECTROSTÁTICAELECTROSTÁTICA

• UNIDADES

– En el Sistema Internacional de Unidades la unidad decarga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Sedefine como la cantidad de carga que pasa por lasección transversal de un conductor eléctrico en unsegundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio,y se corresponde con la carga de6,241 509 × 1018 electrones aproximadamente.2

3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA 3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA ELECTROSTÁTICAELECTROSTÁTICA

• LEY DE COULOMB

– La fuerza ejercida por una carga puntual sobre otra estádirigida a lo largo de la línea que las une. Es repulsiva silas cargas tienen el mismo signo y atractiva si tienensignos opuestos. La fuerza varía inversamenteproporcional al cuadrado de la distancia que separa lascargas y es proporcional al valor de cada una de ellas

3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA 3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA ELECTROSTÁTICAELECTROSTÁTICA

• LEY DE COULOMB

• Ejercicios

– Determinar la fuerza que actúa sobre las cargaseléctricas q1= + 1 x 10

-6 C. y q2= + 2,5 x 10-6C. que se

encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de5 cm.

– Determinar la fuerza que actúa sobre las cargaseléctricas 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 de10 cm.

3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA 3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA ELECTROSTÁTICAELECTROSTÁTICA

3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA 3.1 CARGA ELÉCTRICA Y FUERZA ELECTROSTÁTICAELECTROSTÁTICA

• Problema 1. Calcular la fuerza que produce una carga de 10 μ C sobreotra de 20 μ C, cuando esta última se encuentra ubicada, respecto de laprimera, a:– a) 1 cm.– b) 2 cm.– c) 0,1 cm.

• Problema 2. Una bola de médula de sauco, A, tiene una carga de 40 μ Cy está suspendida a 6 cm de otra bola, B, que ejerce una fuerza de 500N sobre la carga A, ¿cuál es la carga de la bola B ?.

• Problema 3. Una bola de médula de sauco, A, tiene una masa de 0,102g y una carga de 0,1 μ C. A está ubicada a 50 cm de otra bola, B,de 0,04μ C.– a) ¿qué fuerza ejerce B sobre A?.– b) ¿cuál será la aceleración de A en el instante en que se suelta? (no tener en

cuenta la aceleración de la gravedad).

3.2 CONCEPTO DE VOLTAJE Y SU 3.2 CONCEPTO DE VOLTAJE Y SU GENERACIÓNGENERACIÓN

• El voltaje es la magnitud física que, en un circuitoeléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de unconductor. Es decir, conduce la energía eléctricacon mayor o menor potencia.

• Voltaje y voltio son términos en homenaje aAlessandro Volta, que en 1800 inventara la pilavoltaica y la primera batería química.

3.2 CONCEPTO DE VOLTAJE Y SU 3.2 CONCEPTO DE VOLTAJE Y SU GENERACIÓNGENERACIÓN

• El voltaje es un sinónimo de tensión y dediferencia de potencial. En otras palabras, elvoltaje es el trabajo por unidad de carga ejercidopor el campo eléctrico sobre una partícula paraque ésta se mueva de un lugar a otro. En el SistemaInternacional de Unidades, dicha diferencia depotencial se mide en voltios (V), y esto determinala categorización en “bajo” o “alto voltaje”.

3.2 CONCEPTO DE VOLTAJE Y SU 3.2 CONCEPTO DE VOLTAJE Y SU GENERACIÓNGENERACIÓN

• Un voltio es la unidad de potencial eléctrico, fuerzaelectromotriz y voltaje.

• Algunos voltajes comunes son:– Una neurona (75 mV)

– Una batería o pila no recargable alcalina (1,5 V)

– Una recargable de litio (3,75 V)

– Un sistema eléctrico de automóvil (12 V)

3.2 CONCEPTO DE VOLTAJE Y SU 3.2 CONCEPTO DE VOLTAJE Y SU GENERACIÓNGENERACIÓN

– La electricidad en una vivienda• 230 en Europa, Asia y África,

• 120 en Norteamérica

• 220 algunos países de Sudamérica

– El riel de un tren (600 a 700 V),

– Una red de transporte de electricidad de alto voltaje(110 kV)

– Un relámpago (100 MV).

3.2 CONCEPTO DE VOLTAJE Y SU 3.2 CONCEPTO DE VOLTAJE Y SU GENERACIÓNGENERACIÓN

• Formas de generar voltaje

3.3 CONCEPTO DE CORRIENTE3.3 CONCEPTO DE CORRIENTE

• Lo que conocemos como corriente eléctrica no esotra cosa que la circulación de cargas o electronesa través de un circuito eléctrico cerrado, que semueven siempre del polo negativo al polo positivode la fuente de suministro de fuerza electromotriz(FEM).

3.3 CONCEPTO DE CORRIENTE3.3 CONCEPTO DE CORRIENTE

• En un circuito eléctrico cerrado la. corriente circulasiempre del polo. negativo al polo positivo de la.fuente de fuerza electromotriz. (FEM),

3.4 RESISTENCIA Y CONDUCTIVIDAD 3.4 RESISTENCIA Y CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICASELÉCTRICAS

• Resistencia eléctrica es toda oposición queencuentra la corriente a su paso por un circuitoeléctrico cerrado, atenuando o frenando el libreflujo de circulación de las cargas eléctricas oelectrones.

• Cualquier dispositivo o consumidor conectado aun circuito eléctrico representa en sí una carga,resistencia u obstáculo para la circulación de lacorriente eléctrica.

3.4 RESISTENCIA Y CONDUCTIVIDAD 3.4 RESISTENCIA Y CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICAELÉCTRICA

A.- Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, queofrece baja resistencia. B.- Electrones fluyendo por un malconductor. eléctrico, que ofrece alta resistencia a su paso. Enese caso los electrones chocan unos contra otros al no podercircular libremente y, como consecuencia, generan calor.

3.4 RESISTENCIA Y CONDUCTIVIDAD 3.4 RESISTENCIA Y CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICASELÉCTRICAS

• La conductividad, por su parte, es lo opuesto a laresistividad. La resistividad o resistencia específicade un material se representa con la letra griega “”(rho)* . Por tanto, su inverso se puede representarmatemáticamente por medio de la fórmulasiguiente, en la que la letra griega “” (sigma)representa la conductividad:

3.4 RESISTENCIA Y CONDUCTIVIDAD 3.4 RESISTENCIA Y CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICASELÉCTRICAS

• Mientras mayor sea la conductividad de unmaterial o elemento cualquiera, más fácilmentefluirá la corriente eléctrica por el circuito. Launidad de medida de la conductividad es elsiemens/m (S/m).

3.5 LEY DE OHM3.5 LEY DE OHM

• La Ley de Ohm, postulada por el físico ymatemático alemán Georg Simon Ohm, es una delas leyes fundamentales de la electrodinámica,estrechamente vinculada a los valores de lasunidades básicas presentes en cualquier circuitoeléctrico como son:

– Tensión o voltaje "E", en volt (V).

– Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A).

– Resistencia "R" en ohm () de la carga o consumidorconectado al circuito.

3.5 LEY DE OHM3.5 LEY DE OHM

• “El flujo de corriente en ampere que circula porun circuito eléctrico cerrado, es directamenteproporcional a la tensión o voltaje aplicado, einversamente proporcional a la resistencia enohm de la carga que tiene conectada”

3.5 LEY DE OHM3.5 LEY DE OHM

• Donde:

– I – Intensidad de la corriente que recorre el circuito en ampere (A)

– E – Valor de la tensión, voltaje o fuerza electromotriz en volt (V)

– R – Valor de la resistencia del consumidor o carga conectado al circuito en ohm ().

3.5 LEY DE OHM3.5 LEY DE OHM

3.5 LEY DE OHM3.5 LEY DE OHM

• Problema. Calcula el valor de la resistencia "R" en ohm deuna carga conectada a un circuito eléctrico cerrado quetiene aplicada una tensión o voltaje "V" de 1,5 volt y por elcual circula el flujo de una corriente eléctrica de 500miliampere (mA) de intensidad

• Qué ocurre con la intensidad de la corriente eléctrica en elcaso que la resistencia sea de 6 ohm.

• Ahora, para hallar el valor de la tensión o voltaje "V"aplicado a un circuito, siempre que se conozca el valor de laintensidad de la corriente " I " en ampere que lo recorre yel valor en ohm de la resistencia "R" del consumidor ocarga que tiene conectada

3.5 LEY DE OHM3.5 LEY DE OHM

• Una resistencia de 25 se conecta a una tensión de 250voltios. Cuál será la intensidad que circula por el circuito?.

• Un radio transistor tiene una resistencia de 1000 para unaintensidad de 0.005A ¿A que tensión está conectado?.

• Se tiene un fogón eléctrico para 120 voltios con unaintensidad de 10 amperios ¿Que resistencia tendrá?

• Se tiene una batería de 30 ohmios de resistencia para unaintensidad de 0.5 amperios ¿Que tensión entrega labatería?

3.7 POTENCIA ELÉCTRICA3.7 POTENCIA ELÉCTRICA

3.7 POTENCIA ELÉCTRICA3.7 POTENCIA ELÉCTRICA

3.7 POTENCIA ELÉCTRICA3.7 POTENCIA ELÉCTRICA

3.6 CIRCUITOS RESISTIVOS3.6 CIRCUITOS RESISTIVOS

• Serie

3.6 CIRCUITOS RESISTIVOS3.6 CIRCUITOS RESISTIVOS

• Serie

3.6 CIRCUITOS RESISTIVOS3.6 CIRCUITOS RESISTIVOS

• Paralelo

3.6 CIRCUITOS RESISTIVOS3.6 CIRCUITOS RESISTIVOS

• Paralelo