sábado, 30 de mayo de 2015
Magnitud Eléctrica
¿Que son las magnitudes eléctricas?
las principales magnitudes eléctricas: intensidad de
corriente, voltaje, resistencia, potencia y energía, que resumimos en esta tabla:
Medida de magnitudes eléctricas
El valor
de las magnitudes de un circuito eléctrico, como la intensidad de corriente, la
tensión o la resistencia, puede determinarse utilizando aparatos de medida. Estos
aparatos pueden usarse tanto en corriente continua como alterna, y tienen
limitado el valor máximo de intensidad o de tensión que pueden medir.
Hay
modelos analógicos cuya lectura se efectúa mediante una aguja que se desplaza
sobre una escala graduada, y digitales, que realizan la misma función pero
presentan el valor de la magnitud medida a través de una pantalla líquida. Estos
últimos se utilizan con mayor frecuencia porque son los más económicos y
fáciles de manejar.
Existen
diversos aparatos de medida, entre los que podemos destacar los siguientes:
·El amperímetro se usa para medir la intensidad de corriente que pasa por cualquiera de un circuito.
·El amperímetro se usa para medir la intensidad de corriente que pasa por cualquiera de un circuito.
·El voltímetro se usa para medir el valor de la
tensión entre dos puntos cualesquiera de un circuito.
·El óhmetro mide el valor en ohmios de las
resistencias eléctricas.
·El vatímetro permite medir la potencia eléctrica que consume un aparato o máquina.
El polímetro, multímetro o téster es capaz de medir diferentes magnitudes eléctricas, como intensidad de corriente, tensión y resistencia. Dado que pueden hacer la función de varios aparatos, es el instrumento más utilizado actualmente.
·El vatímetro permite medir la potencia eléctrica que consume un aparato o máquina.
El polímetro, multímetro o téster es capaz de medir diferentes magnitudes eléctricas, como intensidad de corriente, tensión y resistencia. Dado que pueden hacer la función de varios aparatos, es el instrumento más utilizado actualmente.
Medidas en circuitos de corriente
continua
Emplear
el polímetro en circuitos conectados a la red de 220 V es peligroso, por lo que
vamos a realizar las medidas en un circuito con una pila.
Para la realización de todas las medidas comprobamos que en el polímetro está seccionada la corriente continua.
Para la realización de todas las medidas comprobamos que en el polímetro está seccionada la corriente continua.
Medición de intensidad
1.
Se conecta la clavija del cable rojo en la posición
de A (si la corriente es intensa) o mA (si la corriente que pretendemos medir
es pequeña). La del cable negro se conecta en la hembrilla COM.
2.
Se sitúa el selector en la posición de A.
Dependiendo de la corriente que tengamos, lo situaremos en el valor que más se
adecue a nuestra medida.
3.
Se intercala el polímetro en serie con la bombilla
de forma que la punta de conexión del cable negro esté conectada hacia el lado
del polo negativo de la pila.
Medición de tensión
1.
Se conecta la clavija del cable rojo en la
hembrilla Voltio-ohmio, y la del cable negro, en la hembrilla COM.
2.
Se sitúa el selector en la posición de V.
Dependiendo de la tensión que tengamos, lo situaremos en el valor que más se
adecue a nuestra medida. Si sale un 1 a la izquierda de la pantalla, es que hay
sobrecarga y se debe subir la escala.
3.
Se conecta el polímetro en paralelo con la bombilla.
La punta del cable rojo va al polo positivo, y la del negro, al polo negativo. Si
la medida sale negativa, se conectan las puntas al revés.
Medición de resistencia
1.
El valor de la resistencia de cualquier receptor en
funcionamiento aumenta debido al calentamiento que provoca el paso de corriente
eléctrica. Por tanto, debes separar el componente del resto del circuito.
2.
se conecta la clavija del cable rojo en la
hembrilla V-ohmio, y la del cable negro, en la membrilla COM.
3.
Se sitúa el selector en la posición marcada con
ohmio. En un principio se selecciona el valor más alto de resistencias del
selector, y se baja hasta que desaparece el 1 de la izquierda de la pantalla.
4.
Conecta las puntas de los cables a los extremos del
elemento de cual quieres conocer su resistencia.
Comprobación
de continuidad
1.
Si un circuito no funciona, puede ser un mal contacto
interno de un interruptor o por rotura de un conducto. Para comprobarlo se usa
el polímetro en la posición de medir resistencias. Si el valor indicado es
cercano a cero ohmios, el conductor no está roto, tiene continuidad. Si el
valor es muy grande, del orden de Mohmio, el conductor está cortado
Sabías Que...?
Sabías que…?
La electricidad está presente en la vida animal:
La raya eléctrica es capaz de
generar descargas eléctricas que matan a sus víctimas más cercanas.
El tiburón tiene unos mil
sensores eléctricos que le permiten localizar a su presa en completa oscuridad.
Sabías que…?
Sabías que…?
Los nombres positiva o negativa no hacen referencia a
ninguna característica añadida de las cargas eléctricas: simplemente sirven
para diferenciar los dos tipos de cargas eléctricas.Sabías que…?
Los rayos son fenómenos de origen eléctrico producido por el desequilibrio de cargas entre las nubes y la tierra, que produce un desplazamiento de las cargas negativas de la nube a la tierra.
Sabías que…?
Couloumb construyo una balanza de torsión con la que realizo medidas que le permitieron establecer la ley que lleva su nombre.
Sabías que…?
Un horno microondas típico gasta más electricidad en mantener su reloj digital encendido que en calentar alimentos.
La Corriente Eléctrica
Corriente Eléctrica
¿Qué es la Corriente Eléctrica.?
La corriente eléctrica es el flujo de portadores de carga eléctrica, normalmente a través de un cable metálico o cualquier otro conductor eléctrico, debido a la diferencia de potencial creada por un generador de corriente.
La ecuación que la describe en electromagnetismo, en donde 
es la densidad de corriente de conducción y 
es el vector perpendicular al diferencial de superficie o 
es el vector unitario normal a la superficie y dS es el diferencial de superficie, es
es la densidad de corriente de conducción y es el vector perpendicular al diferencial de superficie o es el vector unitario normal a la superficie y dS es el diferencial de superficie, es
Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son negativas, estos son los electrones, los cuales fluyen en sentido contrario al convencional.
Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético.
En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica es el amperio, representado con el símbolo A.
El aparato utilizado para medir corrientes eléctricas pequeñas es el galvanómetro.
Cuando la intensidad a medir supera el límite de los galvanómetros se utiliza el amperímetro.
Efectos de la Corriente Eléctrica.
- Efecto calorífico. Los hilos conductores se calientan al pasar por ellos la corriente eléctrica. Este efecto se aprovecha en radiadores, cocinas eléctricas y, en general, en todos los electrodomésticos utilizados como sistemas de calefacción. Sin embargo, este efecto tiene también consecuencias negativas, puesto que, al calentarse, los hilos disipan energía. En una bombilla de incandescencia esto eleva el consumo energético.
- Efecto químico. La corriente eléctrica puede inducir cambios químicos en las sustancias. Esto se aprovecha en una pila, que produce electricidad a partir de cambios químicos, o en galvanotecnia, la técnica empleada para recubrir de metal una pieza.
- Efecto luminoso. En una lámpara fluorescente, el paso de corriente produce luz.
Efecto magnético (electromagnetismo). Es el más importante desde el punto de vista tecnológico. Una corriente eléctrica tiene efectos magnéticos (es capaz de atraer o repeler un imán). Por otra parte, el movimiento relativo entre un imán y una bobina (un hilo metálico arrollado) se aprovecha en las máquinas eléctricas para producir movimiento o para generar electricidad.
Fuentes de la Corriente Eléctrica.
Para que una corriente en un conductor se mantenga siempre, es necesario establecer una diferencia de potencial entre dos puntos. Esto se logra conectando el conductor a una fuente generadora de corriente, la cual debe consumir otro tipo de energía para que sea capaz de generar energía eléctrica. Así, la batería consume energía química, el dinamo consume energía mecánica y ambos son capaces de mantener una diferencia de potencial.
- Las fuentes de corriente o generadoras eléctricos.
Son dispositivos capaces de transformar las diferentes formas de energía química, mecánica o térmica, en energía eléctrica necesaria para producir la diferencia de potencial entre dos puntos.
- Un generador químico es considerado una pila, e cual la diferencia de potencial entre los polos es mantenida gracias a reacciones químicas internas que son capaces de liberar energía que mantiene la diferencia de potencial.
- El par termoeléctrico es un generador capaz de trasformar calor en energía eléctrica. Un uso importante de este generador es dada en la medida y regulación de la temperatura.
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El potencial Eléctrico
Potencial Eléctrico
El concepto de voltaje o potencial en electricidad es similar
al concepto de altura en la gravedad y el concepto de temperatura en
termodinámica. La fuerza eléctrica al igual que la fuerza gravitacional, es
consecuencia de las leyes fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas
eléctricas conciernen a la interacción de una distribución de carga con otra
carga. La energía potencial
eléctrica es la energía de la distribución
de la carga junto con la de una segunda carga. El potencial
eléctrico tiene la misma relación con el
campo eléctrico que la que tiene la energía potencial con la fuerza. La
descarga de los rayos es una impresionante demostración de que hay energía en
los campos eléctricos. Existe una gran diferencia de potencial entre la Tierra
y las nubes, o entre nubes distintas que provocan el rayo.
Considérese una carga puntual de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de pruebalocalizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es:
De manera equivalente, el potencial eléctrico es
De manera equivalente, el potencial eléctrico es
Trabajo eléctrico y energía potencial eléctrica
Considérese una carga puntual q en presencia de un campo eléctrico. La carga experimentará una fuerza eléctrica. Se define como el trabajo "W"
(1)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:
Usualmente se escoge el punto A a una gran distancia (en rigor el infinito) de toda carga y el potencial eléctrico esta distancia infinita recibe arbitrariamente el valor cero. Esto permite definir el potencial eléctrico en un punto poniendo
eliminando los índices:
Ley de Coulomb
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 interaccion entre cuerpos cargados electricamente 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 ;
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 adsoluto
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.
 |
En el gráfico vemos que, independiente del signo que ellas posean, las fuerzas se ejercen siempre en la misma dirección (paralela a la línea que representa r), tienen siempre igual módulo o valor (q1 x q2 = q2 x q1) y siempre se ejercen en sentido contrario entre ellas.
Recordemos que la unidad por carga eléctrica en el Sistema Internacional
(SI) es el Coulomb.
c) hasta donde sabemos la ley de Coulomb es válida desde distancias
de muchos kilómetros hasta distancias tan pequeñas como las existentes entre
protones y electrones en un átomo.
| Unidades de Carga EléctricaCoulomb (C). Es la unidad de carga eléctrica en el sistema MKS y se define como la carga eléctrica capaz de atraer o repeler a otra igual situada en el vacío y a la distancia de un metro y con la fuerza de 9x109 Newtons. | |||
StatCoulomb. Es la unidad de carga del sistema C.G.S y se define como la carga eléctrica capaz de atraer o repeler a otra igual en el vacío y a la distancia de un centímetro con la fuerza de una DINA. |
| ||
La carga eléctrica elemental o unidad natural de carga se designa con el símbolo e y corresponde a la carga de un electrón. | |||
Tales de Mileto
Tales de Mileto
Tales de
Mileto (en griego:
Θαλῆς ὁ Μιλήσιος) (c. 625/4 a. C.-c. 547/6 a. C.)1 fue un filosofo y científico griego. Nació y
murió en Mileto, polis griega
de la costa Jonia (hoy en Turquía).
En la
antigüedad se le consideraba uno de los Siete sabios de Grecia. No se conserva
ningún fragmento suyo y es probable que no dejara ningún escrito a su muerte.
Se le atribuyen desde el s. V a. C. importantes aportaciones en el terreno de
la filosofía, las matemáticas, astronomía,
física, etc., así como un activo papel como legislador en su ciudad natal.
Tales es a menudo considerado el
iniciador de la especulación científica y filosófica griega y occidental, aunque su figura y aportaciones están
rodeadas de grandes incertidumbres.
Se suele aceptar que Tales comenzó a
usar el pensamiento deductivo aplicado a la geometría ,
y se le atribuye la enunciación de dos teoremas geométricos que llevan su nombre.
Más allá de científico, Tales era
realmente un filósofo que trataba de explicar racionalmente los fenómenos que
observaba en la naturaleza. Con la firme convicción de que “los fenómenos de la
naturaleza se explican por medio de la naturaleza, se le considera el primer
filósofo occidental que evitaba las explicaciones místicas, en pos de razonar
todos los fenómenos que estudiaba.
Para perseguir estos
razonamientos, Tales utilizaba deducciones e hipótesis, convirtiéndose así en
el primer filósofo griego en basar sus estudios en la crítica. Con el uso de
hipótesis para explicar fenómenos naturales, Tales dio origen al método científico.
El alma del magnetismo
A Tales de Mileto se le otorga el
descubrimiento de un mineral que tenía la propiedad de atraer ciertos metales:
la magnetita. Además, Tales observaría que frotando hierro a la magnetita, éste
adquiría las propiedades magnéticas del mineral: el hierro se imantaba.
Aunque el
filósofo griego no consiguiera explicar correctamente la atracción magnética,
ya que su razonamiento se basaba en la atribución de “vida” o “alma” a la
magnetita, sus estudios sí que dieron nombre al fenómeno físico: el magnetismo.
Además de sus estudios con la magnetita, Tales de Mileto también experimentó
con ámbar. Mientras
Tal y como el alumnado puede experimentar en las clases de hoy, efecto triboelectrico, Tales experimentaría con esta resina fósil de color
amarilla. Al frotar este material, observaría que otros cuerpos, como paja
o plumas, se veían atraídos. Tales estaba cargando eléctricamente el ámbar por
frotamiento.
El filósofo griego denominaría a este material elektron. Como en el magnetismo,
Tales de Mileto no sólo fue el origen del estudio de la electrostática sino que
también creó el término que, 1.600 años después, William Gilbert sugeriría para
referirse a la propiedad de atraer pequeños objetos después de haberlos
frotado: la electricidad.
Cargas Electricas
Cargas eléctricas
En la naturaleza, la carga eléctrica es algo inherente a la materia e inseparable de ella. Donde quiera que exista materia existe carga eléctrica. Sin embargo, no toda la materia manifiesta fenómenos de tipo eléctrico.
¿Qué es la Carga Eléctrica?
La materia que nos rodea está formada por átomos que
constan, a su vez, de protones, neutrones y electrones. Los protones y
electrones tienen una propiedad que se conoce con el nombre de carga eléctrica.
Esta carga eléctrica puede ser de dos tipos:
- · Los protones tienen carga positiva.
- · Los electrones tienen carga negativa.
Normalmente los átomos en los cuerpos tienen tantos protones
como electrones, por lo que tendrán tantas cargas eléctricas positivas como
negativas. Esto hace que sean neutros. Pero los átomos pueden ganar o perder
electrones y convertirse en iones. De esta forma los cuerpo neutros pueden
adquirir una carga eléctrica.
- · Cuando los átomos ganan electrones, el cuerpo adquiere carga negativa.
- Cuando los átomos pierden electrones, entonces el cuerpo adquiere carga eléctrica positiva.
Un cuerpo electrizado está cargado positiva o negativamente
porque ha perdido o ganado electrones. Por consiguiente, la carga eléctrica es
una magnitud física medible y cuantificable. La cantidad de electricidad “neta”
de un cuerpo será igual a un número entero de veces la carga del electrón.
En el sistema internacional, la unidad de carga eléctrica es
el culombio (C), que equivale a la carga eléctrica de unos seis trillones de
electrones.
1C = 6,24*1018 electrones
Otra unidad muy usada es
el microculombio (µC):
1 µC = 10 -6C
Por tanto la carga de
electrón, en culombios, será:
qe = - 1,602*10 -19 C
Se considera que es una carga de tipo negativo.
La carga de protones tiene el mismo valor,
¿Cómo adquieren carga eléctrica los cuerpos?
Para adquirir carga eléctrica, es decir para electrizarse,
los cuerpos tiene que ganar o perder electrones. Si frotamos un bolígrafo con
un jersey de lana, veremos que este es capaz de atraer pequeños trozos de
papel. Decimos que el bolígrafo se ha electrizado.
Este fenómeno se explica porque al frotar pasan electrones
de la lana al bolígrafo y este se carga negativamente.
Otra sustancia como la ebonita, el vidrio el ámbar… también se electrizan. Por ejemplo, cuando frotamos una barra de vidrio con un paño de seda, pasan cargas negativas del vidrio a la seda, con lo que la barra de vidrio queda con un exceso de carga positiva, y la seda con un exceso de carga negativa.
Observamos ahora la siguiente experiencia realizada con un
péndulo eléctrico: una bola ligera (de porexpán, por ejemplo) suspendida con un
hilo muy fino. La bolita del péndulo es atraída por la barra de ebonita electrizada, y después del
contacto es repelida. Si ahora acercamos una barra de vidrio electrizada,
atraerá a la bolita.
Con esta experiencia deducimos que hay dos tipos de
electricidad:
·
- La del vidrio frotado, denominada vítrea o positiva.
- La de la ebonita frotada, llamada resinosa o negativa.
Cuando un cuerpo cargado se acerca a otro descargado sin
tocarlo, puede producir en este una separación entre algunas de sus cargas
positivas y negativas. Tal efecto se conoce como inducción eléctrica.
De esta manera es posible interpretar que las barras
cargadas de plástico o de vidrios atraen trocitos de papel. La barra cargada
provoca una redistribución de las cargas en el papel por inducción, lo que
origina una atracción entre la barra y los papelito, pues las cargas positivas
(o negativas) del papel se ubican más cerca de la barra de plástico (o vidrio).
Cuerpos con electricidad del mismo signo se repelen y
cuerpos con electricidad de diferentes signos se atraen.
Podemos concluir que las formas de cargas de un cuerpo
pueden ser de tres tipos:
·
Por frotamiento, como en las barras de plástico
o de vidrio.
·
Por contacto, como en la experiencia del
péndulo.
·
Por inducción.
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