1 FÍSICA 3 Ing. Joaquín Salazar CruzPrograma Libro de texto Libreta de apuntes Asistencias Laboratorio Puntuación preguntas

2 PROPÓSITO DE LA UNIDAD:UNIDAD 1: ELECTRICIDAD PROPÓSITO DE LA UNIDAD: UTILIZAR LOS CONCEPTOS, PRINCIPIOS Y LEYES DE LA ELECTRICIDAD EN SITUACIONES REALES DELA VIDA DIARIA MEDIANTE LA SOLUCIÓN DE EJERCICIOS

3 ELECTRICIDAD La aparición de la electricidad fue uno de los inventos más importantes de la historia de la física; sin ella, no sería posible realizar muchas cosas de las que hacemos ahora como….

4 ELECTRICIDAD TELEVISIÓN VIDEOJUEGOS

5 ELECTRICIDAD TELÉFONO COMPUTADORAS

6 ELECTRICIDAD COCINAR LEER

7 ELECTRICIDAD CONTENIDO: ELECTROSTÁTICA CORRIENTE ELÉCTRICA MAGNETISMO

8 ELECTRICIDAD CONTENIDO: ELECTROSTÁTICA CORRIENTE ELÉCTRICA MAGNETISMO8

9 CONCEPTO DE ELECTROSTÁTICA CARGA ELÉCTRICA FORMAS DE ELECTRIZAR CUERPOS MATERIALES AISLANTES Y CONDUCTORES LEY DE COULOMB CAMPO ELÉCTRICO

10 ELECTROSTÁTICA 10

11 ELECTROSTÁTICA SI FROTAS UN PEINE O UN GLOBO EN TU CABELLO O BIEN UNA REGLA CON UNA FRANELA, OBSERVARÁS QUE EL PEINE, EL GLOBO Y LA REGLA TINEN UNA NUEVA PROPIEDAD: LA DE ATRAER CUERPOS LIGEROS, COMO PEDACITOS DE PAPEL

12 ELECTROSTÁTICA TODOS LOS ANTERIORES SON EJEMPLOS DE FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS Y TIENEN QUE VER CON LAS CARGAS ELÉCTRICAS EN REPOSO

13 ELECTROSTÁTICA LA PARTE DE LA FÍSICA QUE ESTUDIA LOS FENÓMENOS RELACIONADOS CON LAS CARGAS ELÉCTRICAS EN REPOSO ES LA ELECTROSTÁTICA

14 CARGA ELÉCTRICA COMO SE DIJO ANTES, AL FROTAR UN PEINE DE PLÁSTICO CONTRA EL PELO, SE CONSTATA QUE EL PEINE HA ADQUIRIDO UNA NUEVA PROPIEDAD AL SER CAPAZ DE ATRAER PEDACITOS DE PAPEL. A ESTA PROPIEDAD SE LE CONOCE CON EL NOMBRE DE CARGA ELÉCTRICA

15 CARGA ELÉCTRICA SE DICE QUE LOS MATERIALES QUE SE COMPORTAN COMO EL PEINE ESTÁN ELECTRIZADOS O SE HAN CARGADO ELÉCTRICAMENTE

16 CARGA ELÉCTRICA ASÍ, LA CARGA ELÉCTRICA ES LA PROPIEDAD QUE POSEEN ALGUNOS CUERPOS CUANDO, AL SER FROTADOS, SON CAPACES DE ATRAER OBJETOS LIVIANOS

17 CARGA ELÉCTRICA LAS CARGAS ELÉCTRICAS PUEDEN SER POSITIVAS O NEGATIVAS. DOS CUERPOS CARGADOS ELÉCTRICAMENTE SE ATRAEN O REPELEN DEPENDIENDO DE SU CARGA

18 CARGA ELÉCTRICA CARGAS DEL MISMO SIGNO SE REPELEN: CARGAS DE SIGNOS CONTRARIOS SE ATRAEN + + - - + -

19 CARGA ELÉCTRICA PARA ENTENDER MEJOR EL COMPORTAMIENTO ELÉCTRICO DE LOS CUERPOS HAY QUE ANALIZAR LAS DOS PARTÍCULAS ELEMENTALES DE LOS ÁTOMOS: LOS PROTONES Y LOS ELECTRONES. LOS PROTONES (JUNTO CON LOS NEUTRONES) FORMAN EL NÚCLEO DEL ÁTOMO Y LOS ELECTRONES ORBITAN ALREDEDOR DE ÉSTE

20 CARGA ELÉCTRICA

21 CARGA ELÉCTRICA LOS PROTONES PRESENTAN CARGA ELÉCTRICA POSITIVA Y LOS ELECTRONES CARGA ELÉCTRICA NEGATIVA LOS ÁTOMOS SON NEUTROS YA QUE SU NÚMERO DE PROTONES ES IGUAL AL NÚMERO DE ELECTRONES

22 CARGA ELÉCTRICA COMO TODOS LOS CUERPOS ESTÁN FORMADOS POR ÁTOMOS POSEEN CARGAS ELÉCTRICAS; NO LAS NOTAMOS PORQUE ESAS CARGAS ESTÁN EQUILIBRADAS LAS PROPIEDADES ELÉCTRICAS SE PRESENTAN EN UN CUERPO CUANDO SUS CARGAS ESTÁN DESEQUILIBRADAS, ES DECIR, CUANDO HAY UN MAYOR (O MENOR) NÚMERO DE ELECTRONES QUE DE PROTONES CUANDO FROTAMOS

23 CARGA ELÉCTRICA LA CARGA ELÉCTRICA DE UN CUERPO ES LA DIFERENCIA ENTRE SUS CARGAS POSITIVAS Y NEGATIVAS. NORMALMENTE SE LE REPRESENTA CON LA LETRA q Y EN EL SISTEMA INTERNACIONAL LA UNIDAD ES EL COULOMB (SE PRONUNCIA CULOM O CULOMBIO)

24 CARGA ELÉCTRICA UN COULOMB (C) ES UNA UNIDAD DEMASIADO GRANDE PARA LAS CANTIDADES DE CARGA POR LO QUE SUELE USARSE EL MILICOULOMB (mC) Y EL MICROCOULOMB (µC) LA CARGA ELEMENTAL (YA SEA DEL ELECTRÓN O DEL PROTÓN) ES 1.6 x 10 –19 C. LA CARGA DEL ELECTRÓN ES NEGATIVA Y SE LE SIMBOLIZA COMO e

25 CARGA ELÉCTRICA LA CARGA ELÉCTRICA DE UN CUERPO ES UN MÚLTIPLO ENTERO DE LA CARGA ELEMENTAL; MATEMÁTICAMENTE: q = ne carga = número de electrones por la carga elemental

26 CARGA ELÉCTRICA EXPERIMENTALMENTE SE HA ENCONTRADO QUE LA CARGA TOTAL DE UN SISTEMA AISLADO PERMANECE CONSTANTE. EN OTRAS PALABRAS, LA CARGA NO SE CREA NI SE DESTRUYE ÚNICAMENTE CAMBIA DE LUGAR

27 FORMAS DE ELECTRIZAR CUERPOSLAS FORMAS DE CARGAR ELÉCTRICAMENTE UN CUERPO SON TRES: FROTAMIENTO INDUCCIÓN CONTACTO

28 FORMAS DE ELECTRIZAR CUERPOSLA CARGA POR FROTAMIENTO ES LA QUE SE PRODUCE AL FROTAR UN CUERPO CONTRA OTRO. EN ESTE PROCESO DESPRENDEMOS LOS ELECTRONES DE AQUEL MATERIAL AL QUE SE ENCUENTRAN MÁS DÉBILMENTE ATRAÍDOS DE MODO QUE ÉSTE QUEDA CARGADO POSITIVAMENTE Y EL OTRO NEGATIVAMENTE

29 FORMAS DE ELECTRIZAR CUERPOSSi acercamos un objeto con carga a una superficie conductora, aún sin contacto físico los electrones se mueven en la superficie conductora. La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo.

30 FORMAS DE ELECTRIZAR CUERPOSDurante las tormentas eléctricas se llevan a cabo procesos de carga por inducción. La parte inferior de las nubes, de carga negativa, induce una carga positiva en la superficie terrestre.

31 FORMAS DE ELECTRIZAR CUERPOSSe puede transferir electrones de un material a otro por simple contacto. Si el objeto es buen conductor la carga se distribuye en toda su superficie porque las cargas iguales se repelen entre sí. Si se trata de un mal conductor puede ser necesario tocar con la barra varias partes del objeto para obtener una distribución de carga más o menos uniforme.

32 MATERIALES AISLANTES Y CONDUCTORESCuando un cuerpo neutro es electrizado, sus cargas eléctricas, bajo la acción de las fuerzas correspondientes, se redistribuyen hasta alcanzar una situación de equilibrio.

33 MATERIALES AISLANTES Y CONDUCTORESCONDUCTORES SON MATERIALES QUE LLEVAN LA ELECTRICIDAD Y LA DEJAN PASAR POR ELLOS. AISLANTES O AISLADORES, AL CONTRARIO, SON LOS MATERIALES QUE NO DEJAN PASAR LA ELECTRICIDAD Y LA AISLAN.

34 ¿QUÉ TAN FUERTE ES ESA ATRACCIÓN O REPULSIÓN?LEY DE COULOMB DOS CUERPOS CARGADOS ELÉCTRICAMENTE SE ATRAEN O SE REPELEN DE ACUERDO CON LA REGLA DE LOS SIGNOS. ¿QUÉ TAN FUERTE ES ESA ATRACCIÓN O REPULSIÓN? ¿DE QUÉ DEPENDE?

35 LEY DE COULOMB CHARLES COULOMB, A TRAVÉS DE SUS MEDICIONES EFECTUADAS DEDUJO LA LEY QUE RIGE DICHAS FUERZAS DE ATRACCIÓN Y DE REPULSIÓN.

36 LEY DE COULOMB LA FUERZA DE ATRACCIÓN O DE REPULSIÓN ENTRE DOS CARGAS ELÉCTRICAS ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL AL PRODUCTO DE LAS CARGAS E INVERSAMENTE PROPORCIONAL AL CUADRADO DE LA DISTANCIA ENTRE ELLAS

37 DONDE k ES UNA CONSTANTE CUYO VALOR ES 9 x 109 Nm2/C2LEY DE COULOMB MATEMÁTICAMENTE: DONDE k ES UNA CONSTANTE CUYO VALOR ES 9 x 109 Nm2/C2

38 ESTA LEY ES MUY PARECIDA A LA LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL.LEY DE COULOMB ESTA LEY ES MUY PARECIDA A LA LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL. LA LEY DE COULOMB DICE QUE DOS CUERPOS SE ATRAEN O SE REPELEN CON MÁS FUERZA MIENTRAS MÁS: A. CARGADOS ELÉCTRICAMENTE ESTÁN CADA UNO B. CERCA ESTÉN ENTRE SÍ

39 LEY DE COULOMB TAMBIÉN NOS INDICA SI LA FUERZA ES DE ATRACCIÓN O REPULSIÓN. Cuando el resultado es negativo la fuerza es de atracción; si el signo es positivo la fuerza es de repulsión. Las fuerzas electrostáticas, al igual que las gravitacionales, se pueden ejercer a distancia sin necesitar un medio material para transmitirse

40 CAMPO ELÉCTRICO DE LA MISMA MANERA QUE LA TIERRA O CUALQUIER OTRO CUERPO CON MASA TIENEN A SU ALREDEDOR UNA REGIÓN DONDE DEJAN SENTIR SU INFLUENCIA SOBRE OTRA MASA, LA CARGA ELÉCTRICA CREA UNA REGIÓN ALREDEDOR DE ELLA LLAMADA CAMPO ELÉCTRICO

41 CAMPO ELÉCTRICO ASÍ, EL CAMPO ELÉCTRICO ES UNA REGIÓN DEL ESPACIO QUE RODEA A UNA CARGA O A UN CONJUNTO DE CARGAS ELÉCTRICAS. EN ESTA REGIÓN, OTRA CARGA SENTIRÁ UNA FUERZA DE ATRACCIÓN O DE REPULSIÓN DE ACUERDO CON SU TIPO DE CARGA

42 CAMPO ELÉCTRICO la fuerza de atracción o de repulsión que experimenta una carga en el campo eléctrico producido por otra carga eléctrica depende de la posición en la que se encuentre dicho campo.

43 CAMPO ELÉCTRICO SE DEFINE INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO (E) COMO LA MEDIDA DE LA FUERZA POR UNIDAD DE CARGA QUE VA A SENTIR UNA CARGA q PUESTA EN UN PUNTO CUALQUIERA DEL CAMPO

44 ESTA FUERZA SE CALCULA CON LA EXPRESIÓNCAMPO ELÉCTRICO ESTA FUERZA SE CALCULA CON LA EXPRESIÓN F = eq DONDE F ES LA FUERZA ELÉCTRICA, E LA INTENSIDAD DEL CAMPO Y q LA CARGA ELÉCTRICA ; LA UNIDAD EN EL SI ES N/C

45 CAMPO ELÉCTRICO PARA CONOCER LA INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO SE COLOCA UNA CARGA DE PRUEBA POSITIVA MUY PEQUEÑA PARA NO ALTERAR EL CAMPO ELÉCTRICO QUE SE QUIERE MEDIR Y SE DETERMINA LA FUERZA QUE EXPERIMENTA DICHA CARGA DE PRUEBA

46 CAMPO ELÉCTRICO LA INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO ES UNA MAGNITUD VECTORIAL; SU DIRECCIÓN Y SENTIDO EN UN PUNTO CUALQUIERA SERÁ IGUAL AL DE LA FUERZA ELÉCTRICA QUE SE EJERCE SOBRE LA CARGA DE PRUEBA POSITIVA

47 CAMPO ELÉCTRICO UNA FORMA ÚTIL DE REPRESENTAR EL CAMPO ELÉCTRICO ES EMPLEANDO LAS LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO TAMBIÉN LLAMADAS LÍNEAS DE FUERZA. ESTAS LÍNEAS REPRESENTAN LA TRAYECTORIA QUE SEGUIRÍA UNA CARGA POSITIVA EN DICHO CAMPO.

48 CAMPO ELÉCTRICO + CONFIGURACIÓN DEL CAMPO ELÉCTRICO PRODUCIDO POR UNA CARGA PUNTUAL POSITIVA 48

49 CAMPO ELÉCTRICO – CONFIGURACIÓN DEL CAMPO ELÉCTRICO PRODUCIDO POR UNA CARGA PUNTUAL NEGATIVA 49

50 CAMPO ELÉCTRICO + – CONFIGURACIÓN DEL CAMPO ELÉCTRICO PRODUCIDO POR DOS CARGAS DE DIFERENTE SIGNO 50

51 CAMPO ELÉCTRICO + CONFIGURACIÓN DEL CAMPO ELÉCTRICO PRODUCIDO POR DOS CARGAS DEL MISMO SIGNO 51

52 CAMPO ELÉCTRICO SI UNA PEQUEÑA CARGA POSITIVA SE ENCUENTRA UBICADA A CIERTA DISTACIA DE UNA ESFERA CARGADA POSITIVAMENTE Y SE APROXIMA, SE INVIERTE ENERGÍA EN REALIZAR UN TRABAJO EN CONTRA DE LA FUERZA DE REPULSIÓN. A LA ENERGÍA QUE AHORA POSEE ESA PEQUEÑA CARGA EN VIRTUD DE SU POSICIÓN SE LE CONOCE COMO ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA

53 CAMPO ELÉCTRICO SI SE SOLTARA DICHA CARGA, ÉSTA SE ALEJARÍA, CONVIRTIENDO SU ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTICA EN ENERGÍA CINÉTICA

54 CAMPO ELÉCTRICO SI EN LUGAR DE ACERCAR UNA CARGA POSITIVA ACERCAMOS DOS, SE REALIZA EL DOBLE DE TRABAJO, POR LO QUE LA ENERGÍA POTENCIAL SERÁ EL DOBLE. COMO RESULTADO DE ESTA SITUACIÓN, LOS FÍSICOS DEFINEN UNA MAGNITUD LLAMADA POTENCIAL ELÉCTRICO O SIMPLEMENTE POTENCIAL.

55 CAMPO ELÉCTRICO EL POTENCIAL ELÉCTRICO SE DEFINE COMO LA ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA POR UNIDAD DE CARGA EN UN PUNTO. ES DECIR:

56 CAMPO ELÉCTRICO LA UNIDAD DEL POTENCIAL ELÉCTRICO ES EL VOLT (VOLTIO) CUYO SÍMBOLO ES V. UN VOLTIO ES IGUAL A UN JOULE (JULIO) DE ENERGÍA POTENCIAL POR UN CULOMBIO DE CARGA ELÉCTRICA

57 POTENCIAL ELÉCTRICO COMO YA ESTABLECIMOS TODA CARGA ELÉCTRICA POSEE UNA ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA DEBIDA A SU CAPACIDAD PARA REALIZAR TRABAJO SOBRE OTRAS CARGAS

58 POTENCIAL ELÉCTRICO EL POTENCIAL ELÉCTRICO ES UNA MAGNITUD ESCALAR COMO LO ES CUALQUIER CLASE DE ENERGÍA

59 POTENCIAL ELÉCTRICO ASÍ SE CONCIBE EL POTENCIAL ELÉCTRICO COMO EL TRABAJO QUE SE NECESITA REALIZAR PARA TRANSPORTAR A LA UNIDAD DE CARGA POSITIVA DESDE EL POTENCIAL CERO HASTA UN PUNTO DETERMINADO

60 CAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO ESCUELA PREPARATORIA UNO

61 CAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO UNA DE LAS FORMAS MÁS APROPIADAS DE ENTENDER POTENCIAL ELÉCTRICO ES COMPARARLO CON LA ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL ESCUELA PREPARATORIA UNO 61

62 CAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO EN EL CASO DE LA ENERGÍA GRAVITACIONAL SE CONSIDERA QUE LA MASA m SE MUEVE DEL NIVEL A AL NIVEL B. DEBE APLICARSE UNA FUERZA EXTERNA F IGUAL AL PESO (mg) PARA MOVER LA MASA EN CONTRA DE LA GRAVEDAD F NIVEL B h g mg mg EP=mgh EC=1/2mv2 m mg NIVEL A ESCUELA PREPARATORIA UNO 62

63 CAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO EL TRABAJO REALIZADO POR LA FUERZA F ES EL PRODUCTO DE mg POR h. CUANDO LA MASA ALCANZA EL NIVEL B, TIENE UN POTENCIAL PARA REALIZAR TRABAJO CON RELACIÓN AL NIVEL A F NIVEL B h g mg mg EP=mgh EC=1/2mv2 m mg NIVEL A ESCUELA PREPARATORIA UNO 63

64 CAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO AHORA CONSIDEREMOS UNA CARGA POSITIVA +q QUE SE ENCUENTRA EN EL PUNTO A DENTRO DE UN CAMPO ELÉCTRICO UNIFORME E CONSTITUIDO ENTRE DOS LÁMINAS CON CARGA OPUESTA F B d E qE qE EP=q Ed EC=1/2mv2 A q qE ESCUELA PREPARATORIA UNO 64

65 CAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO UNA FUERZA ELÉCTRICA qE ACTÚA HACIA ABAJO SOBRE LA CARGA. EL TRABAJO REALIZADO EN CONTRA DEL CAMPO ELÉCTRICO PARA MOVER LA CARGA DESDE A HASTA B ES qEd. F B d E qE qE EP=q Ed EC=1/2mv2 A q qE ESCUELA PREPARATORIA UNO 65

66 CAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO O SEA QUE LA ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA EN EL PUNTO B CON RELACIÓN AL PUNTO A ES qEd F B d E qE qE EP=q Ed EC=1/2mv2 A q qE ESCUELA PREPARATORIA UNO 66

67 CAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO CUANDO LA CARGA SE LIBERA EL CAMPO ELÉCTRICO DESARROLLARÁ ESTA CANTIDAD DE TRABAJO Y LA CARGA q TENDRÁ UNA ENERGÍA CINÉTICA ½ mv2 CUANDO RETORNA AL PUNTO A F B d E qE qE EP=q Ed EC=1/2mv2 A q qE ESCUELA PREPARATORIA UNO 67

68 CAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO EN GENERAL EL POTENCIAL ELÉCTRICO V EN CUALQUIER PUNTO DE UN CAMPO ELÉCTRICO ES IGUAL AL TRABAJO QUE SE NECESITA REALIZAR PARA TRANSPORTAR A LA UNIDAD DE CARGA POSITIVA q DESDE EL POTENCIAL CERO HASTA EL PUNTO CONSIDERADO DONDE V ES EL POTENCIAL ELÉCTRICO (EN VOLTIOS), T EL TRABAJO (EN JULIOS) Y q LA CARGA (EN CULOMBIOS) ESCUELA PREPARATORIA UNO 68

69 ES UNA MAGNITUD ESCALARCAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO EN GENERAL EL POTENCIAL ELÉCTRICO V EN CUALQUIER PUNTO DE UN CAMPO ELÉCTRICO ES IGUAL AL TRABAJO QUE SE NECESITA REALIZAR PARA TRANSPORTAR A LA UNIDAD DE CARGA POSITIVA q DESDE EL POTENCIAL CERO HASTA EL PUNTO CONSIDERADO ES UNA MAGNITUD ESCALAR ESCUELA PREPARATORIA UNO 69

70 CAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO TAMBIÉN SE DEFINE COMO LA ENERGÍA POTENCIAL QUE POSEE LA UNIDAD DE CARGA ELÉCTRICA POSITIVA EN UN PUNTO DETERMINADO DONDE V ES EL POTENCIAL ELÉCTRICO (EN VOLTIOS), EP LA ENERGÍA POTENCIAL (EN JULIOS) Y q LA CARGA (EN CULOMBIOS) ESCUELA PREPARATORIA UNO 70

71 DETERMINACIÓN DEL VALOR DEL POTENCIAL ELÉCTRICO EN UN PUNTOCAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO DETERMINACIÓN DEL VALOR DEL POTENCIAL ELÉCTRICO EN UN PUNTO ESCUELA PREPARATORIA UNO 71

72 CAMPO ELÉCTRICO POTENCIAL ELÉCTRICO CONSIDEREMOS UNA CARGA PUNTUAL POSITIVA Q. COMO YA SABEMOS SU CAMPO ELÉCTRICO ESTÁ DIRIGIDO RADIALMENTE HACIA AFUERA; CONSIDEREMOS TAMBIÉN UNA CARGA POSITIVA q DE PRUEBA QUE SEA OBLIGADA A ACERCARSE, EN CONTRA DE SU REPULSIÓN DEL PUNTO 1 AL 2 ESCUELA PREPARATORIA UNO 72

73 COMO YA SABEMOS: + q 2 1 POTENCIAL ELÉCTRICO CAMPO ELÉCTRICOESCUELA PREPARATORIA UNO 73

74 COMO: + q 2 1 POTENCIAL ELÉCTRICO CAMPO ELÉCTRICOESCUELA PREPARATORIA UNO 74

75 FINALMENTE: + q 2 1 POTENCIAL ELÉCTRICO CAMPO ELÉCTRICOESCUELA PREPARATORIA UNO 75

76 ASÍ: + q 2 1 POTENCIAL ELÉCTRICO CAMPO ELÉCTRICOESCUELA PREPARATORIA UNO 76

77 POR LO QUE: + q 2 1 POTENCIAL ELÉCTRICO CAMPO ELÉCTRICOESCUELA PREPARATORIA UNO 77

78 CORRIENTE ELÉCTRICA

79 ¿TE HAS PREGUNTADO CÓMO LLEGA LA ENERGÍA ELÉCTRICA A TU CASA?

80 LA ELECTRICIDAD ES PRODUCIDA EN CENTRALES ELÉCTRICAS POR GRANDES GENERADORES

81 ESTOS GENERADORES SON IMPULSADOS POR VAPOR, POR REACCIONES NUCLEARES, POR LA CAÍDA DEL AGUA O BIEN POR EL VIENTO

82 LA ELECTRICIDAD GENERADA EN LAS CENTRALES ELÉCTRICAS ES CONDUCIDA A TRAVÉS DE UNA RED DE CABLES HASTA NUESTRAS CASAS

83 LOS TRANSFORMADORES SON UNOS DISPOSITIVOS UTILIZADOS PARA AUMENTAR O BIEN DISMINUIR EL VOLTAJE

84 PARA LA ALIMENTACIÓN DEL CABLEADO CALLEJERO LOS TRANSFORMADORES AUMENTAN EL VOLTAJE

85 PARA LA ALIMENTACIÓN DE NUESTRAS CASA LOS TRANSFORMADORES DISMINUYEN EL VOLTAJE

86 ESQUEMÁTICAMENTE: CENTRAL ELÉCTRICA TRANSFORMADOR ELEVADORREDUCTOR CASAS ESCUELAS OFICINAS HOSPITALES

87 AHORA BIEN, ¿QUÉ ES LO QUE SE “MUEVE” EN LOS CABLES PARA QUE LA ENERGÍA ELÉCTRICA QUE ESTÁ EN UN EXTREMO DE LOS CABLES LLEGUE AL OTRO?

88 CUANDO LAS CARGAS ELÉCTRICAS COMIENZAN A MOVERSE Y FLUYEN DE UN CUERPO A OTRO, O DENTRO DEL MISMO MATERIAL, SE DICE QUE SE ESTÁ GENERANDO UNA CORRIENTE ELÉCTRICA

89 UNA CORRIENTE ELÉCTRICA ES EL DESPLAZAMIENTO CONTINUO DE ELECTRONES O DE CARGAS ELÉCTRICAS– – – EL FLUJO DE ELECTRONES ES EN DIRECCIÓN CONTRARIA AL CAMPO ELÉCTRICO

90 EL CAMINO POR EL QUE LA CORRIENTE SE DESPLAZA RECIBE EL NOMBRE DE CIRCUITO ELÉCTRICO

91 BÁSICAMENTE UN CIRCUITO ELÉCTRICO CONSTA DEUNA FUENTE DE ENERGÍA ALAMBRES CONDUCTORES UN DISPOSITIVO QUE APROVECHE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

92 Circuito eléctrico Circuito básico con elemento de protección

93 AL DISPOSITIVO QUE VUELVE APROVECHABLE LA ENERGÍA SE LE LLAMA CARGA

94 ¿CÓMO CUANTIFICAR LAS CARGAS QUE FLUYEN EN UN CIRCUITO?

95 LA INTENSIDAD DE CORRIENTE ES LAS CANTIDAD DE CARGAS QUE PASAN POR EL ÁREA TRANSVERSAL DE UN CONDUCTOR EN LA UNIDAD DE TIEMPO

96 DONDE I ES LA INTENSIDAD DE CORRIENTE, q LA CARGA Y t EL TIEMPOMATEMÁTICAMENTE DONDE I ES LA INTENSIDAD DE CORRIENTE, q LA CARGA Y t EL TIEMPO

97 MATEMÁTICAMENTE EN EL SISTEMA INTERNACIONAL LA INTENSIDAD SE MIDE EN AMPERIOS Y SE REPRESENTA CON LA LETRA A

98 MATEMÁTICAMENTE SE TIENE CORRIENTE DE 1 AMPERIO CUANDO POR EL ÁREA TRANSVERSAL DEL CONDUCTOR PASA UNA CARGA DE 1 COULOMB CADA SEGUNDO

99 COMO YA SE DIJO, LA CORRIENTE ELÉCTRICA SE ORIGINA POR EL MOVIMIENTO O FLUJO DE ELECTRONES A TRAVÉS DE UN CONDUCTOR, DEBIDO A LA EXISTENCIA DE UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL

100 SI SE DESEA QUE UNA CORRIENTE ELÉCTRICA FLUYA CONTINUAMENTE POR UN CONDUCTOR, DEBE EXISTIR UN SUMINISTRO CONSTANTE DE ELECTRONES EN UN EXTREMO DEL MISMO Y UNA SALIDA DE ELLOS POR EL OTRO.

101 PARA OBTENER UN SUMINISTRO CONTINUO DE ELECTRONES SE UTILIZAN PILAS Y GENERADORES ELÉCTRICOS

102 UNA PILA ES UN DISPOSITIVO QUE TRANSFORMA LA ENERGÍA QUÍMICA EN ELÉCTRICA

103 UN GENERADOR ES UN APARATO QUE TRANSFORMA ENERGÍA MECÁNICA EN ELÉCTRICA

104 UNA PILA O UN GENERADOR LLEVAN A LOS ELECTRONES DE UN PUNTO DE MENOR POTENCIAL A OTRO MAYOR.ESTA DIFERENCIA IMPULSA LA CORRIENTE ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL CONDUCTOR POR LO QUE SE LE DENOMINA FUERZA ELECTROMOTRIZ DE LA PILA O GENERADOR

105 LA FUERZA ELECTROMOTIRZ (fem) MIDE LA CANTIDAD DE ENERGÍA QUE PROPORCIONA UN ELEMENTO GENERADOR DEPOR TANTO LA FUERZA ELECTROMOTRIZ APLICADA EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO ES IGUAL A LA ENERGÍA SUMINISTRADA PARA QUE LA UNIDAD DE CARGA RECOORRA EL CIRCUITO COMPLETO

106 MATEMÁTICAMENTE: DONDE ε ES LA fem EN VOLTIOS T ES EL TRABAJO PARA QUE LA CARGA RECORRA TODO EL CIRCUITO EN JULIOS q ES LA CARGA EN CULOMBIOS

107 TODOS LOS MATERIALES PRESENTAN CIERTA OPOSICIÓN AL FLUJO DE ELECTRONES O CORRIENTE ELÉCTRICA PERO UNOS OBSTRUYEN LA CIRCULACIÓN MÁS QUE OTROS. ESTO SE DEBE A QUE EN LOS ÁTOMOS DE ALGUNOS MATERIALES LOS ELECTRONES EXTERNOS SON CEDIDOS CON RELATIVA FACILIDAD, DISMINUYENDO LA RESISTENCIA AL PASO DE LA CORRIENTE

108 POR DEFINICIÓN, LA RESISTENCIA ELÉCTRICA ES LA OPOSICIÓN QUE PRESENTA UN CONDUCTOR AL PASO DE LA CORRIENTE O FLUJO DE ELECTRONES

109 COMO SABEMOS, LA CORRIENTE ELÉCTRICA CIRCULA CON RELATIVA FACILIDAD EN LOS METALES, POR ELLO SE UTILIZAN EN LA CONSTRUCCIÓN DE CIRCUITOS PARA CONDUCIR LA ENERGÍA ELÉCTRICA Y SE DENOMINAN CONDUCTORES

110 EN CAMBIO, EXISTEN OTROS MATERIALES, COMO EL HULE, LA MADERA, EL PLÁSTICO EL VIDRIO Y OTROS QUE PRESENTAN GRAN DIFICULTAD PARA PERMITIR EL PASO DE LA CORRIENTE POR LO QUE SON LLAMADOS AISLANTES

111 LOS ALAMBRES DE CONEXIÓN EN LOS CIRCUITOS CASI SIEMPRE ESTÁN PROTEGIDOS CON HULE O ALGÚN OTRO ASILANTE A FIN DE EVITAR QUE LA CORRIENTE PASE DE UN ALAMBRE A OTRO

112 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA ELÉCTRICA DE UN CONDUCTORLA NATURALEZA DEL CONDUCTOR: SI TOMAMOS ALAMBRES DE LA MISMA LONGITUD Y SECCIÓN TRANSVERSAL DE PLATA, COBRE, ALUMINIO Y HIERRO, SE PUEDE VERIFICAR QUE LA PLATA TIENE UNA MENOR RESISTENCIA Y QUE EL HIERRO ES EL DE MAYOR VALOR DE LOS CUATRO

113 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA ELÉCTRICA DE UN CONDUCTORLA LONGITUD DEL CONDUCTOR: A MAYOR LONGITUD MAYOR RESISTENCIA. SI SE DUPLICA LA LONGITUD DEL ALAMBRE, TAMBIÉN LO HACE SU RESISTENCIA

114 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA ELÉCTRICA DE UN CONDUCTORLA SECCIÓN O ÁREA TRANSVERSAL: AL DUPLICARSE LA SUPERFICIE DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL, SE REDUCE LA RESISTENCIA A LA MITAD

115 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA ELÉCTRICA DE UN CONDUCTORLA TEMPERATURA: EN EL CASO DE LOS METALES SU RESISTENCIA AUMENTA CASI EN FORMA PROPORCIONAL A SU TEMPERATURA

116 LA RESISTENCIA QUE CORRESPONDE A CADA MATERIAL RECIBE EL NOMBRE DE RESISTENCIA ESPECÍFICA O RESISTIVIDAD (ρ) LA RESISTIVIDAD DE UNA SUSTANCIA A UNA DETERMINADA TEMPERATURA ESTÁ DEFINIDA COMO LA RESISTENCIA DE UN ALAMBRE DE DETERMINADA SUSTANCIA DE UN METRO DE LARGO Y DE UN METRO CUADRADO DE SUPERFICIE

117 A MEDIDA QUE LA RESISTIVIDAD DE UN ALAMBRE AUMENTA, DISMINUYE SU CAPACIDAD DE CONDUCIR CORRIENTE ELÉCTRICA LA CONDUCTIVIDAD (σ) SE EMPLEA PARA ESPECIFICAR LA CAPACIDAD DE UN MATERIAL PARA CONDUCIR LA CORRIENTE

118 LA CONDUCTIVIDAD SE DEFINE COMO LA INVERSA DE LA RESISTIVIDAD

119 LA UNIDAD EMPLEADA PARA MEDIR LA RESISTENCIA ELÉCTRICA ES EL OHM EN HONOR AL FÍSICO ALEMÁN GEORGE SIMON OHM

120 EL OHM ES LA RESISTENCIA OPUESTA A UNA CORRIENTE CONTINUA DE ELECTRONES POR UNA COLUMNA DE MERCURIO A 0°C DE 1 mm2 DE SECCIÓN TRANSVERSAL Y cm DE LARGO

121 EN EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES LA UNIDAD DE RESISTENCIA EL VOLTIO/AMPERE

122 LA RESISTENCIA DE UN ALAMBRE CONDUCTOR A UNA DETERMINADA TEMPERATURA ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A SU LONGITUD E INVERSAMENTE PROPORCIONAL AL ÁREA DE SU SECCIÓN TRANSVERSAL

123 GEORGE SIMON OHM OBSERVÓ QUE SI AUMENTA LA DIFERENCIA DE POTENCIAL EN UN CIRCUITO, MAYOR ES LA INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA TAMBIÉN COMPROBÓ QUE AL INCREMENTAR LA RESISTENCIA DEL CONDUCTOR, DISMINUYE LA INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

124 CON BASE EN ESAS OBSERVACIONES ENUNCIÓ SU LEY:LA INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA QUE PASA POR UN CONDUCTOR EN UN CIRCUITO ES DIRECTAMENTE PROPORCIONA LA DIFERENCIA DE POTENCIAL APLICADO A SUS EXTREMOS E INVERSAMENTE PROPORCIONAL A LA RESISTENCIA DEL CONDUCTOR

125 MATEMÁTICAMENTE: DONDE V ES LA DIFERENCIA DE POTENCIAL (EN VOLTIOS), R ES LA RESISTENCIA (EN OHMIOS), I ES LA INTENSIDAD DE CORRIENTE (EN AMPERIOS)

126 CIRCUITOS ELÉCTRICOS UN CIRCUITO ELÉCTRICO ES UN SISTEMA EN EL CUAL LA CORRIENTE FLUYE POR UN CONDUCTOR EN UNA TRAYECTORIA COMPLETA DEBIDO A UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL

127 UN FOCO CONECTADO A UNA PILA MEDIANTE UN CONDUCTOR ES UN EJEMPLO DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO

128 EN CUALQUIER CIRCUITO ELÉCTRICO POR DONDE SE DESPLAZAN LOS ELECTRONES A TRAVÉS DE UNA TRAYECTORIA CERRADA, EXISTEN LOS SIGUIENTES ELEMENTOS FUNDAMENTALES: VOLTAJE CORRIENTE RESISTENCIA

129 EL CIRCUITO ELÉCTRICO ESTÁ CERRADO CUANDO LA CORRIENTE ELÉCTRICA CIRCULA EN TODO EL SISTEMA Y ABIERTO CUANDO NO CIRCUILA POR ÉL PARA ABRIR O CERRAR EL CIRCUITO SE EMPLEA UN INTERRUPTOR

130 LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS PUEDEN ESTAR CONECTADOS EN:A. SERIE B. PARALELO C. EN FORMA MIXTA

131 CIRCUITOS EN SERIE LOS ELEMENTOS CONDUCTORES ESTÁN UNIDOS UNO A CONTINUACIÓN DEL OTRO. TODA LA CORRIENTE DEBE CIRCULAR A TRAVÉS DE CADA UNO DE LOS ELEMENTOS, DE MODO QUE, SI SE ABRE EL CIRCUITO EN CUALQUIER PARTE SE INTERRUMPE TOTALMENTE LA CORRIENTE

132 CIRCUITOS EN SERIE LOS ELEMENTOS CONDUCTORES ESTÁN UNIDOS UNO A CONTINUACIÓN DEL OTRO.

133 EN ESTOS CIRCUITOS CIRCULA LA CORRIENTE EN CADA UNO DE LOS ELEMENTOS.AL CONECTAR DOS O MÁS RESISTENCIAS EN SERIE SE PUEDE CALCULAR LA RESISTENCIA EQUIVALENTE QUE ES AQUELLA QUE PRESENTA LA MISMA OPOSICIÓN AL PASO DE LA CORRIENTE

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135 LA RESISTENCIA EQUIVALENTE ES: Re = R1 + R2 + R3

136 EL VOLTAJE SE REPARTE ENTRE CADA UNA DE LAS RESISTENCIAS. EL VOLTAJE TOTAL ENTRE LA PRIMERA RESISTENCIA Y LA ÚLTILA RESISTENCIA EQUIVALENTE ES: V = V1 + V2 + V3

137 B. CIRCUITOS EN PARALELOLOS ELEMENTOS CONDUCTORES ESTÁN SEPARADOS EN VARIOS RAMALES Y LA CORRIENTE ELÉCTRICA SE DIVIDE EN FORMA PARALELA ENTRE CADA UNO DE ELLOS AL ABRIR EL CIRCUITO EN CUALQUIER PARTE, LA CORRIENTE NO SERÁ INTERRUMPIDA EN LAS DEMÁS

138 B. CIRCUITOS EN PARALELOLOS ELEMENTOS CONDUCTORES ESTÁN SEPARADOS EN VARIOS RAMALES Y LA CORRIENTE ELÉCTRICA SE DIVIDE EN FORMA PARALELA ENTRE CADA UNO DE ELLOS

139 AL CONECTAR DOS O MÁS RESISTENCIAS EN PARALELO SE PUEDE CALCULAR LA RESISTENCIA EQUIVALENTE

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141 R1 R2 R3

142 R1 R2 R3

143 C. CIRCUITOS MIXTOS LOS ELEMENTOS CONDUCTORES SE CONECTAN TANTO EN SERIE COMO EN PARALELO

144 LA FORMA DE RESOLVER MATEMÁTICAMENTE ESTOS CIRCUITOS ES CALCULANDO PARTE POR PARTE LAS RESISTENCIAS EQUIVALENTES DE CADA CONEXIÓN, YA SEA EN SERIE O EN PARALELO, DE TAL MANERA QUE SE SIMPLIFIQUE EL CIRCUITO HASTA ENCONTRAR LA RESISTENCIA EQUIVALENTE DE TODO EL SISTEMA ELÉCTRICO

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147 POTENCIA ELECTRICA Como estudiaste anteriormente, la potencia equivale al trabajo realizado por unidad de tiempo.

148 POTENCIA ELECTRICA La potencia eléctrica es la rapidez con la que se realiza un trabajo, también se interpreta como la energía que consume una máquina o cualquier dispositivo eléctrico en un segundo. Como el trabajo es una forma de energía, tenemos:

149 POTENCIA ELECTRICA En términos eléctrico, la energía eléctrica se mide en vatios-segundo o en kilovatios-hora Con anterioridad vimos que:

150 POTENCIA ELECTRICA

151 Determina la corriente total, si el voltaje nominal es de 127vPOTENCIA ELECTRICA Calcula el costo diario de consumo de energía eléctrica de un local comercial que vende televisores, si mantiene encendidos, durante siete horas, cuatro focos de 100 w cada uno y 10 televisores que consumen 90 w cada uno. Determina la corriente total, si el voltaje nominal es de 127v El costo por Kwh es de (CFE, diciembre 2009)

152 MAGNETISMO 152

153 MAGNETISMO Hace años unos pastores de MAGNESIA sintieron una fuerte atracción hacia el suelo debido a la punta metálica de su bastón. Interesados por encontrar la causa, removieron la tierra y descubrieron una roca negra la cual atraía el hierro. Hoy esta roca recibe el nombre de PIEDRA IMÁN o MAGNETITA 153

154 MAGNETISMO 154

155 MAGNETISMO Más adelante la gente se dio cuenta que al colgar libremente un pedazo largo y delgado de esta roca de Magnesia, ésta daba varias vueltas hasta detenerse y apuntar siempre el mismo extremo hacia el Polo Norte geográfico 155

156 MAGNETISMO 156

157 MAGNETISMO Posteriormente WILLIAM GILBERT demostró que la Tierra se comporta como un enorme imán . También demostró que cuando un imán se rompe en varios pedazos, cada uno se convierte en un nuevo imán con sus respectivos polos magnéticos: POLOS IGUALES SE RECHAZAN Y POLOS DIFERENTES SE ATRAEN. 157

158 MAGNETISMO Actualmente se sabe que la atracción ejercida por la roca negra sobre la punta metálica del bastón de los pastores se debió a su propiedad magnética. MAGNETISMO es la propiedad que tienen los cuerpos llamados imanes de atraer al hierro, al níquel y al cobalto 158

159 MAGNETISMO La importancia de los imanes y del magnetismo es muy grande y se utilizan en timbres, teléfonos, conmutadores, motores eléctricos…… 159

160 MAGNETISMO La mayoría de los imanes utilizados ahora son ARTIFICIALES pues se pueden fabricar con una mayor intensidad magnética que los NATURALES 160

161 MAGNETISMO Muchos imanes se fabrican con aleaciones de hierro, níquel y aluminio; hierro con cromo, cobalto 161

162 MAGNETISMO En la industria una barra de metal se imanta sometiéndola a la acción de un campo magnético producido por un solenoide en el que circula una corriente eléctrica 162

163 MAGNETISMO Al momento de interrumpir la corriente cesa la imantación y por ello recibe el nombre de IMÁN TEMPORAL 163

164 MAGNETISMO Cuando la imantación persiste incluso cuando la corriente eléctrica se interrumpe en el solenoide se dice que se obtuvo un IMÁN PERMANENTE 164

165 MAGNETISMO Michael Faraday estudió los efectos producidos por los imanes. Observó que un imán permanente ejerce una fuerza sobre un trozo de hierro o sobre cualquier imán cercano a él debido a la presencia de un campo de fuerzas cuyos efectos se hacen sentir incluso en el vacío. 165

166 MAGNETISMO Imaginó que de un imán salían hilos o líneas que se esparcían; a estas líneas se les llama LÍNEAS DE FUERZA MAGNÉTICA 166

167 LÍNEAS DE FUERZA MAGNÉTICAMAGNETISMO LÍNEAS DE FUERZA MAGNÉTICA 167

168 LÍNEAS DE FUERZA MAGNÉTICAMAGNETISMO LÍNEAS DE FUERZA MAGNÉTICA A en metros cuadrados y Ф en weberios 168

169 LOS RESULTADOS DE FARADAY TIENEN VARIAS CONSECUENCIAS PRÁCTICAS: CONDUJERON DIRECTAMENTE A LA INVENCIÓN DEL TRANSFORMADOR, EL ALTERNADOR Y EL GENERADOR, INVENTOS QUE JUNTO CON EL MOTOR ELÉCTRICO TRAJERON CONSIGO MUCHAS APLICACIONES DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA 169

170 EL DESCUBRIMIENTO DE CORRIENTES INDUCIDAS DESEMBOCÓ EN EL DESARROLLO DE MÁQUINAS PRÁCTICAS PARA CONVERTIR LA ENERGÍA MECÁNICA EN ENERGÍA ELÉCTRICA LLAMADAS GENERADORES ELÉCTRICOS 170

171 EL GENERADOR MÁS SIMPLE CONSTA DE UNA ESPIRA DE ALMABRE QUE DA VUELTAS EN UN CAMPO MAGNÉTICO171

172 MAGNETISMO LA OPERACIÓN Y EL DISEÑO DE UN MOTOR ELÉCTRICO SON SIMILARES A LOS DE UN GENERADOR AUNQUE FUNCIONA DE MODO INVERSO: CONVIERTE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN ENERGÍA MECÁNICA. 172

173 MAGNETISMO EN EL CASO MÁS SIMPLE SE HACE CIRCULAR UNA CORRIENTE POR UNA ARMADURA DE UNA SOLA ESPIRA EN UN CAMPO NAGNÉTICO Y ESO PRODUCE EL GIRO DE LA MISMA 173

174 MAGNETISMO UNA APLICACIÓN SUMAMENTE IMPORTANTE DE LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA ES EL TRANSFORMADOR, EL CUAL SE EMPLEA PARA AUMENTAR O DISMINUIR UN VOLTAJE SIN PÉRDIDAD APRECIABLE DE POTENCIA. 174

175 MAGNETISMO UN TRANSFORMADOR CONSTA DE DOS BOBINAS DE ALAMBRE (LLAMADAS PRIMARIO Y SECUNDARIO), QUE SE ENROLLAN EN UN MISMO NÚCLEO DE HIERRO 175