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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Unidad Educativa Instituto ‘Jesús es Señor’ Zaraza Edo. Guárico

República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Unidad Educativa Instituto ‘Jesús es Señor’

Profesor: Manuel Rojas

Alumna: Reggio Melissa

5TO Año A

Carga eléctrica La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas por la mediación de campos electromagnéticos. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones. Una de las principales características de la carga eléctrica es que, en cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado siempre se conserva. Es decir, la suma algebraica de las cargas positivas y negativas no varía en el tiempo. Qi=Qf La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o+e. A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se los ha podido observar libres en la naturaleza.

Electrón Un electrón es una partícula elemental estable cargada negativamente que constituye uno de los componentes fundamentales del átomo. Forma parte del grupo de los leptones.

Los electrones son uno de los componentes del átomo Fue la primera partícula elemental descubierta. Hacia finales del siglo XIX se dedicó un esfuerzo considerable a investigar las descargas eléctricas en los gases enrarecidos. En 1895 Jean Perrin, analizando la carga eléctrica de los llamados rayos catódicos (catódico), demostró que transportaban carga negativa. Al poco tiempo, J.J. Thomson llevó a cabo el clásico experimento en el que consiguió determinar la carga específica de las partículas que constituían, según él, los rayos catódicos y que llamó electrones. A partir de la relación carga / masa (e / m) obtenida por Thomson, Millikan, mediante un experimento hecho célebre, pudo medir en el año 1909 la carga del electrón ey la masa m. El descubrimiento del electrón inició una nueva etapa de la física y corroboró la hipótesis de que el electrón es una partícula elemental del Universo a partir de la cual se forman todos los átomos. Se ha podido comprobar que la masa del electrón aumenta con la velocidad, de acuerdo con las predicciones de la mecánica relativista. También ha sido verificada la naturaleza ondulatoria del electrón. La producción de electrones libres por diferentes procedimientos y su comportamiento en medios diversos han encontrado una extraordinaria aplicación práctica y han hecho desarrollar una nueva rama de la física y de la electricidad, la electrónica. Los valores admitidos de la carga eléctrica y la masa del electrón son e = -1,602 189 2 (46) × 10-19 C, y me = 9,109 354 (47) × 10-31 kg.

Método para Electrizar un cuerpo Electrización por Contacto: Se puede cargar un cuerpo con solo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga + Electrización por Frotamiento: Al Frotar 2 cuerpos eléctricamente neutros(#e^=#p^+), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Electrización Por Inducción: Un cuerpo cargado eléctricamente, puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro. Como resultado de está relación, la redistribución de cargas se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a este. en este Proceso de Redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otros negativamente. Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas, entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

Electroscopio El electroscopio es un instrumento que se utiliza para saber si un cuerpo está cargado eléctricamente. El electroscopio consiste en una varilla metálica vertical de vidrio que tiene una esfera en la parte superior y en el extremo opuesto dos láminas de aluminio muy delgado. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja devidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera, las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal. Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos. Un electroscopio pierde gradualmente su carga debido a la conductividad eléctrica del aire producida por su contenido en iones. Por ello la velocidad con la que se carga un electroscopio en presencia de un campo eléctrico o se descarga puede ser utilizada para medir la densidad de iones en el aire ambiente. Por este motivo, el electroscopio se puede utilizar para medir la radiación de fondo en presencia de materiales radiactivos. El primer electroscopio conocido, el versorium, un electroscopio pivotante de hojuelas de oro, fue inventado por William Gilbert en 1600.

Campo eléctrico El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación: (1)

En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, en campo tensorial cuadridimensional, denominado campo μν electromagnético F . Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticosvariables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación delcampo magnético. Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832. La unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m) o, en unidades básicas, kg·m·s−3·A−1 y la ecuación dimensional es MLT-3I-1.

Líneas de campo eléctrico En física, las líneas de campo son una ayuda un campo electrostático, magnético o cualquier otro campo Esencialmente forman un mapa del campo.

para visualizar vectorial estático.

Cada línea está dibujada de forma que el campo es tangente a la misma en cada punto de ésta y las puntas de las flechas indican la dirección del campo (Suponiendo una carga positiva). El espacio entre ellas indica el valor del campo. En las regiones en donde las líneas están muy juntas este es muy grande, mientras que donde están muy separadas es muy pequeño. De aquí se deduce que la densidad de líneas es proporcional al campo. Así, un campo uniforme estará representado por líneas de campo igualmente espaciadas, rectas y paralelas. Además las líneas de campo definen superficies equipotenciales perpendiculares a estas.

Movimiento de carga Eléctrica Fuerza electromotriz: Es la energía proveniente de cualquier fuente que suministre corriente eléctrica. Existe una diferencia de potencial entre los polos positivos y negativos que son capaces de impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado. Potencial eléctrico: Es el trabajo realizado al trasladar un objeto de un punto a otro; en otras palabras, es el trabajo realizado para trasladar una carga positiva de un punto a otro como lo es el moverse del punto A al punto B. Diferencia de potencial (Tensión eléctrica): Es la presión que ejerce una fuente de energía eléctrica sobre las cargas eléctricas en un circuito cerrado, y así se establece un flujo de corriente eléctrica. -Tensión en un condensador - Tensión en una bobina Resistencia eléctrica: Es la oposición de la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, frena el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas. La ley de Ohm (W): Es la unidad de medida de la resistencia que oponen los objetos al paso de la corriente eléctrica. I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (W o Ω). -Resistividad de algunos materiales -Conductancia: La resistividad depende de la temperatura. G es la conductancia R es la resistencia en ohmios, I es la corriente en amperios, V es el voltaje en voltios.

Electrostática

La electrostática es la rama de la Física que analiza los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio. 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. Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden ser estudiadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.

Trabajo eléctrico Es el trabajo que realiza una fuerza eléctrica sobre una carga que se desplaza desde un punto A hasta otro punto B. Si suponemos que la fuerza es constante durante todo el desplazamiento, se puede expresar de la siguiente forma:

W−→e(A→B)=F→e⋅Δr→AB donde: W−→e(A→B) es el trabajo eléctrico. En el S.I. se mide en Julios (J). F→e es la Fuerza eléctrica que sufre la carga. En el S.I. se mide en Newtons (N). Δr→AB es el vector desplazamiento entre ambos puntos. En el S.I. se mide en metros (m). Al igual que ocurre con otras fuerzas, como la fuerza gravitatoria, la fuerza eléctrica es una fuerza conservativa. Esto implica que:

El trabajo que realiza una fuerza eléctrica para mover un cuerpo cargado desde una posición A hasta otra B, únicamente depende de dichas posiciones y no del camino seguido para llegar de A a B. Cuando el camino que sigue el cuerpo entre A y B es un camino cerrado o un ciclo, el trabajo eléctrico es nulo.

Voltio Es la unidad derivada del SI para el potencial eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje. Recibe su nombre en honor de Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la pila voltaica, la primera batería química. El voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio utiliza un vatio de potencia. El voltio también puede ser definido como la diferencia de potencial existente entre dos puntos tales que hay que realizar un trabajo de 1 julio para trasladar del uno al otro la carga de 1 culombio.

Michael Faraday FRS (Newington, 22 de septiembre de 1791-Londres, 25 de agosto de 1867), fue un físico yquímico británico que estudió el electromagnetismo y la electroquímica. Sus principales descubrimientos incluyen lainducción electromagnética, diamagnetismo y la electrólisis. A pesar de la escasa educación formal recibida, Faraday es uno de los científicos más influyentes de la historia. Fue debido a su estudio del campo magnético alrededor de un conductor por el que circula corriente continua que Faraday estableció las bases para el desarrollo del concepto de campo electromagnético. Faraday también estableció que el magnetismo podía afectar los rayos de luz y que había una relación subyacente entre ambos fenómenos. Descubrió, también, el principio de inducción electromagnética,

diamagnetismo, las leyes de la electrólisis e inventó algo que él llamó dispositivos de rotación electromagnética, que fueron los precursores del actual motor eléctrico. En el campo de la química, Faraday descubrió el benceno, investigó el clatrato de cloro, inventó un antecesor delmechero de Bunsen y el sistema de números de oxidación, e introdujo términos como ánodo, cátodo, electrodo eión. Finalmente, fue el primero en recibir el título de Fullerian Professor of Chemistry en la Royal Institution de Gran Bretaña, que ostentaría hasta su muerte. Faraday fue un excelente experimentador, quien transmitió sus ideas en un lenguaje claro y simple. Sus habilidades matemáticas, sin embargo, no abarcaban más allá de la trigonometría y el álgebra básica. James Clerk Maxwell tomó el trabajo de Faraday y otros y lo resumió en un grupo de ecuaciones que representan las actuales teorías del fenómeno electromagnético. El uso de líneas de fuerza por parte de Faraday llevó a Maxwell a escribir que "ellas demuestran que Faraday ha sido en realidad un gran matemático. Uno del cual los matemáticos del futuro derivarán valiosos y prolíficos métodos".La unidad de la capacidad eléctrica en el SI de unidades, el farad (F), se denomina así en su honor. Albert Einstein mantenía colgado en la pared de su estudio un retrato de Faraday junto a los de Isaac Newton y James Clerk Maxwell. El físico neozelandés Ernest Rutherford declaró: "Cuando consideramos la extensión y la magnitud de sus descubrimientos y su influencia en el progreso de la ciencia y de la industria, no existen honores que puedan retribuir la memoria de Faraday, uno de los mayores descubridores científicos de todos los tiempos".

Faradio Se denomina faradio o farad (símbolo F), en honor a Michael Faraday, a la unidad de capacidad eléctrica delSistema Internacional de Unidades (SI). Un faradio es la capacidad de un condensador entre cuyas armaduras existe una diferencia de potencial eléctrico de 1 voltio (1 V) cuando está cargado de una cantidad de electricidad igual a un culombio (1 C).

En electrotecnia mide más específicamente la capacidad de un condensador o un sistema de conductores, es decir, la carga que puede almacenar cuando se le aplica una tensión.

Densidad de corriente Relación entre la corriente y la densidad de corriente. La densidad de corriente eléctrica se define como una magnitud vectorial que tiene unidades de corriente eléctrica por unidad de superficie, es decir, intensidad por unidad de área. Matemáticamente, la corriente y la densidad de corriente se relacionan como : I=\int_S \mathbf{j}\cdot d\mathbf{S} \, I es la corriente eléctrica en amperios A \mathbf{j} es la densidad de corriente en A·m-2 S es la superficie de estudio en m² Cargas puntuales aisladas La densidad de corriente está relacionada con los portadores de cargas (electrones, huecos, iones en un electrolito) por : \mathbf{j}=\sum_i n_i q_i \mathbf{v}_i \, Donde: n_i\, es la concentración del portador i. q_i\, es la carga eléctrica del portador i. \bold{v}_i es la velocidad media del portador i en el volumen. Conductor eléctrico Si la densidad de corriente es uniforme en una región del espacio entonces la relación se simplifica notablemente. Esto sucede con bastante aproximación en el interior de un tramo de conductor de sección constante, donde el vector \mathbf{j} es independiente de la posición por lo que la sección, la densidad de corriente y la intensidad guardan la relación: I= \| \mathbf{j} \| S_0 Siendo S_0 la sección transversal del tramo de conductor.

Fuerza electromotriz La fuerza electromotriz (FEM) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico. Con carácter general puede explicarse por la existencia de un campo electromotor \xi \, cuya circulación, \int_S\xi ds \,, define la fuerza electromotriz del generador. Se define como el trabajo que el generador realiza para pasar por su interior la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo, dividido por el valor en Culombios de dicha carga. Esto se justifica en el hecho de que cuando circula esta unidad de carga por el circuito exterior al generador, desde el polo positivo al negativo, es necesario realizar un trabajo o consumo de energía (mecánica, química, etcétera) para transportarla por el interior desde un punto de menor potencial (el polo negativo al cual llega) a otro de mayor potencial (el polo positivo por el cual sale). La FEM se mide en voltios, al igual que el potencial eléctrico. Por lo que queda que: P = \frac {R}{A} \,\! Se relaciona con la diferencia de potencial V \,\! entre los bornes y la resistencia interna r \,\! del generador mediante la fórmula E = V + I r \,\! (el producto Ir \,\! es la caída de potencial que se produce en el interior del generador a causa de la resistencia óhmica que ofrece al paso de la corriente). La FEM de un generador coincide con la diferencia de potencial en circuito abierto. La fuerza electromotriz de inducción (o inducida) en un circuito cerrado es igual a la variación del flujo de inducción \phi \, del campo magnético que lo atraviesa en la unidad de tiempo, lo que se expresa por la fórmula \xi = - \frac {\Delta \Phi}{\Delta t} \,\! (ley de Faraday). El signo - (ley de Lenz) indica que el sentido de la FEM inducida es tal que se opone al descrito por la ley de Faraday ( \xi = \frac {\Delta \Phi}{\Delta t} \,\!).

Circuito eléctrico Un circuito eléctrico es un conjunto de operadores unidos de tal forma que permitan el paso o la circulación de la corriente eléctrica (electrones) para conseguir algún efecto útil (luz, calor, movimiento, etcétera). Los circuitos eléctricos son utilizados en cada uno de los aparatos eléctricos que se utilizan diariamente por todas las personas. Muchos de estos circuitos son muy complejos y disponen de una gran variedad de elementos que en conjunto, hacen funcionar equipos tales como electrodomésticos u otros aparatos. Antes de trabajar proyectos de circuitos complejos, debe comenzarse por el fundamento, que es comprender los conceptos básicos de voltaje, corriente eléctrica, resistencia eléctrica, etc. Es elemental poder diferenciar entre las conexiones en serie, paralelo y serie paralelo. Un circuito eléctrico, por lo tanto, es la interconexión de dos o más componentes que contiene una trayectoria cerrada. Dichos componentes pueden ser resistencias, fuentes, interruptores, condensadores, semiconductores y cables.