Física Electromagnética

FISICA ELECTROMAGNETICA Lo que no conocías de electricidad...

CAPACITANCIA Y DIELECTRICOS

CORRIENTE, RESISTENCIA Y FUERZA ELECTROMOTRIZ

Reporteros: Julieth López Maria García Yelianny Candamil Rosangelica Rodríguez

EITORIAL GALARDON

Anthony Marchan Zoraimar Garmendia Louisanna González NT Omer crespo NT

CAPACITANCIA Y DIELÉCTRICOS Capacitores y Capacitancia nectar El capacitor es un dispositi- las armaduras a una difevo eléctrico que permite rencia de potencial, que almacenar energía en forma puede ser una batería, las de campo eléctrico. Es decir, cargas llegan muy rápidaes un dispositivo que alma- mente a un nuevo estado cena cargas en reposo o es- de reposo en la cual esa táticas. Consta en su forma diferencia de potencial es más básica de dos placas de "transmitida" (los elecmetal llamadas armaduras trones del polo negativo enfrentadas unas a otras, de de la batería se repelen forma que al conectarlas a hacia una placa mientras una diferencia de potencial que en el polo positivo se o voltaje una de ellas ad- extraen electrones de la quiera cargas negativas y la otra armadura) a las armaduras, pero al estar otra positivas.

Esto se debe a que al co- enfrentadas las placas unas con otras estas carComo el capacitor tiene en cada placa cargas iguales pero de signo opuesto, la carga neta del condensador es nula. Cuando se habla de carga de un capacitor se habla de la carga de cualquiera de sus placas, pero en reali-

Capacitancia En electromagnetismo y electrónica, la capacidad eléctrica, también conocida como capacitancia, es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica.

La capacidad también es Página 2

gas se atraen formando un campo eléctrico paralelo y almacenando energía eléctrica permanentemente.

dad sólo las cargas de la placa negativa se mueven (hacia la placa positiva), debido a que el movimiento es sólo de los electrones.

Cuánta carga almacena un condensador al aplicársele

una diferencia de potencial entre sus terminales viene determinado por una magnitud llamada capacitancia.

una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para una diferencia de potencial eléctrico dada. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador.

Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la geometría del condensador considerado (de placas paralelas, cilíndrico, esférico). Otro factor del que depende es del dieléctrico que se

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introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad.

Capacidad total en serie: La capacidad total (o equivalente) en serie se calcula sumando las inversas de cada una de las capacidades y calculando la inversa del resultado.

Tensión de capacitores en serie: La suma de las caídas de tensión de cada capacitor da como resultado la tensión total aplicada entre los bornes A y B. Carga de capacitores en serie:

Capacitores en serie y en paralelo Un capacitor puede ser armado acoplando otros en serie y/o en paralelo.

De esta manera se obtiene una capacidad total equivalente para el conjunto de capacitores que se puede calcular mediante expresiones simples. También es posible conocer las caídas de potencial y la carga almacenada en cada capacitor.

El acoplamiento de capa-

La carga de cada uno de los capacitores de una rama en serie es igual a la de los demás y es igual a la carga equivalente acumulada en toda la rama (entre A y B)

citores en serie se realiza conectando en una misma rama uno y otro capacitor, obteniendo una capacidad total entre el primer borne del primer capacitor y el último del último.

El acoplamiento en paralelo de los capacitores se realiza conectándolos a todos a los mismos dos bornes.

En Paralelo El acoplamiento en paralelo de los capacitores se realiza conectándolos a todos a los mismos dos bornes.

Capacidad total en paralelo La capacidad total (o equivalente) en pa-

ralelo se calcula sumando las capacidades de cada uno de los capacitores.

Almacenamiento de Energía en Capacitores y Energía de Campo Eléctrico Se puede almacenar energía eléctrica en un dispositivo muy común que se conoce como capacitor. Un capacitor consta generalmente de dos conductores (placas metálicas) paralelas y separadas por una pequeña distancia en comparación a su ancho. Si se conecta cada una de las placas momentáneamente a las bornes de una fuente de

energía eléctrica, en una de las placas aparecerá una carga positiva (+q) y en la otra una carga negativa (-q). Las cargas de cada una de las placas atraerán a las cargas de la otra placa y se distribuirán uniformemente en las superficies internas de las placas, generándose así un campo eléctrico entre ellas. Como la distancia entre los conductores es pequeña el campo eléc-

trico entre ellas será uniforme, lo cual significa que las líneas de fuerza serán paralelas y estarán igualmente espaciadas.

Las líneas de campo en las orillas de las placas presentan una curvatura, (de acuerdo a lo establecido por las leyes del electromagnetismo) que siempre puede despreciarse si la distancia entre las placas es lo suficientemente pequeña.

Campo Eléctrico Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. 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 Página 4

tiene en cuenta la variación del campo magnético.

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con pro-

piedades de naturaleza eléctrica.

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Dieléctricos Se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo eléctrico externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes con los que suelen confundirse. Todos los materiales dieléctricos son aislantes pero no todos los

materiales aislantes son dieléctricos.

Algunos ejemplos de este

tipo de materiales son el vidrio, la cerámica, la goma, la mica, la cera, el papel, la madera seca, la porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita. En cuanto a los gases se utilizan como dieléctricos sobre todo el aire, el nitrógeno y el hexafluoruro de azufre.

Los dieléctricos más utilizados son el aire, el papel y la goma. La introduc-

ción de un dieléctrico en un condensador aislado de una batería, tiene las siguientes consecuencias: Disminuye el campo eléctrico entre las placas del condensador. Disminuye la diferencia de potencial entre las placas del condensador, en una relación Vi/k Los dieléctricos se emplean en los condensadores para separar físicamente sus placas y para incrementar su capacidad al disminuir el campo eléctrico y por tanto, la diferencia de potencial

entre las mismas. La constante dieléctrica es la propiedad que describe el comportamiento de un dieléctrico en un campo eléctrico y permite explicar, tanto el aumento de la capacidad de un con-

densador como el índice de refracción de un material transparente.

Fecha de publicación

CORRIENTE, RESISTENCIA Y FUERZA ELECTROMOTRIZ 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.

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.

tro (Ω•m). en donde R es la resistencia en ohms, S la sección transversal en m² y l la longitud en m. Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica, por lo que da

una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

Resistividad La resistividad es la resistencia eléctrica específica de cada material para oponerse al paso de una corriente eléctrica. Se designa por la letra griega rho minúscula ( ρ) y se mide en ohmios por mePágina 6

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Como ejemplo, un material de 1 m de largo por 1 m de ancho por 1 m de altura que tenga 1 Ω de resistencia tendrá una resistividad (resistencia específica, coeficiente de resistividad) de 1 Ω•m .

Cálculo experimental de la resistividad de un metal

Resistencia Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal).

D e s c u b i e r t a por Georg Ohm en

Para su medición, en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmnímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.

Además, de acuerdo con la ley de Ohm la

resistencia de un material puede definirse como la razón entre la diferencia de potencial eléctrico y la corriente en que atraviesa dicha resistencia, así:

1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual con la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω).

Donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios.

También puede decirse

que "la intensidad de la corriente que pasa por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial e inversamente proporcional a su resistencia" Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductor. Existen además ciertos materiales en los que, en deter-

minadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.

Fuerza Electromotriz y Circuitos

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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 cuya circulación,

la 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 ne-

gativo al cual llega) a otro de mayor potencial (el polo positivo por el cual sale).

define la fuerza electromotriz del generador.

La FEM se mide en voltios, al igual que el potencial eléctrico.

Se define como el trabajo que el generador realiza para pasar por su interior l a u n i d a d 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 circu-

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Tipos de Fuentes de Fuerza electromotriz.

Dependiendo del tipo de corriente eléctrica que pueden producir se clasifican en tres tipos: a) Fuentes de Fuerza Electromotriz directa (C.D ) como las pilas, acumuladores, baterias solares y otros que se mencionaran más adelante. En este caso la corriente que producen es de un valor constante

dentro de un intervalo relativamente grande.

Ejemplo de este tipo de fuentes se muestran en las fotografías siguientes.

c) Fuentes de Fuerza Electromotriz variable no alterna. En este caso la corriente producida es variable, por ejemplo: el encendedor piezoeléctrico de la cocina produce una descarga eléctrica en el aire variable en intensidad y de muy corta duración.

Causas de la Fuerza Electromotriz.

b) Fuentes de Fuerza Electromotriz alterna (C.A) como los generadores eléctricos de los carros que son los encargados de proporcionar electricidad, cuando el vehículo está en funcionamiento o como las

plantas generadoras de electricidad doméstica. Se diferencian de los anteriores por que la corriente que producen es variable en el tiempo, no sólo en magnitud sino también de dirección. Su funcionamiento esta apoyado en el principio de las Corrientes Inducidas descubierto por Faraday. En la figura siguiente se muestra una manera de inducir corrientes eléctricas alternas.

Las causas de la Fuerza electromotriz son diversas, pero en cualquiera de ellas se genera una fuerza eléctrica que es capaz de mover cargas eléctricas

Circuitos Un circuito eléctrico es el recorrido de la electricidad a través de un conductor, desde la fuente de energía hasta su lugar de consumo. Las partes de un circuito eléctrico son: Fuente de energía (pila, batería, enchufe); Conductor: cable; Fuente de consumo o dispositi-

vo: (bombillo, aparato eléctrico); Interruptor o switch (apagador, enchufe). Con el cursor puedes identificar las partes en la imagen.

Los tipos de circuitos eléctricos son:

Circuito abierto: cuando el recorrido no es continuo, el conductor no está completo porque el interruptor o switch está desconectado, cortando el paso de la corriente.

Circuito cerrado: cuando el recorrido es continuo y el interruptor está conectado, cediendo el paso de la corriente.

Energía y Potencia en Circuitos Eléctricos Las cargas eléctrica que constituyen una corriente eléctrica pasan de un punto que tiene mayor potencial eléctrico a otro que tiene un potencial inferior. Para mantener permanentemente esa diferencia de potencial, llamada también voltaje o tensión entre los extremos de un conductor, se Se distinguen dos tipos de corrientes:

necesita un dispositivo llamado generador (pilas, baterías, dinamos, alternadores...) que tome las cargas que llegan a un extremo y las impulse hasta el otro. El flujo de cargas eléctricas por un conductor constituye una corriente eléctrica.

tud relativamente constante a través de una carga. A este tipo de corriente se le conoce como coCorriente continua: Es rriente continua (cc) o coaquella corriente en don- rriente directa (cd), y es de los electrones circulan generada por una pila o en la misma cantidad y batería. sentido, es decir, que fluye en una misma direc- Este tipo de corriente es ción. Su polaridad es inva- muy utilizada en los aparariable y hace que fluya tos electrónicos portátiles una corriente de ampli- que requieren de un voltaje relativamente pequeño.

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Generalmente estos aparatos no pueden tener cambios de polaridad, ya que puede acarrear daños irreversibles en el equipo.

Corriente alterna: La corriente alterna es aquella que circula durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el

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mismo proceso en forma constante. Su polaridad se invierte periódicamente, haciendo que la corriente fluya alternativamente en una dirección y luego en la otra. Se conoce en castellano por la abreviación CA y en inglés por la de AC. Este tipo de corriente es la que nos llega a nues-

tras casas y sin ella no podríamos utilizar nuestros artefactos eléctricos y no tendríamos iluminación en nuestros hogares. Este tipo de corriente puede ser generada por un alternador o dinamo, la cual convierten energía mecánica en eléctrica.

Potencia es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es dec i r, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).

Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico.

Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz)

La energía consumida por un dispositivo eléctrico se mide en vatioshora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh).

Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh).

La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos eléctricos debe figurar junto con la tensión de alimentación en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos.

En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el

o procesos químicos. La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías.

caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.

Glosario Amperímetro: instrumento que se utiliza para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.

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.

Circuito Integrado: estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica Circuito: red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconduc tores) que contiene al menos una trayectoria cerrada.

Compuerta Lógica: dispositivo electrónico con una función booleana. Suman, multiplican, niegan o afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas.

Se pueden aplicar a tecnología electrónica, eléctrica, mecánica, hidráulica y neumática. Son circuitos de conmutación integrados en un chip.

Condensador: dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.

Corriente Eléctrica: flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.

Cortocircuito: Se denomina cortocircuito al fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra en sistemas monofásicos de corriente alterna, entre dos fases o igual al caso anterior para sistemas polifásicos, o entre polos opuestos en el caso de corriente continua .

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Glosario Diferencia de Potencial: es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos.

Energizado: Se dice de lo que energiza [magnetizar el núcleo de una bobina electromagnética haciendo circular una corriente eléctrica] Fase: indica la situación instantánea en el ciclo, de una magnitud que varía cíclicamente, siendo la fracción del periodo transcurrido desde el instante correspondiente al estado tomado como referencia.

Fuente de Alimentación: dispositivo que convierte la corriente alterna (CA), en una o varias corrientes continuas (CC), que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (computadora, televisor, impresora, router, etcétera).

Fuerza Electromotriz: 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.

Neutro: Se aplica al cuerpo que tiene la misma cantidad de electricidad positiva y negativa.

Ohmímetro: es un dispositivo que sirve para medir resistencias.

Potencia Eléctrica: es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado.

Protoboard: es un tablero con orificios conectados eléctricamente entre sí, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos electrónicos y sistemas similares.

Glosario Semiconductor: elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre .

Shunt: es una carga resistiva a través de la cual se deriva una corriente eléctrica.

Tierra: se emplea en las instalaciones eléctricas para llevar a tierra cualquier derivación indebida de la corriente eléctrica a los elementos que puedan estar en contacto con los usuarios (carcasas, aislamientos, etc.) de aparatos de uso normal, por un fallo del aislamiento de los conductores activos, evitando el paso de corriente al posible usuario.

Voltímetro: es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.

Si física electromagnética quieres estudiar, aquí, en esta revista lo encontraras..!

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Llevamos la sopa de letras a otro nivel!

Intenta no confundirte y busca bien las palabras…. Suerte ;)

s e m i

c o n d u c t o r x d g b g m d v

n O I C A t n E m I L A E D E t n E U f

p s A C I R t C E L E A I C n E t O P z

1

s g h Y O t I U C R I C O t R O C E a u

j k A m P E R I m E t R o u Y n B s i e

s x y S L P I m n C V R D S f h e J t r

s r p Z A E R V h D n K Ñ K E d g c c a

d C I v P t I n h R l R t g O C E f t O U g D O h I R S B m t A V O I O D U A m J o WR E L k a D t c o r r R e l e c O a s d f J n e u t C v b n m i f e r e s D w o y o n d e n o m p u e e l e c t

c c e a s o E f c l i t g r ñ n j s r r

i a l s f d f a t j e r h o k c p a t o

r m e e b a t e y h n i h q j i o d a m

c p c c y z b r v f t c j w a a t o l o

u o t v h i n d d r e a k e r d e r o t

i b r t ji g u r e x x l r r e n m g r

t q i h o r i t r s a f ñ t e A c e i i

o k c n e e l b h x s t p y i s i u c z

n m o u C n ñ J J S d B V U t d a i a c

V V t I m E t r O S h U n t h h L P Z x

1Circuito 2. Campo eléctrico 3. Corriente eléctrica 4. Semiconductor 5. Compuerta lógica 6. Corto circuito

7. Ohmímetro 8. Shunt 9. Protoboard 10. Condensador 11. Fuerza electromotriz 12. Diferencia de potencial 13. Potencia eléctrica 14. Fuente de alimentación 15. Energizado 16. Amperímetro 17. Voltímetro 18. Fase 19. Tierra 20. Neutro 21. Circuito integrado

2015 AÑO DE NUEVAS TECNOLOGIAS

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