Electricidad

El estudio de la electricidad comenzó en la antigüedad, alrededor del siglo VI aC, el filósofo griego y matemático Thales de Mileto. Él, uno de los más grandes sabios de la antigua Grecia, fue el que observó el comportamiento de una resina vegetal llamada ámbar. Al frotar la resina con tela y / o piel de animales, cuentos dieron cuenta de que el proceso surgió una importante propiedad: ámbar adquiere la capacidad de atraer pequeños trozos de paja y / o pequeñas plumas de aves. En griego, la palabra elektron significa ámbar, esta palabra proviene de la palabra electrónica y electricidad.

A pesar de este hecho, se ha encontrado nada durante más de veinte años, convirtiéndose en observaciones así intactas Thales. En el siglo XVI, el médico de la reina Isabel I de Inglaterra, William Gilbert, descubrió que era posible llevar a cabo el mismo experimento con otros materiales de Tales. En ese momento, el método de la experimentación, creado por Galileo Galilei, comenzó a ser utilizado. Gilbert llevó a cabo diversos estudios y experimentos, uno de los cuales forma la fricción entre los materiales. En el siglo XVIII, el científico estadounidense Benjamin Franklin, el inventor del pararrayos, la teoría de que las cargas eléctricas eran un fluido eléctrico podría transferirse entre los cuerpos. Sin embargo, hoy sabemos que el electrón se transfiere. El cuerpo con un exceso de electrones es eléctricamente negativo, a diferencia de cuerpo corto de electrones, que es eléctricamente positiva. Pero, ¿cuál es la rama de estudio de la electricidad?

El estudio de la electricidad se divide en tres partes principales:

Electrostática: es la parte que estudia el comportamiento de las cargas eléctricas en reposo, por ejemplo, el estudio y la comprensión de lo que es la carga eléctrica, que es el campo eléctrico y cuál es el potencial eléctrico.

Electrodinámica: esta es la parte que estudia las cargas eléctricas cuando se mueve. Estudia lo que es corriente eléctrica, los elementos de un circuito eléctrico (resistencias y condensadores), así como su asociación, tanto en serie como en paralelo.

Electromagnetismo: En esta parte se estudia el comportamiento y el efecto producido por el movimiento de las cargas eléctricas. Es a partir de este estudio que es posible comprender cómo colocar la radio y la televisión, así como entender lo que viene a ser el campo magnético, la fuerza magnética y más.

Circuitos mixtos

Circuitos eléctricos complejos en la práctica no son más que simples combinaciones de dos tipos básicos de circuitos : circuito serie y el circuito paralelo.

En muchas situaciones tenemos un circuito eléctrico compuesto por dos resistencias conectadas en paralelo y en serie . Estos circuitos se llaman circuito mixto . Aunque este tipo de circuito de la mirada compleja , podemos encontrar la resistencia equivalente. Basta con hacer un análisis de las partes del problema.

Considere la posibilidad de la figura anterior. Podemos ver que esto no es un simple circuito eléctrico , en el sentido de que todas las resistencias están conectadas en serie o en paralelo . Podemos ver que los primero y segundo resistores están conectados en paralelo , ya que la resistencia 3 está conectado en serie con el conjunto de resistencias de 1 y 2 .

Con el objetivo de encontrar el circuito de la resistencia equivalente antes , primero tenemos que combinar las primera y segunda resistencias y haciendo la sustitución de ellos por la resistencia de la resistencia equivalente USD .

Por lo tanto , la nueva configuración de circuito es sólo dos resistencias en serie (RP y R3 ) ahora pueden ser reemplazados por un único equivalente resistencia R :

R = Rp + R3

Usando este método podemos hacer el análisis de los distintos circuitos eléctricos mixtos , encontrando siempre , en primer lugar , la resistencia equivalente para cada conjunto de resistencias . Cuando se encuentra la resistencia equivalente , también podemos encontrar el valor de la corriente eléctrica que a través de ella y también encontrar el valor de la tensión y la potencia disipada por cada resistencia .

Tomemos el ejemplo a continuación:

¿Cuál es el valor de la corriente eléctrica que fluye a través del circuito de abajo y la potencia total disipada en ella? La batería proporciona 25 voltios y todas las resistencias son 100 .

Al principio nos encontramos con el valor de la resistencia equivalente para el circuito mixto . La corriente eléctrica se puede calcular mediante la siguiente ecuación : ( T = R. I) y la potencia se puede determinar directamente a partir de los valores de resistencia y corriente .

Circuito eléctrico con resistencias conectadas en serie

En primer lugar, combinar las resistencias que están en paralelo . El grupo R1 y R2 pueden ser sustituidos por una resistencia equivalente de la resistencia :

Lo mismo ocurre con el R4 y R5 juntos. Tenemos un circuito compuesto por tres resistencias en serie con resistencias de 50 , 100 y 50 . La resistencia equivalente de este sistema son:

R = 50 + 100 + 50 = 200 ?

Circuito sencillo

Generalizamos un circuito , simplemente como el conjunto de caminos que permiten el paso de la corriente eléctrica , que aparecen en otros aparatos conectados a un generador .

Generalizamos un circuito , simplemente como el conjunto de caminos que permiten el paso de la corriente eléctrica , que aparecen en otros aparatos conectados a un generador .

Vamos a la observación de la Figura 1 anterior, se tiene un ejemplo muy simple de un circuito simple . Una manera muy general , podemos decir que un circuito simple es aquella en la que sólo hay una sola corriente eléctrica, es decir , la corriente eléctrica que sale del generador y se ejecuta sólo una manera de volver a ella. Podemos ver en la foto de abajo hay una batería , una bombilla y una llave de metal , conectados por medio de cables .

De acuerdo con la figura, vemos que el interruptor está apagado ( o abierto ) . Por lo tanto , vemos que la lámpara no se enciende, porque no hay paso de corriente eléctrica en el circuito.

Observando siguiente figura vemos que el interruptor está cerrado , con lo que los electrones pueden pasar a través del interruptor. Para moverse a través de la tecla decir no hay corriente eléctrica en el circuito, así que las luces de la lámpara. Generalmente las teclas y también los hilos de resistencia tienen muy pequeña en comparación con las resistencias que aparecen en otros sistemas ( en la figura, la resistencia de la lámpara ) .

Por lo tanto , la situación de las cifras anteriores se representan en los diagramas :

Como sabemos, los filamentos de las lámparas son óhmica no conductor , es decir , tienen una resistencia constante . Sin embargo , esta resistencia a menudo se considera aproximadamente constante y representa los bulbos como resistencias .

Por lo tanto , los diagramas señalados anteriormente podrían ser representados como otra ilustración de esta ( figura siguiente ) , en la que R es la resistencia de la lámpara .

Tanto en el esquema 1 como en el diagrama 2 , se tiene en cuenta el hecho de que los cables de conexión tienen una resistencia insignificante y la clave y por lo tanto están representados por segmentos de línea recta . El interruptor se utiliza en los hogares es un tipo de clave que puede detener o pasar corriente eléctrica.

Descarga Eléctrica

Las descargas eléctricas en realidad se producen cuando una determinada corriente eléctrica fluye a través del cuerpo humano. Dependiendo de la situación , un golpe puede causar un pequeño hormigueo, quemaduras de 3er grado , o incluso hacer que una persona a la muerte.

¿Por qué el shock?

La corriente eléctrica se ejecuta cuando el cuerpo humano , interfiere con las corrientes internas realizadas por los nervios , que nos da la sensación de hormigueo .

Para el choque que se produzca , debe existir una diferencia de potencial entre dos puntos diferentes del cuerpo humano , es decir , cuanto mayor es la diferencia de potencial , mayor es la corriente eléctrica , en consecuencia , también el choque será mayor . Generalmente , uno de estos puntos pies de sonido que están en contacto con el suelo , y el otro punto es que realmente entra en contacto con cualquier aparato eléctrico o cable de alimentación .

La cantidad de corriente eléctrica , o más bien la intensidad depende de factores pertinentes , por ejemplo , el voltaje y la resistencia eléctrica de la trayectoria atravesada por corriente eléctrica en el cuerpo . La resistencia del cuerpo humano sufre variación de una persona a otra y también depende de la condición de la piel de cada uno. Cuando el cuerpo humano está mojado , su resistencia es mucho menor que cuando está seco . Gotas resistentes a la humedad y la corriente a través del cuerpo humano puede ser muy alto , incluso para un pequeño voltaje .

Debemos darnos cuenta de que los daños causados ??por los choques están más relacionadas con la corriente eléctrica a la tensión . El shock puede ocurrir que conducen a la muerte incluso con una tensión de 20 V sólo

El daño al cuerpo humano

Cuando una corriente eléctrica pasa a través del cuerpo humano , que son capaces de experimentar los siguientes efectos: pequeño hormigueo , dolor, espasmos musculares , contracciones musculares , cambios en el ritmo cardíaco , paro respiratorio , quemaduras o muerte. El daño viene del hecho de que el movimiento de los músculos y las transmisiones de señales nerviosas se producen haciendo pasar pequeñas corrientes eléctricas .

Hay que recordar que otro de los factores que pueden causar daños en el cuerpo humano es el camino que lleva a la corriente . El hecho de que pasa por el corazón , que es un músculo , hace que los espasmos que alteran el ritmo cardíaco , dejando desigual . Los choques más peligrosas se producen cuando una persona sostiene con ambas manos el cable de alimentación , por la ruta de acceso para ser atravesada por la corriente eléctrica es más cerca del corazón .

Valores aproximados de la corriente y el daño que causan :

1 mA a 10 mA - sólo hormigueo
10 mA a 20 mA - fuerte dolor y hormigueo
20 mA a 100 mA - convulsiones y paro respiratorio
100 mA a 200 mA - fibrilación
por encima de 200 mA - quemaduras y paro cardíaco.

La carga eléctrica

Una sustancia se compone principalmente de electrones, protones y neutrones , pero sólo los electrones y los protones tienen carga eléctrica.

 Cuando hablamos de electrostática nos referimos a las cargas eléctricas estáticas , es decir , cargos cuadros eléctricos. Aunque no es visible , la mayoría de los materiales de nuestra vida cotidiana es eléctricamente neutral, es decir, no muestra efectos eléctricos . Las diferentes situaciones de nuestra vida cotidiana, mostraron que no es la electricidad estática , por ejemplo : el día más seco , el pelo pentearmos , consiguen un poco " alvoraçados " debido a cargas eléctricas.

A través de experimentos sencillos en los que atritamos dos cuerpos , vemos el fenómeno de la electrificación . A través de este proceso , la fricción que se produce la transferencia de electrones desde un cuerpo a otro . Debido a esta transferencia de electrones , notamos también una fuerza de atracción y repulsión . Esta fuerza es debido a una propiedad de la materia llamada carga eléctrica . Así que podemos decir que esta fuerza es de naturaleza eléctrica .

Como ya se mencionó los dos tipos de fuerza , la atracción y la repulsión , podemos decir que hay dos tipos de cargas eléctricas con un comportamiento opuesto. Se sabe que las partículas elementales del átomo son neutrones, electrones y protones . Aunque los protones y los electrones tienen totalmente diferentes masas , que tienen cargas eléctricas opuestas , es decir , el mismo módulo pero de signos opuestos . Debido a una convención , se determinó que los protones son portadores de carga positiva y los electrones son los portadores de cargas negativas , mientras que los neutrones no tienen carga .

Sistema Internacional de Unidades ( SI) , la unidad de carga eléctrica es el culombio (C ) . El protón y el electrón en el módulo tienen la misma cantidad de carga eléctrica . El valor de la carga del electrón y la cantidad de protones se llama carga elemental ( e) y tiene un valor de:

y C = 1,6 0,10-19

Como C 1 es una cantidad de carga eléctrica muy grande, es común el uso de sus submúltiplos :

1 mC ( milicoulomb ) = 3,10 C
1 mC ( microcoulomb ) C = 10-6
1 nC ( nanocoulomb ) C = 10-9

La cantidad de carga eléctrica total ( Q ) es siempre un múltiplo entero (n ) veces la carga elemental ( e). Esta cantidad de carga puede ser determinada por la siguiente expresión :

Q = n . y

Como decíamos al principio, casi todos los cuerpos son eléctricamente neutros . Este hecho se debe a que el número de protones en una molécula o átomo es igual al número de electrones . Si hay una diferencia entre el número de protones y electrones , tener un ion . Los iones son átomos o moléculas electrificadas . Por lo tanto , llegamos a la conclusión de que un cuerpo se electrifica cuando el número total de protones es diferente del número total de electrones . Por lo tanto , un cuerpo se emociona cuando se pierde o recibe electrones.

En todos los experimentos realizados hasta la fecha , parece que , en sistemas aislados , la cantidad de carga eléctrica se mantiene constante . Esta ley se llama la conservación de la cantidad de carga eléctrica. Por lo tanto , podemos decir que la carga eléctrica no se crea y no se pierde , simplemente se mueve de un cuerpo a otro.

Condensadores

También se llama un condensador, que es un circuito de dispositivo cuya función es la de almacenar cargas eléctricas y la energía electrostática resultante o la electricidad. Se compone de dos partes conductoras que se llaman armadura. Entre ellos hay un material de refuerzo que se llama dieléctrica . Dieléctrica es una sustancia aislante que tiene una alta capacidad de resistencia al flujo de la corriente eléctrica . El uso de dieléctricos tiene varias ventajas . 

El más simple de todos ellos es que con las placas dieléctricas pueden poner al conductor en las proximidades sin el riesgo de que puedan ponerse en contacto con usted. Cualquier sustancia que se somete a un campo eléctrico de intensidad muy alta puede llegar a ser conductor , por esta razón es que el dieléctrico se utiliza más que el aire como sustancia aislante , como si el aire se somete a un campo eléctrico muy alto que termina para convertirse en conductor .

Los condensadores se utilizan en diversos tipos de circuitos eléctricos , las cámaras de flash para almacenar las cargas , por ejemplo . Pueden tener una forma cilíndrica o plana , dependiendo del circuito al que se está empleando .

Capacidad
Se sabe que las propiedades de capacitancia C condensadores tienen que almacenar cargas eléctricas como campo electrostático , y se mide dividiendo la cantidad de carga ( Q) y la diferencia de potencial ( V) entre las placas del condensador matemáticamente es la siguiente :

Sistema Internacional de Unidades , la unidad de capacitancia es el faradio (F ), sin embargo esta es una muy buena medida y se utilizan para propósitos prácticos importes expresados ??en microfaradios ( uF ) , nanofarads ( nF ) y picofaradios ( pF ) . La capacitancia de un condensador de placas paralelas , cuando se coloca en un material dieléctrico entre sus placas , se puede determinar de la siguiente manera :

Dónde :

eo es la permitividad del espacio libre ;
A es el área de las placas ;
d es la distancia entre las placas del condensador .

Campo eléctrico de una partícula electrizada

El campo eléctrico de una partícula electrificada puede ser representado en cada punto en el espacio por un vector, por lo general representado por E, que se llama el vector del campo eléctrico.

Sabemos que a medida que nos alejamos de la producción del campo eléctrico de la carga, la intensidad de este campo disminuye. Sin embargo, todavía no se entiende completamente cómo se produce esta variación. A continuación, vamos a buscar una ecuación que permite relacionar la intensidad del campo con la fuente de carga eléctrica, con el entorno y con la distancia.

Considere la posibilidad de la carga de punto de la fuente Q en vacío y una carga de prueba q, separados por una distancia d. Donde P es el punto geométrico donde la carga de la prueba, como se muestra arriba.

La ecuación muestra que:

- La intensidad del campo eléctrico es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde la fuente a la carga P P.
- La intensidad del campo eléctrico E no depende del valor de la carga de prueba q, ya que esta se cancela en la deducción anterior.
- La intensidad de campo depende del medio que rodea el muelle de carga.

Tomemos el ejemplo a continuación:

Una carga eléctrica Q = 3 x puntiforme 10-10 C genera, en un vacío, un campo eléctrico. Determinar la intensidad de 3 mm de la misma. Adoptar k0 = 9 x 109 unidades del SI.

Campo eléctrico

De campo eléctrico es la región alrededor de una carga (positiva o negativa), en la que, por poner un cuerpo electrificado, esto está sujeto a una fuerza eléctrica.

Cuando se estudian las cuestiones relacionadas con el contenido de la mecánica, se estudian los conceptos del campo gravitacional de los planetas. En este estudio se vio que cualquier planeta tiene la propiedad de atraer los objetos que se encuentran en sus proximidades.

Siguiendo el mismo razonamiento, en electrostática, se puede decir que el espacio que rodea a una carga eléctrica se convierte también modificó porque surge de una fuerza de campo eléctrico. Por lo tanto, podemos decir que cualquier partícula que se electrificó, cuando se coloca en esta región, se somete a una fuerza eléctrica, o atracción y repulsión, dependiendo del valor de la carga.

El vector de campo eléctrico es

Como se muestra a continuación, el campo eléctrico alrededor de una carga es vector de dirección, es decir, y se han definido significados.

Convención de la dirección del campo E.

En la figura anterior tenemos una bola ahora electrificada cargado positivamente, cargado negativamente en este documento, que indicará la dirección y la dirección del campo eléctrico usando el vector E, que se llamará el campo eléctrico.

Se convino en que el campo de carga, también llamada carga de fuente Q> 0, es la lejanía, y el origen de carga Q <0 se acerca.

Cálculo de la resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica es la dificultad que cuando la corriente eléctrica pasa a través de un conductor de la electricidad.

 Si hacemos una conexión con diferentes conductores, a la misma fuente de energía, vemos que las corrientes obtenidos serán diferentes el uno del otro. Esto sucede debido a que el propio alambre proporcionar "dificultad" para el paso de la corriente eléctrica. A los efectos de la medición de este "problema" se define una nueva magnitud: la resistencia del conductor.

Resistencias son elementos de circuito que consumen energía eléctrica, convirtiéndola en energía térmica completo. La conversión de la energía eléctrica en energía térmica se llama el efecto Joule.

Las resistencias se pueden encontrar en diversos objetos tales como, por ejemplo, en la ducha, lámpara, etc. La siguiente figura muestra cómo se representan las resistencias en un circuito eléctrico.

La resistencia eléctrica (R) se puede definir por las siguientes ecuaciones:

En las ecuaciones anteriores se tiene que:

? U es la diferencia de potencial (ddp)
? i es la intensidad de la corriente eléctrica
? R es la resistencia eléctrica

Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de medida de la resistencia eléctrica es ohm, cuyo símbolo es? (Omega). El nombre de esta unidad se llama así por el físico George Simon Ohm.

Blindaje electrostático

¿Te has detenido a pensar por qué equipos como radios, reproductores de vídeo y DVD, entre otros, están montados en gabinetes, a fabricar? O incluso porque los cables eléctricos y los cables coaxiales utilizados para la transmisión de señales de TV y teléfono, están rodeados por una pantalla de metal?

De acuerdo con las leyes de la electrostática, el campo eléctrico dentro de un conductor es cero. Este fenómeno se conoce como protección electrostática.

El primer científico en la práctica de este fenómeno fue el físico experimental Inglés Michael Faraday (1791-1867).
Para demostrar que en un conductor metálico, las cargas se distribuyen sólo en su superficie exterior, y por tanto no hay acción en los puntos internos, Faraday envió construir una jaula de metal, que se hizo conocido como jaula de Faraday.
Él mismo fue colocado dentro de la jaula y tenía sus ayudantes eletrizarem intensamente. A medida que la jaula estaba sobre soportes aislantes, alcanzado chispas salto desde el dispositivo, pero el científico en el interior sufrió ningún efecto.

Desde entonces, cuando es necesario para mantener un electrodoméstico o aparato eléctrico o electrónico a salvo de la interferencia eléctrica externa, se acopla con el aparato o equipo con un metal "cubierta" llamado blindaje electrostático.

Es por esta razón, a continuación, que las radios, grabadores de vídeo, reproductores de DVD, reproductores de CD, etc. están montados en metal, asegurar que el equipo está protegido contra descargas eléctricas externas.

Asociación de resistencias

En muchos circuitos eléctricos es una asociación muy común de las resistencias. Esto se hace cuando se quiere obtener el valor de resistencia mayor que la que se proporciona sólo en una resistencia. Las resistencias se pueden asociar con tres formas básicas son: membresía en serie, en paralelo y de asociación asociación mixta.

Series Asociación
Este es el tipo de asociación, donde las resistencias se conectan uno tras otro, con el fin de ser cubiertos por la misma corriente. Véase, en el siguiente diagrama, que es la asociación de algunas resistencias en serie:

La diferencia de potencial total (DDP) aplicada entre los puntos A y B es igual a la suma de los DDPS cada resistencia, a saber:

UT = U1 + U2 + U3

Y la resistencia equivalente para este tipo de asociación está dada por la suma de todas las resistencias que forman parte del circuito, ver cómo se ve:

Req = R1 + R2 + R3

Es importante tener en cuenta que la resistencia equivalente de este tipo de circuito es siempre mayor que el valor de sólo una resistencia. Si no hay resistencias de circuitos eléctricos, todos de la misma resistencia, la resistencia equivalente se puede calcular de la siguiente manera:

Req = nR

Asociación en paralelo

En este tipo de resistencias de asociación están conectados a un lado de la otra, de modo que todas las resistencias están sujetas a la misma diferencia de potencial, ver cómo el sistema es un circuito con una combinación de resistencias en paralelo:

La corriente eléctrica total que fluye a través de este tipo de circuito es igual a la suma de la corriente eléctrica que corre a través de cada una de las resistencias, es decir:

i = i1 + i2 + i3

El valor de la resistencia equivalente de dicho circuito eléctrico es siempre menor que el valor de cualquiera de las resistencias que componen el circuito. Y para calcular su valor, la resistencia equivalente, se puede utilizar la siguiente ecuación:

Asociación Mixta

Es el tipo de asociación que es una mezcla de asociación en serie y en paralelo, como se muestra en el siguiente diagrama:

Para encontrar la resistencia equivalente de este tipo de asociación debe tener en cuenta los tipos de asociación por separado, así como sus características.

La explicación para la electrificación de los cuerpos

Cuando atritamos dos cuerpos, el pelo y una paja, por ejemplo, uno está electrificada positivamente y el otro negativamente electrificados, pero ¿cuál es la explicación para este evento?

Muchos científicos han formulado teorías que tratan de explicar este hecho. Benjamin Franklin, uno de los hombres más famosos de los Estados Unidos en el siglo XVII, fue el que trató de explicar por qué la aparición de este fenómeno. Franklin desarrolló una teoría que indica que los fenómenos eléctricos sucediendo debido a la existencia de un fluido eléctrico presente en toda la materia.

Cuando dos cuerpos se frotaban producido transferencia de fluido de una parte del cuerpo a otro cuerpo que recibió este líquido fue electrificado positivamente, el cuerpo que se produjo electrificado negativamente y sin electrificar un fluido corporal existido en cantidades normales.

Por medio de su teoría, Franklin mostró que no podía crear o destruir las cargas eléctricas sólo generar electricidad para pasar de un cuerpo a otro, es decir, la cantidad total de fluido en el extremo del proceso de transferencia entre los mismos dos cuerpos permanecieron sin cambios .

Hoy, con las conclusiones sobre este tema, se sabe que la teoría de Franklin estaba parcialmente equivocado, porque sabemos que la electrificación se produce debido a la transferencia de electrones de un cuerpo a otro cuando se frotan. Y esta transferencia no ocurrió a través del fluido eléctrico que Franklin había imaginado, pero a través del paso de los electrones de un cuerpo a otro.

La teoría moderna de la estructura de los átomos muestra que toda la materia se compone básicamente de tres partículas se denominan protones, electrones y neutrones, que son, respectivamente, tasas positivas, cargas negativas y las partículas que no tienen carga. Cuando un cuerpo no está electrificado, el número de protones es igual al número de electrones. Al frotar dos materiales, uno de ellos será electrificado positivamente, habiendo perdido electrones y será breve, ya que el otro será electrificado negativamente, como será con exceso de electrones.