Circuitos electricosCargas eléctricas, toda materia, es decir, cualquier clase de cuerpo, se compone de atomos y estos de partículas elementales como los electrones, protones y neutrones.

Electricidad

Cargas eléctricas, toda materia, es decir, cualquier clase de cuerpo, se compone de atomos y estos de partículas elementales como los electrones, protones y neutrones. Los electrones y los protones tienen una propiedad llamada carga eléctrica. Los neutrones son eléctricamente neutros porque carecen de carga. Los electrones poseen una carga negativa, mientras los protones la tienen positiva. El atomo esta constituido por un nucleo, en el cual se encuentran los protones y electronesy a su alrededor giran los electrones. El frotamiento es una manera sencilla de cargar eléctricamente un cuerpo. Por ejemplo: cuando el cabello se peina con vigor pierde algunos electrones, adquiriendo entonces carga positiva, mientras tanto el peine gana dichos electrones y su carga final es negativa. Esta observación permite comprender la ley de conservación de la carga que dice: es imposible producir o destruir una carga positiva sin producir al mismo tiempo una carga negativa de idéntica magnitud; por tanto, la carga eléctrica total del universo es una magnitud constante, no se crea ni se destruye. En la integración entre cargas de igual o diferente signo, un principio fundamental de la electricidad es el siguiente: cargas del mismo signo se repelen y signos contrarios se atraen. Hay formas de electrizar los cuerpos, que se electrizan al perder o ganar electrones. Debemos entender que la carga de un cuerpo es positiva si pierde electrones y negativa cuando los gana, los cuerpos se electrizan por: frotamiento, contacto e inducción. El electroscopio y jaula de faraday, el electroscopio es una aparato que permite detectar la presencia de carga eléctrica en un cuerpo e identifica el signo de la misma. El físico ingles Michael faraday demostró que en un cuerpo electrizado las cargas siempre se acumulan en su superficie. Por tanto, en un conductor hueco las cargas únicamente se distribuyen en la superficie exterior. cuando se desea descargar un cuerpo, solo se requiere ponerlo en contacto con el suelo o como se dice comúnmente, hacer tierra. Hay materiales conductores y aislantes, los conductores son aquellos que se electrizan en toda su superficie, aunque solo se frote un punto de la misma. En cambio, los materiales aislantes o malos conductores de electricidad, también llamados dieléctricos, solo se electrizan en los puntos donde hacen contacto con un cuerpo cargado, o bien, en la parte frontal. Algunos ejemplos de materiales aislantes son: madera, vidrio, caucho, resinas, plásticos, porcelana, seda, mica y papel. Y de conductores como los: metales, soluciones de ácidos, bases y sales disueltas en agua, asi como el cuerpo humano. En la ley de coulomb, el científico francés charles coulomb estudio las leyes que rigen la atracción y repulsión de dos cargas eléctricas puntuales en reposos. Para ello, en 1777 invento la balanza de torsión, esta cuantificaba la fuerza de atracción o repulsión por medio del retorcimiento de un alambre de plata rígido, coloco una pequeña esfera con carga eléctrica a diversas distintas de otra también cargada, así logro la fuerza de atracción o repulsión según la torsión observada en la balanza. Coulomb observo que a mayor distancia entre dos cuerpos cargados eléctricamente, menor es la fuerza de atracción o repulsión. Pero la fuerza no se reduce en igual proporción al incremento de la distancia, sino respecto al cuadrado de la misma. Así, entre dos cargas separadas por 1 cm hay una fuerza de repulsión de 2 newton; al aumentar la distancia a 2 cm la fuerza se reducirá no a la mitad, sino a la cuarta parte, por lo cual su valor será de 0.5 newton. Coulomb también descubrió que la fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre 2 cuerpos cargados, aumenta de modo proporcional al producto de sus cargas. Finalmente, la ley de coulomb quedan enunciadas en los siguientes términos: la fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales q1 q2 es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las separa. En el campo eléctrico, una carga eléctrica se encuentra siempre rodeada por un campo eléctrico. Las cargas de diferentes signos se atraen y las de igual signo se rechazan, aun cuando se encuentran separadas, el campo eléctrico es invisible, pero su fuerza ejerce acciones sobre los cuerpos cargados y por ello es fácil detectar su presencia, asi como medir su intensidad. En el potencial eléctrico, cuando un cuerpo se eleva a una cierta altura h sobre el nivel del suelo, su energía potencial es positivo, pues al regresar a este será capaz de realizar un trabajo equivalente a su energía potencial. Toda carga eléctrica, positiva o negativa, posee una energía potencial eléctrica debido a su capacidad para realizar trabajo sobre otras cargas. Cuando una carga es positiva se dice que tiene un potencial positivo y si es negativo su potencial también lo será. No obstante, existen muchos casos en los cuales esta regla no se cumple, por eso es preferible definir los potenciales positivos y negativos de la siguiente manera: un potencial es positivo si al conectar un cuerpo a tierra, por medio de un conductor eléctrico, los electrones fluyen desde el suelo al cuerpo; y es negativo si al conectarlo a tierra los electrones fluyen en dirección viceversa. La capacitancia o condensador eléctrico es un dispositivo empleado para almacenar cargas eléctricas. Un capacitor simple, consta de dos laminas metálicas separadas por un aislante o dieléctrico que puede ser aire, vidrio, mica, aceite o papel encerado. La capacidad de almacenar carga o capacitancia de un capacitor se mide por la cantidad de carga eléctrica que puede almacenar. Para aumentar la capacitancia se hacen las siguientes modificaciones: disminuir la distancia entre las placas metálicas, aumentar el área de las placas y aumentar el voltaje de la batería. En la corriente eléctrica, la parte de la física encargada del estudio de las cargas eléctricas en movimiento dentro de un conductor, recibe el nombre de electrodinámica. La corriente eléctrica es un movimiento de las cargas negativas a través de un conductor. Como los protones están fuertemente unidos al núcleo del átomo, son los electrones los que tienen la libertad de moverse. Por ello, en general, se puede decir que la corriente eléctrica se origina por el movimiento o flujo electrónico a través de un conductor, el cual se produce debido a que existe una diferencia de potencial y los electrones circulan de una terminal positiva a una negativa. La corriente eléctrica se transmite por los conductores a la velocidad de la luz: 300 mil km/s. sin embargo, los electrones no se desplazan a la misma velocidad, en general el promedio es de 10 cm/s. existen 2 tipos de corriente eléctrica, la continua y la alterna, la continua o directa se origina cuando el campo eléctrico permanece constante, esto provoca que los electrones se muevan siempre en el mismo sentido, es decir, de negativo a positivo. La corriente alterna se origina cuando el campo eléctrico cambia alternativamente de sentido, por lo que los electrones oscilan a uno y otro lado del conductor, asi, en un instante el polo positivo cambia a negativo y viceversa. En la fuerza electromotriz, para obtener un suministro continuo de electrones se utilizan las pilas y los generadores eléctricos. Una pila es un dispositivo que transforma la energía química en eléctrica; un generador es un aparato que transforma la energía mecánica en eléctrica. Así pues, una pila o un generador transforman su energía, ya sea química o mecánica, a una energía potencial cinética de los electrones. En la conexión de pilas en serie y en paralelo, una batería es un agrupamiento de dos o más pilas en serie o en paralelo. La conexión de pilas en serie se efectúa al unir el polo positivo de una con el polo negativo de la otra y asi sucesivamente. La conexión de pilas en paralelo se realiza al enlazar, por una parte, todos los polos positivos y, por la otra, todos los polos negativos. En la resistencia eléctrica, todos los materiales presentan cierta opción 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. 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. En cambio existen otros materiales como el hule, madera, plástico, vidrio, porcelana, seda y el corcho, que presentan gran dificultad para permitir el paso de la corriente, por eso reciben el nombre de aislantes o dieléctricos. Entre los materiales conductores y dieléctricos hay otro tipo de sustancia denominadas semiconductores, como el germanio y silicio, contaminados con pequeñas impurezas de otros metales y el carbón. En la naturaleza del conductor si tomamos alambres de la misma longitud y sección transversal de los siguientes materiales: plata, cobre, aluminio y hierro, podemos verificar que la plata tiene una menor y el hierro es de mayor valor de las cuatro. En la longitud del conductor, a mayor longitud mayor resistencia, si se duplica la longitud del alambre, también lo hace su resistencia. En la ley de ohm, George simon ohm, físico y profesor alemán, utilizo en sus experimentos instrumentos de medición bastante confiables y observo que si aumenta la diferencia de potencial de un circuito, mayor es la intensidad de la corriente eléctrica. Con base en sus observaciones, en 1827 enuncio la siguiente ley que lleva su nombre: la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicando en sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia del conductor. En los circuitos eléctricos y conexiones de resistencias en serie, paralelo y mixtas, un circuito eléctrico es un sistema en el cual la corriente fluye por un conductor en una trayectoria completa debido a una diferencia de potencia. En cualquier circuito eléctrico por donde se desplazan los electrones a través de una trayectoria cerrada, existen los siguientes elementos fundamentales: voltaje, corriente y resistencia. Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serie, paralelo y mixtas. Cuando esta en serie, los elementos conductores están unidos uno a continuación del otro; es por ello que toda la corriente eléctrica debe circular a través de cada uno de los elementos, de tal forma que, si abre el circuito en cualquier parte, se interrumpe totalmente la corriente. Si esta en paralelo, los elementos conductores se hallan separados en varios ramales y la corriente eléctrica se divide en forma paralela en cada uno de ellos; asi, al abrir el circuito en cualquier parte, la corriente no será interrumpida en los demás. Si es mixto significa que los elementos conductores se conectan tanto en serie como en paralelo. Las conexiones de resistencia en serie, se unen por sus extremos una a continuación de la otra, de tal manera que la intensidad de corriente que pasa por una, sea la misma en las demás, por tanto, si se interrumpe en una, también en todas. En la conexión de resistencia en paralelo, sus terminales se unen en dos bornes comunes que se enlazan a una fuente de energía o voltaje. En esta conexión la corriente eléctrica se divide en cada uno de los ramales o derivaciones del circuito y dependerá del numero de resistencias que se conecten en paralelo. En la conexión de resistencia en mixto, significa que están tanto en serie como en paralelas. La potencia eléctrica, es cuando se desea conocer la rapidez con que se realiza un trabajo, se determina la potencia eléctrica. El efecto joule es cuando circula corriente en un conductor, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor y eleva la temperatura de este con lo cual se origina el fenómeno que recibe el nombre de ley de joule que dice: el calor que produce una corriente eléctrica al circular por un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente, a la resistencia y al tiempo que dura circulando la corriente.

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