TEORIA ELECTRICA

TEORIA ELECTRICA

EL ATOMO

El átomo, la menor porción de un elemento y que define las características del elemento se considera compuesto por un núcleo con cargas positivas (protones) y neutrones, protones mas neutrones constituyen prácticamente el total de la masa del del átomo y alrededor del núcleo igual número cargas negativas (electrones) cuya masa es insignificante.

CARGA ELECTRICA

La pérdida de electrones de un material origina una carga eléctrica positiva y la ganancia de electrones una carga eléctrica negativa.

En un átomo los protones se consideran cargas eléctricas positivas y los electrones cargas eléctricas negativas.

A un átomo que ha perdido un electrón se le llama un ion positivo y a un átomo que ha ganado un electrón se le llama un ion negativo.

La unidad de carga eléctrica es el coulumb. la carga de un electrón e = 1.6 x 10 –19 coulumb y un coulumb = 6.24 x 1018 electrones

Algunas sustancias como líquidos y gases permiten el movimiento de los iones y otros como los metales permiten solo el movimiento de los electrones y a todos ellos se les llama conductores eléctricos, los elementos que no permiten el movimiento de cargas eléctricas se les llama aislantes y los que permiten la movilidad pero en forma muy escasa se les llama semiconductores.

Existen varias formas de cómo cargar un cuerpo eléctricamente y se conocen como: por contacto, por inducción, por rozamiento, por efecto termoiónico, por efecto fotoeléctrico y por efecto piezoeléctrico.

Un cuerpo cargado eléctricamente cede carga eléctrica a otro eléctricamente neutro al ser puestos en contacto.

Un cuerpo cargado eléctricamente con carga negativa induce carga eléctrica positiva en la parte más cercana de otro cuerpo sin ponerlos en contacto, después la carga negativa del otro cuerpo opuesta a la positiva se puede descargar a tierra.

La seda al frotar el vidrio le quita a éste electrones dejándolo cargado positivamente.

El calor y la luz producen emisiones de electrones sobre las superficies dejándolas cargadas positivamente.

Algunos cristales como el cuarzo cambian la posición de sus átomos cargados positivamente y negativamente cuando se les comprime o se les dilata.

FUERZA ELECTRICA Y CAMPO ELECTRICO

La presencia de cargas eléctricas afectan el entorno creando un campo eléctrico E (similar al campo gravitacional g producido por las masas F = mg) que tendrá un efecto de atracción o repulsión sobre otras cargas eléctricas (cargas del mismo sentido se repelen, cargas de diferente signo se atraen)

La fuerza es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.

F = K q1xq2 / r2 Newton donde K = 9 x 109 nt . m2/cul2

En función del campo eléctrico

F = qE

Entre dos placas paralelas una cargada positivamente y otra cargada negativamente se crea un campo eléctrico constante, una carga eléctrica entre las placas sería forzada a moverse hacia una de las placas así como un objeto es forzado a caer sobre la tierra.

El campo eléctrico en el interior de un conductor es 0, por ejemplo dentro de una caja metálica.

ENERGIA POTENCIAL ELECTRICA

Sobre una carga eléctrica en un campo eléctrico se realiza un trabajo al desplazarla un valor s de una posición a hasta una posición b, por la fuerza eléctrica, independiente de la trayectoria, como ocurre con un objeto por las fuerza gravitacional cuando un cuerpo cambia de posición.

W = F s = qEs julios

Ese trabajo se convierte en Energía potencial eléctrica (Epa – Epb) = W

POTENCIAL ELECTRICO

Se define Diferencia de Potencial eléctrico Vab como la Energía potencial eléctrica por unidad de carga

Vab = Va – Vb = W/q = Es (julios/coulomb) = voltio

CORRIENTE ELECTRICA

Se define el parámetro corriente eléctrica I como la cantidad de carga por unidad de tiempo que circula por un conductor, convencionalmente se le asigna el sentido contrario al movimiento de electrones.

Los electrones bajo la acción del campo eléctrico se mueven en el conductor con una velocidad media constante llamada velocidad de arrastre, que en el cobre es de 0.02 cm/seg.

El movimiento de los electrones dsn lugst s una onda eléctrica que se propaga en el conductor a la velocidad de la luz.

I = Q/t (coulomb/seg) = Amperio

Se define densidad de corriente como a la corriente por unidad de área.

J = I/A (Amperios / M2)

Se conoce que el campo eléctrico es proporcional a la densidad de corriente por tanto:

E = r j

Por tanto en un conductor eléctrico de longitud s la diferencia de potencial entre los extremos sería proporcional a la corriente eléctrica :

Vab = Es = r s I/A = RI

Se obtiene la expresión llamada Ley de Ohm Donde (R = r s/A) es una constante llamada resistencia eléctrica y se expresa en voltio / Amperio = W y representa una oposición al flujo de la carga. Al inverso de la resistencia eléctrica se le conoce como Conductancia. G

Vab = RI =I/G

A r se le conoce como la resistividad del material y se expresa en W-m.

POTENCIA Y ENEGIA ELECTRICA

Se define Potencia como el trabajo por unidad de carga y expresa la capacidad que un aparato eléctrico puede suministrar o consumir energía por unidad de tiempo.

P = W / t = Vq / t = VI = RI2 = V2/R (voltio-amperio = vatio).

En función de la Potencia la Energía eléctrica EE es:

EE = Pt (vatio-seg) (kilovatio-hora = Kw-H).

CORRIENTE DIRECTA O CONTINUA (CC) Y CORRIENTE ALTERNA (CA)

Si el flujo de cargas de la corriente eléctrica se mantiene siempre en un mismo sentido e invariable se le clasifica como corriente continua, suministran corriente continua o directa las baterías o acumuladores.

Si el generador de corriente cambia el sentido del flujo de cargas periódicamente se dice que suministra corriente alterna.

El suministro de energía domiciliario es de corriente alterna y las ondas de voltaje y corriente son senoidales a una frecuencia f de 60 Hz.

V = Vm Sen wt w = 2pf

I = Im Sen wt

Para corriente alterna los valores de corriente y voltaje son dados en valores efectivos RMS.

Los valor efectivo RMS de la onda periódica para corriente y voltajes son iguales a la corriente y voltajes continuos

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