4.1 Electricidad
La electricidad es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos etc. Tales de Mileto fue el primero en observar los fenómenos eléctricos. En1831, Faraday descubre la forma de producir corrientes eléctricas por inducción.
Se conocen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. La electricidad y el magnetismo son dos aspectos diferentes de un mismo fenómeno físico, denominado electromagnetismo, descrito matemáticamente por lasecuaciones de Maxwell.
PROBLEMA
En la figura se muestran 3 pequeñas esferas cargadas en los vértices de un triangulo. Determina la magnitud y el sentido de la fuerza ejercida sobre la carga q3 por las otras 2 cargas.
Ley de Senos
Senα / A = Senβ / B = Senθ / C
Senα / A = Senβ / B = Senθ / C
Ley de Cósenos
C2 = A2 + B2 – 2AB cos θ
C2 – A2 – B2 / -2AB
Cos θ = (20)2 – (40)2 – (30)2 / -2 (40) (30)
F23 = K . q2q3 / r2 = K ( -50x10-6 C) (10x10-6 C) / (0.3)2 = 49.94 N
θ = Cos-1 (0.87)
θ = 28.95°
Senβ / B = Sen θ / C
Senβ = Bsen θ / C = 30Sen 28.95 / 20
Senβ = .72
β= Sen-1 (.72)
β= 46.05°
F13 = K . q1q3 / 1C
K (30x10-6 C) (10x10-6 C) / (0.2 m )2 = 67.42 N
F23 = K . q2q3 / r2 = K ( -50x10-6 C) (10x10-6 C) / (0.3)2 = 49.94 N
Cos θ = AD4 / Hip
Sen θ= OP / Hip
Tan θ= OP / AD4
Cos θ = Ax / A
Ax = ACos θ
Sen θ = Ay / A
Ay = A Sen θ
Σ Fx = 0 Ay = A Sen θ
67.4 N Cos 46.05°+
49.94 N Cos 28.95 = 0 = 90.05 N
ΣFy= 0
67.4 N Sen 46.05 – 49.94 N Sen 28.95° = 24.4 N
Tanɣ = OP / ADy = tanɣ = 24.4 N / 90.05 N = ɣ = 15.16
4.2 Ley de Coulomb
La ley de Coulomb puede expresarse como:
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Donde q1 y q2 representan las cargas de cada uno de los cuerpos y r la distancia que los separa; ademas k es la constante de proporcionalidad y tiene un valor igual a K = 8.99x109
Hay que tener en cuenta que La ley de Coulomb es válida sólo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostática.
4.3 DIFERENCIA DE POTENCIAL
Es la Diferencia entre los potenciales de dos puntos entre los cuales se van a mover las cargas:
VAB=VA –VB 1 volt= 1joule/1coulomb 1V=1J/1C
Un tema relacionado con la diferencia de potencial es la corriente eléctrica, ésta es la circulación de electrones que fluyen a través de un conductor por unidad de tiempo:
I= q/t I: Intensidad eléctrica, se da en amperes (A)
Q: cantidad de carga eléctrica que pasa por el conductor, se da en coulomb (C)
T: tiempo del movimiento, se da en segundos (S)
La resistencia eléctrica es la oposición al paso de la corriente, esta es inversamente proporcional a la corriente:
I: V/R I: corriente que pasa por el conductor, Amperes(A)
V: diferencia de potencial, se da en volts (v)
R: resistencia del conductor, se da en ohms (Ω)
4.4 CIRCUITO EN SERIE
Tenemos un circuito en serie cuando los elementos resistivos estan conectados uno seguido del otro, es decir, se forma un solo camino secuencialmente. La terminal de salida de un dispositivo se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente y la cantidad de corriente que parte de la fuente es la misma que pasa por el elemento.
IT = I1 = I2 = ... = In
El voltaje o tensión suministrada por la fuente se distribuye totalmente entre los elementos del circuito, por lo que la fem aplicada es igual a las caídas de tensión de los elementos del circuito,
VT = V1 + V2 + ... + Vn
La resistencia eléctrica del circuito va aumentando conforme se incrementa el numero de resistores o resistencias por lo que la resistencia total es igual a la suma de las resistencias..
EJEMPLO DE CIRCUITO EN SERIE
RT = R1 + R2 + R3
3Ω + 4Ω + 5Ω
RT= 12Ω
IT = VT/RT = 3V/12Ω = 0.
IT = I1 = I2 = I3 = 0.25A
V= IR
V1= I1 R1 = 0.25 (3Ω) = 0.75 V
V2= I2 R2 = 0.2 A (4Ω) = 1 V
V3 = I3 R3 = 0.25 A (5Ω) = 1.25 V
4.5 CIRCUITO PARALELO
Se presenta cuando los dos extremos de los resistores se encuentran conectados entre si, es decir que los cableados presentan diferentes ramificaciones dentro del mismo circuito
Estos presentan las siguientes características:
*Todos los resistores tienen el mismo voltaje, la tensión permanece constante.
Et= V1= V2= V3...
*La corriente se divide en cada una de las ramas de los resistores, dependiendo del valor de cada una, aunque siempre la corriente total del circuito es la misma a la suma de las corrientes que pasan por los resistores.
It= I1+I2+I3…
*Cuando se conectan más resistores en paralelo la resistencia total disminuye.
Rt= 1/ 1/R1 +1/R2 +1/R3…
· Cuando se tienen dos resistencias: Rt=R1R2/R1 +R1R2
Cuando se tiene “n” numero de resistencias del mismo valor: Rt =R/n
4.6 CIRCUITO MIXTO
Como ya vimos anteriormente los diferentes circuitos eléctricos que puede haber como son en serie y el paralelo, entonces entendemos que el circuito mixto es el conjunto de estos dos, así a la hora de que se tengan que resolver problemas acerca de estos habremos de recordar los procedimientos de cada uno de ellos y encerrarlos o cerrarlos cada uno en áreas para un mejor desarrollo y entendimiento. Ahora bien en el momento en que se ve aplicado a nuestra vida esto es muy sencillo de entender ya que lo puedes observar de manera tan clara como es que el circuito en serie se conectan todas sus resistencias teniendo una misma intensidad y en el paralelo se comparten el voltaje total, entre otras cosas que se pueden observar y así es como logramos el mixto. En la vida diaria se ocupan mucho estos circuitos ya que estamos inmersos en la electricidad, hemos sabido manejar y ocupar de manera que nos sea de mucho beneficio, los circuitos lo vemos desde la conexiones de nuestras casa hasta en las grande industrias, a partir de ahora conociendo esta parte de la física podemos sentirnos más ligados a ella ya que vivimos para descubrirla..
