Electromagnetismo

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  Presentado a: Marco Aurelio Navarro   Elaborado por: Esteban Alejandro Tarazona Bonett   11-07   2017

Electromagnetismo

Thales de Mileto realizó experimentos y demostró que el ámbar, después de ser frotado con la piel de un animal, atraía ciertas semillas. En el siglo XVI, el físico inglés William Gilbert descubrió que otras sustancias también podían adquirir la propiedad reseñada. A estas sustancias las denominó sustancias eléctricas y a la propiedad la denominó electricidad, palabra que deriva del griego elektron (ámbar). Gilbert descubrió que existían dos tipos de carga: un tipo era la que adquiría el vidrio, electricidad vítrea, y otra la correspondiente al ámbar y otros cuerpos semejantes a la que denominó electricidad resinosa.

Electricidad Estatica (binary/octet-stream)

1. La Electricidad

Caption: : Ejemplo de Energia Cinetica

2 La Electrización

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En muchas ocasiones habrás sentido la electrización en el momento en que al peinarte, tu cabello se levanta como si existiera una atracción hacia él. También habrás sentido un leve corrientazo cuando al bajarte de un auto tocas una de sus manijas. Pues bien, estos fenómenos se denominan electrización y consiste en el poder de atracción que adquieren los objetos después de ser frotados. El comportamiento eléctrico de los cuerpos está íntimamente relacionado con la estructura de la materia. Los cuerpos están formados por entidades llamadas átomos. En los átomos existen partículas que poseen carga positiva (protones), carga negativa (electrones) y otras partículas cuya carga es neutra (neutrones).

Caption: : Se puede observar que: ✓ Si un cuerpo tiene carga negativa es porque ha ganado electrones de otros cuerpos y, por tanto, posee más electrones que protones. ✓ Si un cuerpo tiene carga positiva es porque ha cedido electrones a otros cuerpos y, por tanto, posee menos electrones que protones.

La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas por la mediación de campos electromagnéticos. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo, a su vez, generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones. Una de las principales características de la carga eléctrica es que, en cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado siempre se conserva. Es decir, la suma algebraica de las cargas positivas y negativas no varía en el tiempo.

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Caption: : Tipo de interacción (atractiva o repulsiva) entre cargas de igual y distinta naturaleza.

3. Cargas Eléctricas

4. Conservación de Carga

La conservaciòn de carga se puede observar cuando la fuerza eléctrica que mantiene unidos los electrones al núcleo disminuye, la distancia entre estos y el núcleo aumenta, por lo tanto, aquellos electrones que se encuentran débilmente unidos a los átomos.. Es decir, que si un cuerpo tiene carga positiva o carga negativa es porque se ha redistribuido su carga eléctrica. En estas redistribuciones se cumple el principio de conservación de la carga. Este principio indica que la cantidad de carga eléctrica en un sistema aislado es constante, es decir, se conserva, ya que puede presentarse un intercambio o movimiento de carga de un cuerpo a otro, pero no se crea ni se destruye.

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Caption: : La carga mínima o carga elemental es la carga del electrón representada por la letra e. Cualquier otra carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, será igual a la carga de un número entero de electrones. Como la unidad de carga en el SI es el culombio (C) su equivalencia con la carga del electrón es:

En todos los fenómenos eléctricos se observa que el comportamiento de la materia respecto a la transmisión de electricidad es muy diverso. Existen medios materiales en los que las cargas eléctricas no se transmiten, estas sustancias son denominadas aislantes o dieléctricos. Entre ellos se encuentran la seda, el vidrio, la madera, la porcelana, etc. Por el contrario, hay otros materiales en los que las cargas eléctricas se transmiten con facilidad. En este caso se dice que los medios son conductores. Los medios conductores más característicos son los metales. Algunos elementos como el silicio o el germanio presentan una oposición intermedia entre los aislantes y los conductores, pero distinta. A estos elementos se les denomina semiconductores. El aire y la mayoría de los gases normalmente son malos conductores, ya que solo conducen electricidad en ocasiones especiales.

5. Conductores y Aislantes

Materiales Conductores (binary/octet-stream)

Caption: : Principales Cnductores

6. Carga por contacto y por Inducción

Hasta el momento, hemos hablado aquellos objetos cargados por frotamiento, también es posible cargar un cuerpo por contacto y por inducción.

Carga por Contacto

Al poner en contacto un cuerpo electrizado con otro sin carga eléctrica, se genera un paso de electrones entre el primer cuerpo y el segundo, produciéndose la electrización de este último. Por ejemplo, cuando frotas un esfero plástico y lo acercas a algunos trozos de papel, estos se adhieren al esfero, pero al cabo de unos segundos, se desprenden. Esto se debe a la transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los tiene en mayor cantidad hacia el cuerpo que los tiene en menor proporción, manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

Contacto (binary/octet-stream)

Caption: : Ejemplo de Carga por Contacto

Al aproximar un cuerpo cargado a otro cuerpo, preferiblemente conductor, que no está cargado, este cuerpo se polariza, es decir, una de sus partes se carga positivamente y la otra, negativamente. El fenómeno se debe a que el cuerpo cargado atrae las cargas de distinto signo y repele a las del mismo signo. Ahora, si se toca con un dedo el conductor polarizado la porción de carga negativa se desplazará a través de nuestro cuerpo, y de esta manera, la carga positiva se redistribuirá quedando el cuerpo cargado eléctricamente. Este procedimiento de cargar objetos eléctricamente se denomina carga por inducción. En la siguiente figura, se muestra la carga de un electroscopio por inducción.   

Carga por Inducción

Cargas (binary/octet-stream)

Caption: : Ejemplo de Carga de Inducciòn

7. Polarización de la Carga

Cuando un cuerpo neutro reorganiza sus cargas por acción o por influencia de un cuerpo cargado, se dice que el cuerpo está polarizado. Ahora, veamos lo que sucede en el caso de los aislantes. Considera un aislante, no electrizado cuyas moléculas se encuentran distribuidas al azar. Al acercar un objeto electrizado (por ejemplo, con carga positiva) al material aislante, la carga de este actúa sobre las moléculas del aislante haciendo que se orienten y se ordenen de tal forma que sus cargas negativas se ubiquen lo más cerca posible del objeto cargado positivamente. El efecto de este proceso se denomina polarización y se representa en la siguiente figura.

Polarización Eléctrica (binary/octet-stream)

Caption: : Ejemplo con Explicaciòn de la Polarizaciòn de la Carga

Caracterización del fenómeno eléctrico La materia es esencialmente eléctrica, pues está constituida por átomos y éstos poseen cargas negativas y positivas. Normalmente los objetos que nos rodean se encuentran eléctricamente neutros debido a que dichas cargas se encuentran en igual cantidad. Sin embargo, cuando frotamos dos objetos este equilibrio se rompe y los fenómenos eléctricos se manifiestan como atracciones, repulsiones y flujo de corriente en forma de chispas.

8. Fuerza entre Cargas

8.1 La ley de Coulomb

Los cuerpos cargados experimentan una cierta interacción de atracción o de repulsión entre ellos. La fuerza que caracteriza esta interacción depende de las distancias entre los cuerpos y de la cantidad de carga eléctrica. El físico francés Charles Coulomb , estudió las fuerzas. Estas fueron sus conclusiones: ❖ Las fuerzas eléctricas aparecen sobre cada una de las dos cargas que interactúan, y son de igual magnitud e igual línea de acción, pero de sentidos opuestos. ❖ Las fuerzas eléctricas dependen de los valores de las cargas. Cuanto mayor sean esos valores, mayor será la fuerza con la que se atraen o repelen. ❖ Las fuerzas eléctricas dependen del medio en el que están situadas las cargas. No es igual la fuerza entre dos cargas cuando están en el vacío que cuando están en otro medio material, como el aceite o el agua.

Conservacion De La Carga Electrica 5 728 (binary/octet-stream)

Caption: : Ejemplos cotidianos de la Ley de Coulumb

8.2 Fuerza Eléctrica D. Materiales

8.2 La fuerza eléctrica en otros materiales

La fuerza eléctrica depende de la constante electrostática K, la cual se definió para el vacío y que, en términos prácticos, es la misma para el aire. Si el medio es otro, esta constante presenta variaciones notables de tal forma que la fuerza electrostática entre los cuerpos cargados presenta variaciones. Según el medio, la constante electrostática K, se expresa como: 

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Caption: : Formula de Expresión de K