ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
La electricidad es una forma de energía que se produce por el movimiento de los electrones entre los átomos de un material conductor, manifestándose en el movimiento de las partículas cargadas (corriente), o en el reposo de las cargas (estática). También es una propiedad física que se manifiesta a través de la atracción o del rechazo que ejercen entre si las distintas partes de la materia, teniendo origen en la presencia de componentes con carga positiva (protones) y otros con cargas negativas (electrones).
La palabra electricidad tiene su origen etimológico en el término griego "elektron" que puede traducirse como "ambar". Los primeros descubrimientos de los diferentes fenómenos eléctricos fueron realizados por los Griegos en la Antigüedad. El filosofo y matemático Tales de Mileto en el siglo V antes de Cristo observó que un trozo de ambar, que es una resina de árbol petrificada, después de ser frotado con una piel de animal o una tela, adquiría la propiedad de atraer cuerpos ligeros como trozos de polvo, hojas, paja y semillas.
William Gilbert publicó en 1600 su obra De Magnete, la cual fue el punto de partida de la historia de la electricidad, en la que realiza el primer estudio científico del magnetismo, observando que algunos otros cuerpos se comportan como el ambar al frotarlos, y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier otro cuerpo, aún cuando no sea ligero.
En el siglo XVIII Benjamin Franklin, un estadista, filosofo y científico norteamericano, propuso una teoría para explicar los fenómenos eléctricos que se derivaban del frotamiento. Cuando se frota una sustancia como el vidrio, dicho cuerpo pierde "fluido eléctrico" y queda cargado positivamente. En el caso del ambar gana "fluido eléctrico" y queda cargado negativamente. Franklin fue entonces el primero en hablar de cuerpos cargados positiva y negativamente. Actualmente la explicación se basa en la teoría atómica de la materia. Los electrones (negativos) giran alrededor del núcleo en forma elíptica, y estos no interfieren en el peso atómico. Los protones (positivos) y los neutrones (no tienen carga) forman el núcleo donde se concentra todo el peso atómico. Los átomos en general tienen igual cantidad de protones que de electrones, así que el átomo tiene una carga neta igual a cero, pero puede ganar o perder electrones. Si pierde su carga sería positiva ya que posee mayor cantidad de protones, si gana su carga sería negativa ya que la cantidad de electrones es mayor.
La naturaleza puede producir electricidad, donde la podemos observar en fenómenos atmosféricos como los rayos, los cuales son formados por partículas positivas por la tierra y negativas por la nubes de desarrollo vertical llamadas cumulonimbos. Cuando un cumulominbo alcanza la tropopausa (zona de transición entre troposfera y la estratosfera) las cargas positivas atraen a las negativas causando un relámpago o rayo. También puede ocurrir entre partes diferentes de una misma nube o entre dos de ellas. Benjamín Franklin fue el primero que demostró que el relámpago es un fenómeno eléctrico, al elevar una cometa con una llave durante una tormenta. Franklin determinó que la carga pasa de forma sencilla hacia puntas metálicas o desde ellas. E inventó el primer pararrayos.
COLEGIO: Corporación colegio San Bonifacio de las Lanzas
PROFESOR: Freddy Banguero Tafur
INTEGRANTES:
- Ana María Melo Rodríguez : Físico Teórica
- María Alejandra Román Mantilla: Físico Tecnológica
- María José Ocampo Sanabria: Físico Experimental
Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos biológicos, como el flujo de carga eléctrica en el sistema nervioso humano, que proporciona los medios para estar consciente del mundo, para la comunicación dentro del cuerpo y para controlar los músculos.
Se conoce como conductividad eléctrica, a la capacidad que tiene un material para posibilitar que la corriente de electricidad pase a través de su superficie.Todos los cuerpos presentan esta característica, que es propia de las partículas que lo forman, pero algunos la conducen mejor que otros. Los conductores, por lo tanto, son aquellos materiales que cuando están en contacto con un cuerpo cargado de electricidad, transmiten dicha energía hacia la totalidad de su superficie (metales). Los Aislantes son los materiales sin partículas cargadas libremente, a través de los cuales las cargas no fluyen con facilidad debido a que los electrones están fuertemente enlazados con determinados átomos (caucho, madera, vidrio).Los semiconductores son aquellos materiales que se comportan como conductores y a veces como aislantes. Entre ellos está el silicio y el germanio. Son aislantes naturales en su forma cristalina pura y se vuelven conductores excelentes cuando se reemplaza uno de sus átomos.
Los superconductores son aquellos materiales en que a temperaturas suficientemente bajas o altas, tienen resistencia cero al paso de la corriente eléctrica, su conductividad se vuelve infinita. Si no hay resistencia eléctrica, la corriente atraviesa un superconductor sin perder energía ni calor.
LEY DE COULOMB
La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos resultantes de la interacción entre cargas eléctricas en reposo. En 1785 el físico francés Charles Coulomb publicó un tratado donde cuantificaba las fuerzas de atracción y repulsión de cargas eléctricas estáticas y describía, por primera vez, cómo medirlas usando una balanza de torsión. En 1785 encontró la relación entre la fuerza, la carga eléctrica y la distancia que es llamada en su honor, LEY DE COULOMB.
“ La fuerza eléctrica con que se atraen o se repelen dos cargas en reposo es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”.
Las leyes de las cargas eléctricas fueron formuladas por el señor Charles Coulomb. Nació en Angouleme, Francia el 14 de junio de 1736 y murió el 23 de agosto de 1806 en París. Fue físico e ingeniero, y se le recuerda por haber descrito de manera matemática la ley de atracción entre cargas eléctricas. En su honor la unidad de carga eléctrica lleva el nombre de Coulomb.
Q1 Y Q2 = Cantidad de carga
k = Constante de proporcionalidad
d= Distancia de separación entre las cargas
F= Fuerza eléctrica
A mayor distancia menos fuerza, y a menor distancia más fuerza (inversamente proporcional).
A medida que aumenta las cargas la fuerza también (directamente proporcional).
Las fuerzas eléctricas son fuertes, mientras las fuerzas gravitacionales son débiles, además éstas fuerzas gravitacionales son solamente de atracción.
LEY CUALITATIVA: Nos dice las características generales de las cargas eléctricas
Cargas de diferente signo se atraen, pero las cargas de igual signo se repelen.
LEY CUALITATIVA: Nos mide matemáticamente la fuerza atractiva o repulsiva entre las cargas eléctricas. Para ello se usan las siguientes formulas.
LEY DE OHM
La resistencia eléctrica es la oposición que presentan los cuerpos al paso de la corriente eléctrica o es la propiedad que tienen los cuerpos de oponerse en cierto grado al paso de la corriente eléctrica.
La resistencia de los cuerpos depende de los siguientes factores:
• GRUESO DEL CABLE: Así como los tubos de agua angostos resisten más el flujo del líquido que los tubos anchos, los alambres delgados resisten más la corriente eléctrica que los gruesos
• LARGO DEL CABLE : Así como los tubos largos presentan mayor resistencia que los cortos al flujo del líquido, los alambres largos ofrecen mayor resistencia eléctrica que los cortos.
• DEL MATERIAL: Los metales tienen poca resistencia eléctrica; mientras que una tira de caucho presenta una gran resistencia.
• LA TEMPERATURA: Cuanto mayor sea la agitación de los átomos dentro de un conductor, es decir, mayor su temperatura, mayor será su resistencia.
La resistencia eléctrica de un material, se mide en unas unidades llamadas ohms , en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, quien en 1826 descubrió una relación entre el voltaje, la corriente y la resistencia de un circuito eléctrico. Ohm descubrió que en un circuito la corriente es directamente proporcional al voltaje establecido a través del circuito e inversamente proporcional a la resistencia del circuito.
Corriente se da en Amperios, el voltaje en voltios y la resistencia en ohmios.
Corriente = Voltaje / Resistencia
Amperios = Voltios / Ohmios
CAMPO ELÉCTRICO
Un campo eléctrico es un almacén de energía de la naturaleza, y se extiende hacia afuera desde toda carga e impregna todo el espacio.
En la naturaleza hay dos tipos de Fuerzas, las que requieren contacto entre los cuerpos y las fuerzas como las gravitacionales y las eléctricas que actúan a distancia. En la electricidad y en la gravitación existe un campo de fuerzas que influye sobre los cuerpos cargados y masivos. Así como el espacio que rodea a un planeta está lleno con un campo gravitacional, el espacio que rodea a un cuerpo con carga eléctrica está lleno por un CAMPO ELÉCTRICO, una especie de aura que se extiende por el espacio.
Definimos el campo eleléctrico como aquella región del espacio en la que cualquier carga situada en un punto de dicha región experimenta una accion o fuerza eléctrica. El campo eléctrico, introducido por primera vez por Faraday en la primera mitad del siglo XIX, en la actualidad, desempeña un papel
fundamental en la Fisica: todas las interacciones conocidas se describen en terminos del concepto de campo, y constituye frente a la ley de Coulomb una forma nueva de describir la interaccion entre dos cargas eléctricas en reposo:
De acuerdo con esta interpretacion, la carga q da lugar a una alteración (o cambio) en las propiedades del espacio que la rodea, de modoque cualquier carga q situada en un punto de dicha region experimenta una accion electrica. Dicho de otro modo, la carga q produce algo en el espacio que la rodea, y este algo actua sobre cualquier carga situada en un punto de dicho espacio, produciendo la fuerza que actua sobre dicha carga. Este espacio, dotado de una propiedad nueva debido a la carga q, es lo que hemos denominado campo eléctrico.
El campo eléctrico tiene su origen en cargas eléctricas (cargas puntuales, distribuciones continuas de carga o todas ellas al mismo tiempo). Las cargas que dan lugar a un campo
eléctrico dado suelen recibir el nombre de cargas fuente.
Las unidades del campo eléctrico son: Newton/ Coulombios = N/ C.
En forma general, EL CAMPO ELÉCTRICO, E, en cualquier punto en el espacio se define como la fuerza F ejercida sobre una pequeña carga de prueba positiva q+ colocada en dicho punto, dividida por la magnitud de la carga de prueba q0.
El campo eléctrico es una magnitud vectorial, es decir tiene magnitud y dirección. Además tiene las siguientes características:
• La dirección del campo es la de la recta que une la posición de la carga que lo engendra con la del punto donde se mide el campo.
• El sentido del campo es, por convenio, repulsivo cuando la carga origen es positiva y atractivo si dicha carga es negativa (coincide con el de la fuerza electrostática).
