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COLEGIO DISTRITAL MARIA INMACULADA
ASIGNATURA: FÍSICA
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
AURA SANDOVAL
CIENCIAS NATURALES
DIVISIONES
FÍSICA
QUÍMICA
BIOLOGÍA
COMPONENTES
MECÁNICA CLÁSICA
TERMODINÁMICA
E. ONDULATORIOS
ELECTROMAGNÉTICOS
E.E. ELECTROMAGNÉTICOS
COMPETENCIAS
IDENTIFICAR
INDAGAR
EXPLICAR
Especialista: Pedro Ripoll
Electricidad
Introducción
Nube de
electrones (-)
Núcleo (+)
El Modelo Atómico
¿Qué es la electricidad?
 Fenómeno
de la Naturaleza.
 Conocido desde la antigüedad (Griegos: el
elektron)
 La
materia, bajo ciertas condiciones,
adquiere propiedades especiales:
Atracciones y Repulsiones.
 Estudio Científico (B. Franklin)
 Propiedad general de la materia.

CARGA ELÉCTRICA:
◦
carga eléctrica es una propiedad intrínseca
de algunas partículas subatómicas que se
manifiesta mediante atracciones y repulsiones
◦
(es un concepto equivalente al de partícula)
◦
Las designaremos con las letras “q” o “Q”
Pueden ser positivas o negativas.
◦
Carga eléctrica (q, Q)
BENJAMÍN FRANKLIN
LEY FUNDAMENTAL DE LAS CARGAS
Repulsiones y atracciones
Electrización de un cuerpo
Cuerpos
Neutros
Frotación
Cuerpos
Electrizados
Electrización por rozamiento
Cuerpos
Neutros
VIDRIO
SEDA
Frotación
Cuerpos
Electrizados
VIDRIO
SEDA
Electrización por contacto.
Cuerpos Conductores:
A, electrizado y B Neutro.
+ + + + + +
+ + + + + +A
B
Contacto y
separación
+ + + + ++
+ + + + ++
A
Parte de las cargas que posee inicialmente
A, pasan al cuerpo B durante el contacto.
B
Electrifican por Inducción.
1º Escena. Hay un cuerpo
conductor neutro.
2º Escena. Se aproxima
por la izquierda un cuerpo
electrizado (inductor).El
cuerpo se polariza
3º Escena. Se conecta y
desconecta a Tierra el
cuerpo (por la derecha)
4º Escena. Se retira el
cuerpo inductor. El cuerpo
inicial queda electrizado.
Conductores y Aisladores
Cuerpo al cual se le
colocan cargas en la
zona que se indica
+ + + + +
Posibles
comportamiento
Nombre:
+++++
+
+
+
+
+
+
Las cargas permanecen
en el lugar en que se las
coloco
Las cargas se distribuyen
en la periferia de todo el
cuerpo.
AISLADOR
CONDUCTOR
Conductores y Aisladores
(Conceptos Relativos)
+
H2O
Conductores y Aisladores
(Conceptos Relativos)
NaCl
+
H2O
De la cantidad de carga “q”
 De la distancia “r” entre ellas
 Del medio en que se encuentran
inmersas.
 Fue el Físico Charles Agustín
Coulomb, basado en los trabajos de
Newton, quien aclarara los puntos
anteriores.

¿De qué factores depende la fuerza
entre dos cuerpos electrizados?
La Ley de Coulomb

Considerando lo que tenemos:
Fe α K1 qAqB
Fe α K2
1
r2
Se puede resumir en una sola expresión:
Fe = Ke
qAqB
r2
La cual es conocida como ley de Coulomb.
Ke es una constante (constante eléctrica) cuyo valor
depende del medio en que se encuentren las cargas qA y qB
Campo Eléctrico (E)

El concepto de Campo es de una gran importancia en

Ciencias y, particularmente en Física.
La idea consiste en atribuirle propiedades al espacio en vez de
considerar a los verdaderos causantes de los fenómenos que
ocurren en dicho espacio.
E = F/q =
2
k.q/r
(N/C)
Potencial Eléctrico (V)
Sea un punto P cualquiera de un espacio en
que existe un campo eléctrico
 Sea E la Energía que se requiere para
trasladar una carga de prueba (q0) desde
un punto definido como de potencial cero
hasta el punto P; entonces,
 el potencial de P es:
V = E/q0
 Como E se mide en Joules y q en Coulomb,
entonces:
 V se mide en Joules/Coulomb = J/C = Volts

P
q0
V=0
Potencial Eléctrico (V)

¿Qué significa...
+
+
12 Volts (J/C )
220 Volts (J/C )
1,5 Volts J/C
CORRIENTE ELÉCTRICA
•La corriente eléctrica (I=q/t ): se mide
en ampere cuyo símbolo como unidad
del SI es A.
•Un ampere es el flujo de carga igual a
1 Coulomb por segundo.
1 A = 1• 103 mA (miliampere)
1 A = 1 • 10 6 A (microampere)
FUENTE DE VOLTAJE (V)
•La carga no fluye mientras no exista
una diferencia de potencial.
•Los dispositivos para mantener esta
diferencia de potencial se conocen con
el nombre de fuente de voltaje o fem
(fuerza electromotriz).
•Las fuentes de voltaje (conocidas
también como fuentes de poder)
proporcionan la “presión eléctrica”
necesaria para desplazar los electrones
entre las terminales de un circuito
RESISTENCIA ELÉCTRICA
La cantidad de corriente que fluye por el
circuito depende:
•Del voltaje que suministra la fem.
•De la resistencia que opone el
conductor al flujo de carga (resistencia
eléctrica).
La resistencia eléctrica se mide en unidades
llamadas ohms () en honor a Gerg Simon
Ohm, físico alemán que estudio el efecto de
la resistencia del cable en la corriente.
Experimentalmente se ha encontrado que la
resistencia de un conductor es:
R
L
A
: Cualidad del conductor
L: Largo del conductor
A: Sección transversal del conductor
LEY DE OHM
Ohm descubrió que la cantidad de
corriente que pasa por por un circuito es
directamente proporcional la diferencia de
potencial entre sus terminales e
inversamente proporcional a la resistencia
del circuito.
difencia de voltaje
corriente 
resistenci a
La relación entre las unidades en que se
miden estas cantidades es:
volt
1ampere  1
ohm

V
1A  1

• La corriente eléctrica es inversamente
proporcional a la resistencia
• La corriente eléctrica es proporcional al voltaje
aplicado
CIRCUITOS ELECTRICOS
Especialista: Pedro Ripoll
La figura representa un circuito donde supondremos
válida la ley de ohm. Con estos queremos decir que
la intensidad de corriente varia proporcionalmente
con la diferencia de potencial.
Símbolos
Fem constante (batería o pila)
Interruptor de contacto
Resistencia de un artefacto
ri
Resistencia interna de la fem
CIRCUITO RESISTORES EN SERIE
Las resistencias en este circuito están dispuestas
en una configuración que se conoce como serie.
Nótese que la corriente circula solo por un conductor continuo, no
sufre bifurcaciones
PROPIEDADES DEL CIRCUITO SERIE
1.RESPECTO DE LA CORRIENTE
Se caracterizan porque la corriente es la misma
en todos los componentes del circuito
I: Permanece constante
2.RESPECTO DE LA RESISTENCIA
Dado los valores de todas las resistencias
parciales del circuito, se puede obtener una
resistencia total del circuito.
3.RESPECTO DE LA TENSIÓN
(VOLTAJE)
El voltaje registrado entre los terminales de la
fem se reparte en cada una de las resistencias,
incluyendo las propias de la fem. Así por la
ley de ohm entre cada resistencia debe haber
una caída de tensión. Se cumple que:
V=
V
vi + v1+ v2
En general, si un circuito tiene n resistencias en
serie, se cumple:
fem del circuito es :
I  cte.
fem  V1  V2  V3    Vn
Resistencia equivalente es:Req  r1  r2  r3    rn
La resistencia equivalente en serie es siempre mayor que cualquier
resistencia individual.
La ley de Ohm para todo el circuito es:
V
I
Req
CIRCUITO RESISTORES EN PARALELO
La configuración de este circuito se representa en la
figura.
Nótese que la suma de las corrientes parciales en cada rama, es
igual a la corriente total.
En general, si un circuito tiene n resistencias en
serie, la resistencia equivalente es:
1
1
1
1
1



 ... 
Req
R1 R2 R3
Rn
La resistencia equivalente de resistores conectados en paralelo
siempre es menor que la resistencia más pequeña del grupo.
La ley de Ohm para todo el circuito es:
V
I
Req
En general, si un circuito tiene n resistencias en PARALELO, se
cumple:
Potencial (voltaje)  V  cte.
Intensidad del circuito es:
I  I1  I 2  I 3    I n
1
1
1
1
1



 ... 
Resistencia equivalente es:
Req
R1 R2
R3
Rn
La ley de Ohm para todo el circuito es:
V
I
Req
Intensidad de corriente y amperímetro
Para medir la intensidad de corriente se utiliza el
amperímetro
12,3
de la siguiente manera:
+
+
Estos aparatos que permiten medir intensidad,
voltaje y resistencia se conocen como multitester
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN EN
CIRCUITOS
Caída de tensión y voltímetro
Para medir la caída de tensión el voltímetro se instala de
la siguiente manera:
20 v
+
CIRCUITO COMPUESTO
Determinar la resistencia equivalente en el circuito
R:
Magnetismo
La historia . . .
La palabra magnetismo tiene
su origen en una isla del mar
Egeo , en la región llamada
Magnesia, donde los griegos
hace ya más de 2000 años
encontraron unas piedras
con
características
especiales. Estas piedras,
llamadas ahora magnéticas
tenían la particularidad de
atraer trozos de metal o de
atraerse o repelerse entre sí.
Una
de
las
primeras
aplicaciones se la dieron los
chinos en el siglo XII
construyendo la brújula.
Su Enaplicación.
.
.
todo el mundo, muchos proyectos de transporte en
trenes de gran velocidad basan su funcionamiento
en el principio de levitación magnética. Por
ejemplo, en el sistema de transporte alemán
transrapid, el tren es atraído hacia un único riel de
guía por medio de electroimanes situados en los
flancos y que se ciñen al riel. En Japón se utiliza un
sistema basado en el efecto de repulsión entre dos
campos magnéticos de la misma polaridad. Este
efecto permite que los carros permanezcan arriba
de los rieles, sin que lleguen a tocarse. Se piensa
que si los trenes funcionaran en un túnel de vacío,
alcanzarían una velocidad de hasta 2000 km/hr .
Además no contaminaría tanto.
En el siglo XVI, William Gilbert hizo
imanes artificiales frotando trozos de
hierro contra la magnetita; identifico
la “polaridad” de los imanes artificiales
sugiriendo que una brújula siempre
señalara hacia el norte y sur de la
tierra
por
tener
propiedades
magnéticas. Los temas de electricidad
y magnetismo se desarrollaron de
manera independiente hacia 1820,
cuando un físico danés llamado Hans
Christian Oersted descubrió que una
corriente eléctrica afecta a una brújula
magnética. Posteriormente el francés
André-Marie.
El magnetismo de los materiales es el resultado del
movimiento de los electrones dentro de sus átomos.
En un material imantado se encuentran regiones
magnéticas conocidas como dominios. Los átomos
en un material magnético están orientados en una
sola dirección, mientras que en los materiales no
magnetizados se encuentran orientados al azar. Si
observamos un imán con un potente microscopio
veremos que está formado por pequeñísimas
regiones, que son como pequeños imanes con su
polo norte y su polo sur. En un metal que no es
imán, esas regiones están desalineadas, por lo que
se anulan los efectos magnéticos que pudieran.
Hans
Christian
Oersted
(1777-1851)
Físico
y
químico
danés.
Fue
consejero
de
Estado,
director
de
la
escuela
politécnica de Copenhague
y miembro de la Academia
de Ciencias de Paris. Busco
la
relación
entre
el
magnetismo
y
la
electricidad
y
logro
demostrarlo.
Puso
de
manifiesto la producción de
campos magnéticos en los
conductores cuando eran
atravesados por corrientes
eléctricas. Fue también el
primero
en
aislar
el
aluminio.
FUERZA MAGNETICA
Hay una fuerza
producida por el
movimiento de las cargas, llamada
fuerza magnética que provoca
atracción
o
repulsión
entre
materiales
magnetizados.
Solo
algunos tipos de metales tienen esa
fuerza magnética. Por ejemplo, el
níquel. El cobalto, el hierro. A este
tipo
de
metales
por
sus
características magnéticas, se les
llama
ferro
magnéticos.
Los
elementos gadolinio y disprosio.
Clasificados como tierras raras.
También
tienen
esta
fuerza
magnética pero no tan fácilmente
se encuentran en la naturaleza los
demás
metales
presentan
magnetismo en una intensidad muy
limitada.
IMANES
Imagínate el asombro cuando las personas, en la
antigüedad, observaron cómo algunos materiales eran
atraídos por otros. Seguramente pasaron muchas cosas
por su mente para explicarse tal fenómeno. Lo más
probable es que hayan atribuido estas propiedades a la
intervención de seres especiales o dioses que obraban
estas fuerzas misteriosas.
El vocablo magnetismo proviene del nombre de la
antigüedad ciudad de magnesia. Hace mas de 2000
años, cerca de esta ciudad se encontraron fragmentos
de piedra con propiedades especiales. Estos materiales
son lo que ahora se conoce como imanes naturales o
magnetita, constituidos por oxido de hierro. Se observo
que dichos imanes atraían pequeños trozos de hierro no
magnetizado. Al fenómeno no producido por la fuerza
de atracción entre los imanes o magnetitas se conoce
como magnetismo.
CLASIFICACION DE LOS
MATERIALES MAGNETICOS
No todos los imanes son
producto de la naturaleza,
sino
que
el
hombre
también
ha
sabido
crearlos, aprovecharlos y
en general, controlar sus
propiedades magnéticas.
Una clasificación general
de los imanes los divide
en naturales y artificiales.
Imanes naturales
Los imanes naturales se
encuentran como pequeñas
piedras magnéticas. Se cree
que son el producto de
enfriamientos bruscos que
ha sufrido el planeta. Es
posible
modelar
estas
piedras para darles la forma
que corresponda a su uso.
Su fuerza depende de la
cantidad
de
electrones
orientados
permanentemente. Tienen
la propiedad de atraer
pequeños trozos de hierro y
apuntar, siempre en la
misma dirección, razón por
la cual se utilizan para
orientarse.
Imanes artificiales
Se
les llama imanes artificiales a
aquellos que son producidos por los
seres humanos. El principio básico
para producir un imán artificial
consiste en reducir bruscamente la
temperatura de un trozo de hierro en
la presencia de un campo magnético.
Los electrones del trozo de hierro, que
en ese momento se encuentran
desalineados, al entrar en un campo
magnético se alinean de tal manera
que, al perder energía, suspenden (
como si estuvieran congelados) el
movimiento de rotación de los
electrones es sobre su propio eje.
Industrialmente un material se imanta
cuando se encuentra de un campo
magnético generado por un solenoide
en que circula una
CAMPO MAGNETICO
Un campo magnético es el área o
región de influencia producida por
un imán. Los imanes tienes dos
regiones donde se encuentra su
fuerza de atracción; se les conoce
como
polos
magnéticos.
Si
suspendemos un imán con un hilo y
lo dejamos en libertad, La barra se
orienta en la dirección norte-sur de
la tierra. Si se tienen dos imanes,
puede comprobarse que los polos
iguales se repelen y distintos se
atraen
.
La polarización magnética de los
átomos se basa principalmente en
el espín de sus electrones, los
movimientos de un electrón son
similares a los de la tierra. El giro
sobre el propio eje se conoce con el
nombre de movimiento de rotación,
y al movimiento orbital alrededor
del núcleo, con el movimiento de
traslación.
Magnetostática
La electrostática estudia las
configuraciones de cargas
en reposo. Los fenómenos
magnéticos no se ponen de
manifiesto como veremos
sobre cargas en reposo y el
término magnetostática se
refiere a que los campos, o
sus flujos sean constantes.
Además
como
también
veremos no existen cargas
magnéticas,
siendo
el
magnetismo esencialmente
dipolar.
Densidad de flujo magnético
La densidad de flujo magnético B,
en la región de un campo
magnético, se define como: El
número de líneas de flujo que
pasan a través de una unidad de
área
perpendicular
a
dichas
líneas.
Michael Faraday fue el primero a
quien se le ocurrió la idea de que
eran líneas de fuerza magnética
las producidas por un imán. Este
concepto se ilustrar en la figura
97, en la que se observa como las
líneas
dl
flujo
magnético
atraviesan una espira cuadrada.
Densidad de flujo magnético o INDUCCIÓN MAGNÉTICA se llama
al vector que representa el campomagnético. Ver figura "flujo
magnético en bobinas y conductores". Es también la cantidad de
flujo magnético por unidad de área. Sus unidades son por
consiguiente Weber por metro cuadrado ( Wb / m2 ). Al Wb /
m2
se
le
llama
"Tesla".
Cuando una partícula cargada "q" se mueve dentro de
un campo magnético "B" con una velocidad "V" perpendicular
al campo, este ejerce una fuerza "Fm" sobre la partícula. Esta
fuerza es también perpendicular tanto al campo como a
la velocidad. Vale decir que V, Fm, y B son mutuamente
perpendiculares entre si. La magnitud de esta
Fm = q (V x B)
Donde: Fm = fuerza magnética (N)
q = carga eléctrica (C)
V = velocidad (m /s)
B = densidad de flujo magnético (T)
FUERZA vale
Cuando un trazo de hierro no
imantado se mantiene algún tiempo
dentro de in cuerpo magnético,
termina por comportarse como un
imán, lo cual significa que parte de
sus
electrones
se
alinearon
formando un dominio.
Las propiedades de un imán de esta
naturaleza no son permanentes,
pues transcurridos cierto tiempo el
material pierde estas propiedades y
vuelve a su estado. Por esta razón
se les llama imanes temporales.
Además, el fenómeno que acabamos
de ver se le conoce como inducción
magnética. Las agujas, alfileres,
clips, desarmadores son materiales
fáciles de magnetizar por inducción
MOVIMIENTO DE PARTICULAS
CARGADAS
MOVIMIENTO DE PARTICULAS
CARGADAS
EINSTEIN Y EL CHOFER
Albert Einstein recorría América explicando su teoría de la
relatividad. Siempre le acompañaba su chofer, que se
sentaba al fondo de la sala, mientras Einstein daba su
conferencia. De tanto oír las tesis del maestro llegó a
aprenderlas de memoria. "No entiendo a los americanos comentó en una ocasión el chofer- ¿Cómo es posible que
le concedan tanta importancia a algo tan sencillo?"
Einstein quiso darle una lección y le respondió: "La
próxima vez darás tú la conferencia." Y así fue. El chofer
expuso magníficamente la teoría, mientras Einstein,
vestido de chofer, le escuchaba desde un rincón. Después
de los aplausos, llega el turno de preguntas y la primera
es la siguiente: "Podría decirme la relación entre el BigBang y la teoría de la relatividad?" El supuesto Einstein
respondió: "Mire, eso es tan sencillo que incluso mi
chofer, que se encuentra sentado en el fondo de la sala,
puede contestarla," lógicamente, el falso chofer respondió
a la perfección.