El electromagnetismo
Es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.
El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.
El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.
Historia
Desde la antigua Grecia se conocían los fenómenos magnéticos y eléctricos pero no es hasta inicios del siglo XVII donde se comienza a realizar experimentos y a llegar a conclusiones científicas de estos fenómenos. Durante estos dos siglos, XVII y XVIII, grandes hombres de ciencia como William Gilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray, Benjamin Franklin, Alessandro Volta entre otros estuvieron investigando estos dos fenómenos de manera separada y llegando a conclusiones coherentes con sus experimentos.
A principios del siglo XIX Hans Christian Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. De ahí es que los trabajos de físicos como André-Marie Ampère, William Sturgeon, Joseph Henry, Georg Simon Ohm, Michael Faraday en ese siglo, son unificados por James Clerk Maxwell en 1861 con un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, como un fenómeno electromagnético.
La electrostática
Es la rama de la física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en reposo, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del problema. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden ser estudiadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.
El condensador
Es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga.
Elementos: Un condensador o capacitador es un dispositivo formado por dos placas metálicas, separadas por un aislante llamado dieléctrico. Tiene como función almacenar cargas eléctricas para su posterior utilización.
Usos:
· En los radios receptores se encargan de sintonizar la frecuencia
· Eliminan los chispazos en los sistemas de encendido de los automóviles
· Son usados en los filtros de las fuentes de poder
· Sirven como dispositivos de almacenamiento de energía en las unidades electrónicas de signos opuestos
Unidad: La capacidad se expresa en Coulomb/ Voltio. Esta relación es llamada Farad o faradio, que es la unidad de capacidad en el S.I. Coulomb/ Voltio = Farad (F)
Serie
Diferencia potencial: Existe entre las armaduras externas, es la suma de las diferencias de potencial existente entre las armaduras de cada condensador.
V= V1+V2+V3
Carga q: q= q1 = q2 = q3
Equivalencia: La capacidad equivalente total de varios condensadores conectados en serie, es menor que la de cualquiera de la capacidades individuales en la combinación.
Paralelo
Diferencia potencial: Todos y cada uno de los condensadores, poseen entre sus armaduras igual diferencia de potencia V que es suministrada por los polos de la batería.
V= V1=V2=V3
Su suma es: C= C1+C2+C3
Carga q: q1+ q2+ q3
Elementos: Un condensador o capacitador es un dispositivo formado por dos placas metálicas, separadas por un aislante llamado dieléctrico. Tiene como función almacenar cargas eléctricas para su posterior utilización.
Usos:
· En los radios receptores se encargan de sintonizar la frecuencia
· Eliminan los chispazos en los sistemas de encendido de los automóviles
· Son usados en los filtros de las fuentes de poder
· Sirven como dispositivos de almacenamiento de energía en las unidades electrónicas de signos opuestos
Unidad: La capacidad se expresa en Coulomb/ Voltio. Esta relación es llamada Farad o faradio, que es la unidad de capacidad en el S.I. Coulomb/ Voltio = Farad (F)
Serie
Diferencia potencial: Existe entre las armaduras externas, es la suma de las diferencias de potencial existente entre las armaduras de cada condensador.
V= V1+V2+V3
Carga q: q= q1 = q2 = q3
Equivalencia: La capacidad equivalente total de varios condensadores conectados en serie, es menor que la de cualquiera de la capacidades individuales en la combinación.
Paralelo
Diferencia potencial: Todos y cada uno de los condensadores, poseen entre sus armaduras igual diferencia de potencia V que es suministrada por los polos de la batería.
V= V1=V2=V3
Su suma es: C= C1+C2+C3
Carga q: q1+ q2+ q3
Funcionamiento
La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad o capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una d.d.p. de 1 voltio, estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.
La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la de la mayoría de los condensadores, por lo que en la práctica se suele indicar la capacidad en micro- µF = 10-6, nano- nF = 10-9 o pico- pF = 10-12 -faradios. Los condensadores obtenidos a partir de supercondensadores (EDLC) son la excepción. Están hechos de carbón activado para conseguir una gran área relativa y tienen una separación molecular entre las "placas". Así se consiguen capacidades del orden de cientos o miles de faradios. Uno de estos condensadores se incorpora en el reloj Kinetic de Seiko, con una capacidad de 1/3 de Faradio, haciendo innecesaria la pila. También se está utilizando en los prototipos de automóviles eléctricos.
Capacitancia eléctrica
Es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacitancia también es una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para un potencial eléctrico dado. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente expresión matemática:
donde:
- C es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio.
- Q es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios;
- V es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios.
En la práctica, la dinámica eléctrica del condensador se expresa gracias a la siguiente ecuación diferencial, que se obtiene derivando respecto al tiempo la ecuación anterior.
Donde i representa la corriente eléctrica, medida en amperios.
La 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 y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.
La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas.
K=constante de carga 9.109 Nwm2/c2
q= carga fija
r= distancia en metros
Resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de corriente y es directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a su sección transversal:
Corriente eléctrica
Es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electro-imán.
Circuito en serie
Es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos los cuales están unidos para un solo circuito (generadores, resistencias,condensadores, interruptores, entre otros.) se conectan secuencial mente La terminal de salida del dispositivo uno se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente.
Siguiendo un símil hidráulico, dos depósitos de agua se conectarán en serie si la salida del primero se conecta a la entrada del segundo. Una batería eléctrica suele estar formada por varias pilas eléctricas conectadas en serie, para alcanzar así el voltaje que se precise.
Circuito en paralelo
Es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida.
Siguiendo un símil hidráulico, dos tinacos de agua conectados en paralelo tendrán una entrada común que alimentará simultáneamente a ambos, así como una salida común que drenará a ambos a la vez. Las bombillas de iluminación de una casa forman un circuito en paralelo, gastando así menos energía.
En función de los dispositivos conectados en paralelo, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones.
Ley de ohm
La ley de Ohm dice que la intensidad que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos. Esta constante es la conductancia eléctrica, que es lo contrario a la resistencia eléctrica.
La intensidad de corriente que circula por un circuito dado, es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo.
La intensidad de corriente que circula por un circuito dado, es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo.
Condensador eléctrico
Es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
Circuito de resistencia
Es una serie de componentes eléctricos conectados entre si y la definición se aplica también a circuitos de resistencias ya que es la conexión de dos o mas resistencias en serie o paralelo al igual que con los condensadores. Las resistencias son componentes que se oponen o limitan el paso de corriente y los condensadores son componentes que tienen la capacidad de almacenar cargas.
Integrantes
Luis Carmona #04
Miguel Gómez #15
Jacobo Tortolero #20
Mitchell Chang #22
Miguel Gómez #15
Jacobo Tortolero #20
Mitchell Chang #22
