Equipo 4
FISICA III
INTEGRANTES:FISICA III
-Baltazar Camacho Ivan
-Campos Vega Gabriel
-Lopez Arcos Diego
-Lopez Escamilla Raziel
El siguiente link es la dirección de nuestro video, y bueno espero que les guste:
http://www.youtube.com/watch?v=D2r6BgcYg1k
ELECTROSTATICA
La materia esta constituida por átomos, los cuales se conforman de protones, neutrones y electrones. El electrón es el componente del átomo que lleva carga eléctrica negativa neutralizada por la carga eléctrica positiva del núcleo o protón. El protón es una partícula nuclear con carga positiva igual en magnitud a la carga negativa del electrón; junto con el neutrón, está presente en todos los núcleos atómicos. Al protón y al neutrón se les denomina también nucleones.
El neutrón es una partícula sin carga que constituye una de las partículas fundamentales que componen la materia. La masa de un neutrón es de 1,675 × 10-27 kg, aproximadamente un 0,125% mayor que la del protón. La existencia del neutrón fue profetizada en 1920 por el físico británico Ernest Rutherford y por científicos australianos y estadounidenses, pero la verificación experimental de su existencia resultó difícil debido a que la carga eléctrica del neutrón es nula y la mayoría de los detectores de partículas sólo registran las partículas cargadas.
La ley de que la fuerza entre cargas eléctricas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las cargas fue demostrada experimentalmente por el químico británico Joseph Priestley alrededor de 1766. Priestley también demostró que una carga eléctrica se distribuye uniformemente sobre la superficie de una esfera metálica hueca, y que en el interior de una esfera así no existen cargas ni campos eléctricos. Charles de Coulomb inventó una balanza de torsión para medir con precisión la fuerza que se ejerce entre las cargas eléctricas. Con ese aparato confirmó las observaciones de Priestley y demostró que la fuerza entre dos cargas también es proporcional al producto de las cargas individuales. La fuerza entre dos partículas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la Ley de Coulomb:
Donde:
- F: fuerza de atracción o repulsión entre las cargas, Newton
- q1; q2: carga eléctrica de la partícula, Coulomb
- r12: distancia más corta entre las dos cargas, metros
: constante de permitividad eléctrica del medio en el cual se encuentran inmersa las cargas,
La dirección del campo eléctrico en cualquier punto viene dada por la de la fuerza que actúa sobre una carga positiva unidad colocada en dicho punto. Las líneas de fuerza en un campo eléctrico están trazadas de modo que son, en todos sus puntos, tangentes a la dirección del campo, y su sentido positivo se considera que es el que partiendo de las cargas positivas termina en las negativas (Figura 1).
1.4 La Ley de Gauss
Esta ley fue establecida por Karl Friedrich Gauss (1777 – 1855), y establece que el flujo eléctrico neto a través de cualquier superficie cerrada es igual a la carga neta de la superficie dividida por la permitividad eléctrica del medio.
La constante de permitividad eléctrica del vacío es 8,85 x 10-12 ; recuérdese que 1 Coulomb es equivalente a 1 ampere.segundo. En el caso de realizar análisis en distribución continua de carga, se utilizará la siguiente expresión:
Campo eléctrico
Un campo eléctrico es una región del espacio donde se ponen de manifiesto los fenómenos eléctricos. Se representa por E y es de naturaleza vectorial. En el Sistema Internacional de unidades el campo eléctrico se mide en Newton/Culombio (N/C).
La región del espacio situada en las proximidades de un cuerpo cargado posee unas propiedades especiales. Si se coloca en cualquier punto de dicha región una carga eléctrica de prueba, se observa que se encuentra sometida a la acción de una fuerza. Este hecho se expresa diciendo que el cuerpo cargado ha creado un campo eléctrico. La intensidad de campo eléctrico en un punto se define como la fuerza que actúa sobre la unidad de carga situada en él. Si E es la intensidad de campo, sobre una carga q actuará una fuerza F:
Donde:
E: vector campo eléctrico, N/m
dS: vector diferencial de superficie, m2
q: carga encerrada en la superficie Gaussiana,
Coul
Figura 3. Superficie Gaussiana en donde se
percibe el vector diferencial de área y el vector campo eléctrico. Detalle como
dentro de la superficie se encuentra una carga eléctrica.
Se refiere a la energía potencial por unidad de
carga.
Potencial debido a una carga puntual
Donde:
V: potencial eléctrico, Voltio
q: carga eléctrica, Coulomb
r: distancia entre la carga generadora del campo
y el punto de estudio, m
La electrodinámica se divide en distintas áreas, que son:
·
Electrodinámica clásica: estudio de las cargas en movimiento, de los
campos magnéticos que se producen y de los fenómenos de inducción de una
corriente eléctrica sobre otra.
·
Electrodinámica cuántica, es la modificación de las ecuaciones de
Maxwell que proporcionan una descripción cuántica de la radiación
electromagnética, adecuada para investigar los efectos que dicha radiación
tiene sobre partículas cuyo tamaño o energía es comparable a la del fotón
portador de radiación. Esta teoría describe la interacción electromagnética
entre partículas subatómicas cargadas mediante el intercambio recíproco de
fotones, portadores de la interacción.
Dentro de la
electrodinámica clásica, encontramos la teoría de Albert Einstein de la
relatividad especial, producto de que a fines del SXIX, los físicos notan una
contradicción entre las leyes aceptadas de electrodinámica y la mecánica
clásica, en especial las teorías planteadas por Maxwell que predecían
resultados no intuitivos como la velocidad de la luz, que es una sola y es
igual para cualquier observador y que no obedece a la "Invariancia"
de Galileo. Se pensaba que las ecuaciones de Maxwell eran incorrectas y que las
verdaderas contenían un término de correspondencia con la influencia del éter
lumínico. En base a esto, Einstein propone que las ecuaciones del a
electrodinámica eran correctas, pero que habían principios de la mecánica eran
inexactos, además de no existir evidencia del éter, lo que llevó a la
formulación de la "relatividad especial".
La electrodinámica
consiste en el movimiento de un flujo de cargas eléctricas que pasan de una
molécula a otra, utilizando como medio de desplazamiento un material conductor
como, por ejemplo, un metal.
Para poner en
movimiento las cargas eléctricas o de electrones, podemos utilizar cualquier
fuente de fuerza electromotriz (FEM), ya sea de naturaleza química (como una
batería) o magnética (como la producida por un generador de corriente
eléctrica), aunque existen otras formas de poner en movimiento las cargas
eléctricas.
Cuando aplicamos a cualquier circuito
eléctrico una diferencia de potencial, tensión o voltaje, suministrado por una
fuente de fuerza electromotriz, las cargas eléctricas o electrones comienzan a
moverse a través del circuito eléctrico debido a la presión que ejerce la
tensión o voltaje sobre esas cargas, estableciéndose así la circulación de una
corriente eléctrica cuya intensidad de flujo se mide en amper (A).
La corriente eléctrica.
Movimiento de cargas y corriente eléctrica. La intensidad de la corriente
eléctrica. Voltímetro y amperímetro. Aplicación del concepto de intensidad de
corriente.
Potencia y energía de
un generador. Efectos caloríficos de la corriente eléctrica. Ley de Joule.
Fuerza electromotriz y diferencia de potencial. Aplicación del concepto de
potencia eléctrica. Asociación de resistencias. Análisis de circuitos.
Experiencias de
Faraday. Flujo del campo magnético. Ley de Faraday-Henry. Producción de
corriente alterna. El alternador. La dinamo. Fuerza electromotriz sinusoidal.
Inducción mutua y
autoinducción. Transformadores: elevadores y reductores de tensión.
La síntesis de Maxwell.
Las ondas electromagnéticas. El experimento de Hertz.
Metales. Propiedades
físicas y químicas. Estructura electrónica. Electrones de conducción y huecos.
Dopar. Aislantes eléctricos. Conductor, semiconductor y aislante
Leyes de Kirchhoff.
Trabajo eléctrico.
Intensidad.
Resistencia. Conducción en líquidos y gases.
Electroimán. Tren de
levitación magnética MAGLEV.
Historia de la
Electricidad. Corriente Alterna.
El biomagnetismo
medico, la nueva terapia que ha revolucionado el concepto de diagnostico y
cura. El Par magnético como funciona, una de otras interrogantes que exige
respuesta.
Fuerza electromotriz de
un generador. Tipos de generadores. Pila de combustible. Generador
termoeléctrico. Célula fotovoltaica. Generador electromagnético.
Diferencia de potencial
e intensidad de corriente. Curva característica de un conductor y concepto de
resistencia. Resistividad y conductividad. El significado energético de la ley
de Ohm. Comprobación experimental de la ley de Ohm.
FORMULAS DE ELECTRODINAMICA
ASOCIACION DE RESISTENCIAS
VT =
V1 + V2 + V3 = I x R1 +
I x R2 + I x R3 = I x (R1 +
R2 + R3) por lo que :
VT / I = RT = R1 + R2 +
R3
IT = I1 +
I2 + I3 = VT / R1 +
VT / R2 + VT / R3 =VT x
(1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3) por lo que :
IT /
VT = 1
/ RT = 1 / R1 + 1 / R2 +
1 / R3
Es decir
que ahora la inversa de la resistencia total del circuito paralelo es igual a
la suma de las inversas de cada una de las resistencias
O también
se puede decir, teniendo en cuenta que habíamos dicho que la inversa de la
resistencia es igual a la conductancia, (recordar que G = 1 / R)
que
GT = G1 +
G2 + G3
La
conductancia total del circuito es igual a la suma de las
conductancias.
En el
caso particular de que las resistencias asociadas en paralelo sean
dos:
1 / RT = 1 / R1 +
1 / R2 = (R2 + R1) / R2 x
R1
o sea
RT =
R1 x R2 / (R1 + R2)
SHUNT
La tensión en extremos del galvanómetro será:
V = I x R =100 mA x 50 W
= 5 mV.
La tensión en extremos de R es la
misma por estar en paralelo.
100 mA = 0,1 mA.
La corriente por R
será:
IR = 5 mA - 0,1
mA = 4,9 mA. Luego:
R = V / I = 5mV / 4,9 mA = 1,02 W
RESISTENCIA DE ABSORCION
La tensión de máxima desviación del galvanómetro era:
100 mA x 50 W
= 5 mV.
por lo tanto en R aparecen
0,5 V - 5 mV = 495 mV
La corriente que circula por R es
la misma que la que circula por el galvanómetro, por estar en serie,
R = V / I = 495 mV / 100 mA = 4950 W
Divisor de tension
I = Ve / (R1 + R2)
Vs = I x R2 = Ve x R2 / (R1
+ R2)
Vs = 20 x 1 / (1 + 9) = 2 V.
Divisor de corriente
V = Ie x (R1 // R2) = Ie x R1
x R2 / (R1 + R2)
Is = V / R2 = Ie x R1 /(R1 + R2)
Is = 20 x 9 / (1 + 9) = 18 A.
