Bienvenidos a la clase
de Introducción a la Física
Prof Di Mauro
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tener todos los temas trabajados en sus carpetas.
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Todos aquellos alumnos que no participaron de la clase online deberán enviar todas las actividades resueltas de esta entrada bajo el nombre: "Trabajo práctico electricidad".
La electricidad
A fines del siglo XVIII, los experimentos del físico
francés Charles Coulomb le permitieron definir las relaciones entre las
variables que intervenían en una interacción eléctrica y expresarlas en forma
de ley. La fórmula recuerda asombrosamente a la de la gravitación universal:
La fuerza eléctrica ejercida entre dos cuerpos
cargados eléctricamente es directamente proporcional al producto de sus cargas
e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia en que están separados.
El descubrimiento de esta ley fue el primer paso
concreto en el estudio de las propiedades de la carga eléctrica. Desde ese
momento hasta la actualidad, la ciencia ha mejorado sus observaciones y sus
métodos, pero sigue sosteniendo que:
a) Hay dos clases de cargas eléctricas.
b) Las fuerzas entre cargas eléctricas se ejercen
según la línea que las une y su valor es inversamente proporcional al cuadrado
de la distancia que las separa.
c) Estas fuerzas son proporcionales al producto de las
cargas.
d) Las cargas de distinto signo se atraen, y las de
igual signo se repelen.
Actividades:
1.
Calcular la fuerza sobre la carga q1,
sabiendo que q1 = 2 μC, q2 = -2 μC y d = 1,3 m.
2.
Calcular
la fuerza sobre la carga q1, sabiendo que q1 = -1,5 μC, q2
= -2 μC, y d = 1,5 m.
3.
¿Con
que fuerza se atraen o se repelen un electrón y un protón situados a 10-7
m de distancia? ¿Qué indica el signo de la fuerza que has obtenido? (datos: qe
=-1.6·10-19 C; qp = 1.6·10 -19 C; K = 9 · 109
N·m2/c2)
4.
Calcular
la fuerza que produce una carga de 15 µC sobre otra de 30 µC, cuando esta
última se encuentra ubicada, respecto de la primera, a:1 cm., 2 cm., 0,1 cm.
Campo eléctrico y potencial eléctrico
Un campo es cualquier región del espacio cuyos
puntos están caracterizados por el valor de una variable física. Para que
exista un campo de fuerzas, es necesaria la presencia de un cuerpo capaz de
crearlo. La fuerza que actúa en cada punto se pone de manifiesto al colocar en
este una partícula que posea una propiedad susceptible de experimentar la acción
del campo.
La interacción mutua entre las partículas se puede
describir mediante el concepto de campo de fuerzas, es decir, una
partícula crea un campo en torno de sí misma. Entonces una fuerza determinada
actúa sobre cada una de las otras partículas situadas en ese campo, y así se
explica la atracción entre cargas eléctricas de signos distintos, o el rechazo entre
cargas del mismo signo, aun cuando no hay contacto físico entre estas.
La intensidad del campo se visualiza a través del
acercamiento relativo entre las líneas de fuerza: a mayor densidad de líneas,
mayor intensidad de campo.
Para definir el campo eléctrico en un punto
cualquiera, necesitamos una carga de prueba q0
suficientemente pequeña y, por convención, positiva. Al ser la carga de prueba
muy pequeña, su propio campo eléctrico se considera insignificante frente al
que vamos a medir.
Al ubicar la carga de prueba en el campo, actúa sobre esta
una fuerza F, cuya dirección es la misma que la del campo en ese punto.
La intensidad del campo eléctrico E en el punto es el resultado de dividir la
fuerza actuante por la carga de prueba q0, es decir, E = F/q0
Cada punto de un campo eléctrico queda caracterizado por
un número al que llamamos potencial eléctrico, y representa el trabajo eléctrico
necesario para transportar una carga de prueba positiva hasta ese punto.
El potencial aumenta al acercarse a la carga fuente y disminuye
al alejarse.
Si el potencial eléctrico en un punto se lo
caracteriza desde un punto de vista energético, la diferencia entre dos puntos
dados está relacionada con la tendencia al movimiento de las cargas positivas entre
estos; de allí que algunos autores usen el concepto de tensión eléctrica.
A la diferencia de potencial se puede medirla, por
tanto, es una magnitud. La unidad se llama volt y se
define de la siguiente manera:
Entre dos puntos del campo eléctrico, hay una
diferencia de potencial de un volt cuando, para transportar de uno a otro la
carga de 1 coulomb, hay que realizar un trabajo de 1 joule.
“Volt” o “Voltio” es un homenaje a Alessandro Volta,
inventor de la pila.
Actividades:
1.
Una
carga de 6.10-6 C se introduce en una región donde actúa un campo de
fuerza de1,5 N ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico en esa región?
2.
Una
carga de 3.10-6 C se introduce en una región donde actúa un campo de
fuerza de 0,35 N ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico en esa región?
3.
¿Cuál
es el valor de la carga que está sometida a una fuerza de 0,007 N y se
encuentra en medio de un campo eléctrico de 2,3.103 N/C ?
4.
¿Cuál
es el valor de la carga que está sometida a una fuerza de 0,2N y se encuentra
en medio de un campo eléctrico de 4,3.104 N/C ?
Corriente
eléctrica
Cuando hablamos de la corriente eléctrica, nos
referimos al movimiento de cargas a través de un material o incluso del vacío.
Las cargas en movimiento transportan energía en
diferentes materiales. En los sólidos, esa tarea recae en los electrones. En
líquidos y gases, son los iones los que se mueven y realizan el transporte.
En el caso de los
metales, al formarse, los electrones de las capas interiores se organizan en
una nube de capas relativamente cercana al núcleo. En cambio, los electrones de
la última capa (o electrones de valencia), más débilmente ligados al núcleo,
forman una capa relativamente alejada de este, que en los cristales se combinan
en una gran nube que cubre de manera homogénea todo el cristal. Se dice
entonces que los electrones de la última capa se han deslocalizado: tienen la libertad
de moverse por todo el cristal, y se los denomina electrones libres o de
conducción. Cuando estos electrones se mueven en forma ordenada, se produce
una transferencia grande de carga eléctrica negativa, y esto constituye el
flujo de corriente eléctrica.
Para que las cargas se muevan, debe existir una
diferencia de potencial. Generada la diferencia de potencial, la cantidad de
carga desplazada por la sección de un conductor en cada unidad de tiempo recibe
el nombre de intensidad de la corriente eléctrica. Así se expresa como
fórmula:
Donde I es la intensidad de la corriente, que
se mide en amperios; Q es la carga, que se mide en culombios; y t es
el tiempo, que se mide en segundos.
Cuando la cantidad de carga que circula por segundo es
de 1 culombio, la corriente que circula vale 1 amperio (nombre impuesto en
homenaje al físico francés André-Marie Ampère).
Actividades:
1.
Calcular
la intensidad de una corriente sabiendo que la carga eléctrica es de 1600 C y
el tiempo que dura el pasaje es de 4 minutos.
2.
Por
un conductor circula una corriente eléctrica de 10 A durante 5 minutos. ¿Cuál
es la carga eléctrica correspondiente?
