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Conceptos Básicos
Conceptos Básicos
Actualmente vivimos en un mundo dependiente de la electricidad; basta mirar a nuestro alrededor para observar la diversidad de sus usos, que facilitan notoriamente nuestro diario vivir.
Por ejemplo, la electricidad permite el funcionamiento de las fábricas (mover motores, obtener calor y frío, etc.), facilita el transporte público (metro, trenes, ascensores, etc.), permite el desarrollo de la agricultura (motores para el riego, equipos de refrigeración, etc.), el avance tecnológico en la medicina (equipos quirúrgicos, equipos de rayos, equipos de respiración, etc.) , la utilización de diversos artefactos en el hogar (televisores, radios, lavadoras, hornos microondas, computadoras, etc.), en el comercio, administración y servicios públicos (uso de sistemas de procesamiento de información, telecomunicaciones, etc.).Esta breve sinopsis permite aquilatar nuestro grado de dependencia de este fenómeno físico intangible, del que nos valemos a diario y sin embargo, permanece tan misterioso en su naturaleza para la mayor parte de los seres humanos.
• Antecedentes históricos
Los primeros antecedentes sobre la observación de la electricidad datan del periodo de los grandes filósofos griegos.
Thales de Mileto observó que al frotar el ámbar (resina petrificada de árbol) en una piel de animal, este adquiría la propiedad de atraer a pequeñísimos cuerpos livianos.Sin embargo, los conocimientos en esta materia no prosperaron hasta el año 1600, cuando el médico y físico inglés William Gilbert describió el término “fuerza eléctrica” como un fenómeno de atracción que se producía al frotar ciertas sustancias. En algunos cuerpos, esto se logra fácilmente, basta con frotar con un paño de lana o seda, una varilla de vidrio, plástico, peineta, etc.
Las experiencias desarrolladas por William Gilbert, le permitieron determinar que los materiales presentaban diferentes comportamientos frente a la electricidad, razón por la cual clasificó a los materiales en “conductores” y “aisladores”. Además, este investigador ideó el primer electroscopio.
• Electricidad positiva y negativa
Experimentando con péndulos eléctricos, simple dispositivo utilizado para detectar la existencia de carga eléctrica, que consiste en una pequeña esfera liviana que cuelga de un hilo de seda, puesta en un pedestal, se puede constatar la existencia de dos tipos de electricidad a las que se denomina “positiva” y “negativa”. Por convención, la electricidad positiva es la que adquiere el vidrio al frotarlo en un paño de seda y la electricidad negativa, la que adquiere la seda al ser frotada por el vidrio.
Situación problema: ¿Cómo puedes saber el tipo de electricidad que tiene un cuerpo electrizado?
Estructura atómica
Para explicar los diversos fenómenos eléctricos, entre otros, el hombre formuló un modelo de átomo, el que evoluciona conjuntamente con el progreso del conocimientoAlgunos elementos del modelo atómico que permiten explicar simples fenómenos eléctricos son los siguientes:
Todo Átomo está formado por un núcleo de carga positiva y una envoltura o capa de carga negativa.
Los electrones de todos los átomos son idénticos, por lo que cada uno de ellos tiene la misma carga eléctrica y la misma masa.
El núcleo está constituido por los protones y neutrones. Los protones poseen carga eléctrica positiva y una masa ligeramente menor a la de los neutrones, que carecen de carga eléctrica.
Los electrones poseen una masa cerca de 1800 veces menor a la del protón, por lo que su masa es despreciable respecto de los protones y neutrones. En consecuencia, la masa del átomo está determinada por su número de protones y neutrones.La carga eléctrica de los electrones es negativa y de igual valor que la carga positiva de los protones, es decir, un electrón es capaz de neutralizar eléctricamente a un protón. La carga del electrón constituye la unidad de carga elemental, lo que significa que no existe una carga menor a ella. La carga de cualquier cuerpo es siempre un múltiplo entero de esta unidad elemental de carga.
En general, los átomos poseen igual cantidad de electrones que de protones, por lo que el átomo constituye una estructura eléctricamente neutra.
La acción del núcleo sobre los electrones es menor sobre los más distantes, por lo que los electrones más externos son susceptibles de desprenderse del átomo, así como también este último puede capturar electrones libres.
De lo anterior, se deduce que si un cuerpo está cargado positivamente, posee un déficit de electrones y si está cargado negativamente, posee un excedente de electrones.
• Comportamiento eléctrico de los materiales
Decimos que un material es un buen conductor, cuando permite que las cargas eléctricas se desplacen por él con facilidad. Esta propiedad obedece a que en su configuración atómica, existen muchos electrones libres que están débilmente ligados al átomo, por lo que pueden desprenderse y transitar con cierta libertad por el material. Casi todos los elementos tienen la tendencia a ganar o perder electrones periféricos.Un material es aislador, cuando sus electrones están fuertemente ligados al átomo, por lo que no es fácil que puedan fluir libremente por él. Entre los malos conductores de la electricidad están el vidrio, el caucho y la porcelana. Cabe destacar que en la conducción eléctrica, los aisladores cumplen un rol protagónico, pues permiten encauzar el flujo eléctrico.
Existen materiales como el silicio y el germanio, que no son buenos conductores ni buenos aisladores, pero que, que bajo la acción de impurificaciones cambian su comportamiento eléctrico; estos se denominan semiconductores y tienen una enorme importancia en la construcción de circuitos integrados.
Los conductores presentan una cierta resistencia al flujo eléctrico, lo que se traduce en la pérdida de energía por transporte. La pérdida de energía por transporte puede ser significativa, por lo que se debe buscar un mecanismo que la reduzca, lo que se obtendría mediante el uso de superconductores.
Los superconductores son materiales que poseen una resistencia prácticamente igual a cero, pero solo se ha logrado obtenerlos a temperaturas muy bajas, próximas a los 0º K. Su utilización reduciría significativamente la pérdida de energía eléctrica, por efecto de transporte.
La electrización consiste en la generación de un desequilibrio eléctrico en un cuerpo, es decir, llevarlo de un estado eléctricamente neutro a un estado cargado.
Un cuerpo puede ser electrizado por:
Frotación: La acción mecánica de frotar dos cuerpos proporciona energía que, al ser captada por electrones, permite que estos puedan desplazarse de un cuerpo a otro, logrando de esta forma, electrizarlo. Por el principio de la conservación de la carga, al cargar un cuerpo positivamente, el otro se cargará negativamente.
En el caso de las nubes, la frotación permite que unas queden cargadas positivamente y otras negativamente, por lo que los rayos no siempre van de las nubes a la tierra, sino que también pueden ir de la tierra a las nubes, dependiendo del tipo de carga que posean.
Contacto: Al producirse un contacto entre un cuerpo electrizado y un cuerpo neutro, se transfiere carga de uno a otro, como consecuencia de la fuerza electrostática que se genera, de tal forma que los dos quedarán con el mismo tipo de carga. El valor de la carga final de ambos cuerpos depende tanto de la forma como de la carga.
Inducción: En esta modalidad de electrización no existe contacto físico entre los cuerpos Si aproximamos un cuerpo electrizado (inductor) a uno neutro, el cuerpo neutro se polarizará; al poner el cuerpo polarizado en contacto con tierra, este transferirá carga eléctrica, lo que se traducirá en un exceso o déficit de electrones.
La polarización no es una forma de electrizar, pero permite que el cuerpo se comporte como si estuviese electrizado.
Ello se debe al ordenamiento de electrones que se genera como consecuencia de la presencia próxima de un cuerpo electrizado. Este efecto facilita la transferencia de carga.Electroscopio
Un electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que tiene una bolita en la parte superior y en el extremo opuesto, dos láminas muy delgadas.
La varilla se sostiene en la parte superior de una caja de vidrio transparente, con un armazón de metal en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo que el objeto, se repelen, siendo su divergencia, una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera, las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal.Distribución de la carga electrica
Si electrizamos una esfera metálica, podemos constatar, por medio de la aproximación de un electroscopio (el instrumento se polariza, acusando una carga eléctrica), que la carga eléctrica tiende a acumularse en la periferia, lo que se debe a la fuerza electrostática que se genera entre ambos;
de igual forma, se puede constatar que si el cuerpo posee puntas o aristas, la carga eléctrica tiende a situarse en estas (efecto punta). Si la esfera es hueca, al efectuar una exploración con el electroscopio, no se detecta presencia de carga en su interior (efecto jaula).El pararrayos
Benjamín Franklin ideo un dispositivo destinado a reducir la carga eléctrica que adquieren las nubes, minimizando, de este modo, el peligro de una descarga descontrolada, con el consiguiente riesgo para la población. Básicamente, el dispositivo consta de un mástil metálico que, por efecto punta, facilita la atracción del rayo y la canalización de la descarga eléctrica. Comúnmente, este mástil se adosa en los edificios,
permitiendo descargar la nube a través de la estructura de hierro de la construcción, la que actuaría como una jaula eléctrica conectada a tierra, dando plena seguridad a sus moradores.
De igual forma, un vehículo se comporta comúnmente como una jaula eléctrica; es por esto que, en mas de una ocasión, habrás recibido una descarga al tocar el borde de la puerta o la manilla La electrización se debe, en este caso, al roce que se genera con el aire como producto del movimiento.
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Corriente Electrica
Corriente Electrica
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Ley de OHM
Ley de OHM
• Resistencia electrica
• Factores que determinan la resistencia de un conductor
• Resistencia y temperatura
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Circuito Electrico
Circuito Electrico
Elementos de un circuito eléctrico:
• Corriente continua y alterna
• Potencia eléctrica
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Circuitos de Corriente Continua
Circuitos de Corriente Continua
• Resistencias en paralelo
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Instalaciones Domiciliarias
Autoevaluaciones
Pregunta Nº 6
Encuentre la resistencia equivalente del circuito:
Pregunta Nº 7
Si en el circuito anterior, por la resistencia de 
, circulan 6 Amp, hallar las intensidades de corriente en todas las resistencias del circuito.
Ejercicios
Ejercicio Nº 1
Al acercar un cuerpo a un electroscopio (Fig. 1) se observa el siguiente comportamiento en el instrumento (Fig. 2).
Respecto a la situación observada, podemos afirmar que:
a) El cuerpo está electrizado y el electroscopio está neutro
b) El electroscopio se cargó positivamente
c) El electroscopio se cargó negativamente
d) El cuerpo que se aproxima al instrumento está cargado positivamente
e) Tanto el cuerpo como el instrumento quedan cargados eléctricamente
La figura Nº 1 indica que el electroscopio está neutro, y lo seguirá estando, mientras no exista un contacto con el agente electrizado, electrización que se constata por el efecto de polarización que se genera en el instrumento, Figura Nº 2. En consecuencia, podemos afirmar que el cuerpo está electrizado y el electroscopio esta neutro.
Respuesta correcta : Alternativa a.
Ejercicio Nº 5
La potencia desarrollada por un artefacto es de 8 W, al conectarlo a una fuente de 12 V. Si duplicamos el voltaje:
a.- La potencia se mantiene constante
b.- La potencia se duplica
c.- La potencia se cuadruplica
d.- La potencia se reduce a la mitad
e.- La potencia se reduce a la cuarta parte
Ejercicio Nº 6
La figura muestra un circuito con diferentes valores de resistencia conectados a una fuente V. Respecto del circuito, es correcto afirmar que:
a.- El voltaje es mayor en la menor de las resistencias
b.- El voltaje es menor en la mayor de las resistencias
c.- La corriente eléctrica es la misma en cada resistencia
d.- La corriente eléctrica es mayor en la mayor de las resistencias
e.- La corriente es menor en la mayor de las resistencias
La figura muestra una conexión en paralelo, por lo que la corriente se distribuye por cada una de las resistencias, siendo menor en la mayor de las resistencias.
Respuesta correcta : Alternativa e.