ELECTRODINÁMICA 6to Naturales Grupo A FÍSICA Dossier de resúmenes enviados por los alumnos Profesora: Fernanda Albornoz Materiales conductores y aislantes Esta clasificación depende de cuan firmes estén unidos los electrones a sus estructuras, ya que eso es fundamental para la movilidad dentro del material. Aislantes. El cuarzo es el mejor aislante. Plásticos, vidrio, goma, madera. Los aislantes son materiales cuyas cargas se encuentran inmóviles. Conductores: Semiconductores y Superconductores. Los conductores como los metales y el agua sin destilar. La carga se distribuye en la superficie. La concentración de la carga depende de la curvatura de la superficie que se da en los vértices o puntas. Semiconductores como el silicio, germanio, arsénico y boro. Se distribuyen algunos átomos de cristales con otros por medio de una técnica llamada dopado del material. Superconductores su conductividad se aumenta al infinito cuando se los enfría a temperaturas bajísimas. Cuanto más alta es la temperatura, permite un mayor ahorro de energía. El cuerpo del ser humano es un buen conductor. Cuando la humedad es baja, se acumulan cargas altas ocasionadas por la fricción del calzado con suelos aislantes, también se puede observar en las sedas, lanas, fibras que al ser retiradas queda visible las chispas eléctricas. Estas consideraciones son tomadas más que nada por personas que están en contacto con conductores, ejemplo metales, al trabajar. Agua con sal como conductor. La sal es un electrolito. Todas las sales que forman iones al disolverse en agua formaran una disolución conductora de electricidad. Agua con azúcar. El agua con azúcar no conduce electricidad porque el azúcar no es un electrolito. Cítricos como conductores. Ácido cítrico combinado con zinc y cobre es un conductor. El ácido cítrico tiene iones citratos que forman sales con muchos iones metálicos. Beltzer, Zahira PROCEDIMIENTOS DE CARGA La principal fuente de electricidad con que se contaba en el siglo XVII eran las máquinas por fricción. El primer generador electrostático fue diseñado por Otto von Gulbricke (1602-1686). Este tipo de electricidad, obtenida por fricción, recibe también el nombre de: TRIBOELECTRICIDAD. También están los métodos de carga por contacto y carga por inducción. El método de CARGA POR CONTACTO, el desbalance eléctrico se produce estableciendo el contacto entre un cuerpo cargado eléctricamente y otro neutro. La carga eléctrica buscará distribuirse en la superficie del cuerpo compuesto por los dos, al separarlos, ambos tendrán la carga de igual signo. En la zona de un cuerpo existe una gran concentración de cargas a una distancia mínima lo que implica una fuerza de repulsión, este hecho se conoce como PODER DE PUNTAS. CARGAS POR INDUCCIÓN está presente en un cuerpo y es provocado por la aproximación de otro cuerpo cargado, llamado inductor. Se conoce como POLARIZACIÓN. El signo de la carga del inductor es positivo, los electrones menos ligados a la estructura del material neutro responderán a la atracción electrostática. Se ubicará en la zona más próxima al inductor y dejarán menos pobladas electrónicamente las zonas alejadas de él. El procedimiento de descarga por contacto a tierra se basa en el hecho, la carga por contacto: en este caso uno de los conductores es enorme (planeta Tierra). Es posible polarizar también con los materiales aislantes, las cargas se encuentran vinculadas en la estructura, resulta un ordenamiento que se manifiesta como una polarización eléctrica. ELECTROSCOPIO: se emplea para detectar la presencia de cargas. CONSTRUCCIÓN Se deben unir las dos hojas de papel de aluminio a uno de los extremos de la varilla o del alambre, que queden cercanas entre sí y que se puedan separar, en el otro extremo se puede colocar un conductor de mayor tamaño, como una chapa o un bollo (papel aluminio), todo esto se sostiene de un soporte se coloca en el interior del frasco. Espíndola, Stefanía JAULA DE FARADAY La jaula de Faraday es una caja metálica protectora de los campos eléctricos estáticos, en su interior el campo eléctrico es nulo y se utiliza en la protección de descargas eléctricas, se emplea en laboratorios biomédicos, cámaras de reverberación, en telecomunicaciones, entre otros Benjamín Franklin: En 1755 Benjamín Franklin quedó sorprendido con el resultado que obtuvo en un experimento… Franklin, electrizó un recipiente de plata y lo colocó sobre un soporte aislante, luego hizo penetrar en su interior una bolita de corcho suspendida en un hilo de seda hasta tocar el fondo. Lo llamativo fue que no se pudo reconocer en la bolita ningún efecto eléctrico, no se cargó, ni por inducción, ni contacto, como lo hubiera hecho en el exterior Joseph Priesley: Amigo de Franklin, analizo el mismo suceso y concluyó en que había una semejanza entre las fuerzas eléctricas y gravitatorias descritas por Newton. Michel Faraday: Finalmente fue Michel Faraday quien un poco después realizó un impactante experimento, construyó una caja metálica, la colocó sobre unos soportes aislantes y la cargo con un generador electrostático para finalmente meterse dentro para probar que efectos causaba. "No pude encontrar la más mínima influencia (...) a pesar de que estaban saliendo chispas y descargas dispersas en todos los puntos de la superficie exterior". La jaula de Faraday es una caja metálica protectora de los campos eléctricos estáticos, en su interior el campo eléctrico es nulo y se utiliza en la protección de descargas eléctricas, se emplea en laboratorios biomédicos, cámaras de reverberación, en telecomunicaciones, entre otros USOS: - Los hornos microondas tienen una jaula de Faraday para evitar que sus ondas escapen al exterior y provocar un efecto dañino en nuestra salud - Los trajes especiales de los técnicos eléctricos que reparan cables de alta tensión. - Al conducir un automóvil durante una tormenta eléctrica se recomienda resguardarse en él, ya que su carrocería funcionara como jaula de Faraday. - En las paredes de los laboratorios donde se llevan a cabo imágenes médicas por resonancia magnética se colocan láminas o mallas metálicas para evitar que las ondas escapen y dañen al operador. Martinez Valentino Campo eléctrico. Para explicar la suposición de Coulomb que decía que una masa o una carga podrían inexplicablemente, sin ningún mediador, advertir la presencia de otra en sus entornos; Faraday, propuso una interpretación alternativa basada en la idea de campo: el espacio que rodea a una carga eléctrica se ve afectado por su presencia, ya que ella modifica sus características. Para representarlo, lo describió como unos tentáculos invisibles que avanzaban sobre la carga. Así, cuando el cuerpo adquiere la carga, la información se extiende en su entorno rápidamente. Al campo eléctrico se lo puede representar con unas líneas que, por convección, salen de las cargas positivas y entran a las negativas; el número de líneas es proporcional a la intensidad del campo (líneas cercanas: campo grande; líneas separadas: campo pequeño). A diferencia del campo gravitatorio, el campo eléctrico puede ser entrante o saliente respecto de la carga que lo genera. Una forma de representar el campo eléctrico es mediante un vector de igual nombre que se representa E. Su dirección y sentido son los de la fuerza que actúa sobre la carga de prueba positiva, en cada punto. La intensidad del vector campo eléctrico se determina mediante el cociente entre la intensidad de la fuerza que actúa sobre una carga de prueba colocada en un punto, y el valor de dicha carga, es decir que resulta numéricamente igual a la fuerza eléctrica, por unidad de carga: E = F q Su unidad es [N/C] La fuerza que experimenta una carga en el campo puede expresarse como: Fe = q . E Es decir que si en un punto cuyo campo eléctrico tenga un valor de 1000 N/C se coloca una carga de 10-5 C, recibe una fuerza cuya intensidad es: F= 10-5 C. 1000 N/C = 0,01 N. Esta fuerza tendrá la dirección del campo. Si la carga es positiva, los sentidos de ambos vectores F y E coinciden. Por el contrario, si la carga es negativa, son opuestos. - + - - + + + Temporetti Díaz, Valentina Potencial eléctrico. El campo eléctrico se puede describir también mediante una cantidad escalar llamada Potencial eléctrico. Al subir un cuerpo en el campo gravitatorio, este aumenta su energía potencial debido al trabajo que se ejerce en él, cuando se desplaza una carga positiva en sentido opuesto (porque algún agente externo lo empuja) realiza un trabajo y la carga adquiere una cantidad igual de energía potencial, en este caso eléctrica. Ejemplo: para llevar desde un punto A de un campo eléctrico hasta un punto “B”, algún agente externo le tiene que entregar 10 Joules. El cuerpo cargado tiene en el punto “B”, 10 Joules más de energía potencial eléctrica que la que tendría el punto “A” Para ello, se define la diferencia de potencial entre dos puntos del campo eléctrico como el cociente entre la variación de energía potencial experimentado por una carga positiva al pasar de un punto al otro y el valor de dicha carga. En la expresión anterior las unidades son J/C, que se denomina VOLT(V). Por ejemplo, si una carga positiva de 3.10^5 C al pasar de un punto “A” a otro “B” incrementa su energía potencial eléctrica 0,015J: Esta diferencia de potencial es característica de ambos puntos independientemente de las cargas que eventualmente se desplacen entre ellos. Maggioni, Bautista PILAS Hacia fines del siglo XVII, uno de los temas preferidos por los científicos era la posible conexión entre la electricidad y los impulsos nerviosos, dentro de lo que se llamaba electricidad animal. Dos importantes científicos italianos, Luigi Galvani, doctor en medicina y profesor de anatomía, y Alessandro Volta, físico de la ciudad de Como, toman protagonismo en esto. Galvani realizó un experimento en el cual se contraía un músculo de la pata de una rana, mediante el contacto en dos puntos del tejido con metales diferentes. Galvani decía que esa contracción provenía de una electricidad que estaba presente en el tejido muscular del animal. Por otro lado, Volta creía que la clave estaba en las 2 clases diferentes de metal y que el músculo era un conductor, supuso que cada metal posee una propia cantidad de electricidad y que, si ambos se ponen en contacto con un material humedecido, la corriente logra fluir desde uno hacia el otro, eso era lo que contraía el músculo. En el año 1800, Volta descubrió el aparato, que pronto se hizo conocido como la pila de Volta, fue el primer electroquímico que pudo ser usado como fuente de electricidad, mucho más simple y más útil que los métodos por frotamiento, por cuanto era capaz de entregar la energía en forma continua y estable. En la actualidad, existen distintos tipos de pilas, aunque todas ellas suponen un sistema que permite la obtención de energía eléctrica a partir de una reacción química. Algunos diseños de pilas son muy cuestionados por los efectos contaminantes provocados por el mercurio y el cadmio que perjudican la salud. TIPOS DE PILAS BATERÍAS DE NÍQUEL CADMIO Los componentes activos de una batería recargable de NiCd en el estado cargado consisten en hidróxido de níquel (NiOOH) en el electrodo positivo y cadmio (Cd) en el electrodo negativo. Para el electrolito, normalmente se usa hidróxido de potasio (KOH). Debido a su baja resistencia interna y las muy buenas propiedades conductoras de corriente, las baterías de NiCd pueden suministrar corrientes extremadamente altas y se pueden recargar rápidamente. BATERÍAS DE HIDRURO DE NÍQUEL METAL Los componentes activos de una batería recargable de NiMH en el estado cargado consisten en hidróxido de níquel (NiOOH) en el electrodo positivo y una aleación de metal que almacena hidrógeno (MH) en el electrodo negativo, así como un electrolito de hidróxido de potasio (KOH). En comparación con las baterías recargables de NiCd, las baterías de NiMH tienen una mayor densidad de energía por volumen y peso. BATERÍAS DE IONES DE LITIO El término batería de iones de litio se refiere a una batería recargable donde los materiales del electrodo negativo (ánodo) y del electrodo positivo (cátodo) sirven como anfitrión para el ión de litio (Li +).). BATERÍAS PEQUEÑAS DE PLOMO ÁCIDO SELLADAS Las baterías recargables pequeñas de plomo-ácido selladas (SSLA), que son baterías de plomo-ácido reguladas por válvula, (baterías VRLA) no requieren la adición regular de agua a las celdas y ventilan menos gas que las baterías de plomo-ácido inundadas (húmedas). A veces se las denomina baterías "libres de mantenimiento". La ventilación reducida es una ventaja, ya que se pueden utilizar en espacios reducidos o mal ventilados. Batería de gel ("celda de gel") Una batería de estera de vidrio absorbido tiene el electrolito absorbido en un separador de estera de fibra de vidrio. Una celda de gel tiene el electrolito mezclado con polvo de sílice para formar un gel inmovilizado. Las baterías SSLA incluyen una válvula de alivio de presión de seguridad. A diferencia de las baterías inundadas, una batería SSLA está diseñada para no derramar su electrolito si está invertida. Gennaro, Caterina ELECTRICIDAD La electricidad es un conjunto de fenómenos producidos por el movimiento y la interacción entre cargas eléctricas positivas y negativas de los cuerpos. Es decir, la electricidad es una fuerza que resulta de la atracción o repulsión entre las partículas que contienen carga eléctrica positiva y negativa, y se puede manifestar tanto en reposo (estática) como en movimiento (electrodinámica) Electricidad es también la rama de la física que estudia este tipo de fenómenos eléctricos. La palabra electricidad procede del latín electrum y a su vez del griego élektron (ήλεκτρον), que quiere decir ‘ámbar’. Se relaciona con la electricidad porque el ámbar es una resina que, al ser frotada, adquiere propiedades eléctricas. Características de la electricidad Es un fenómeno en el que se manifiestan los siguientes elementos característicos: Carga eléctrica: propiedad de las partículas subatómicas que se expresa en la atracción y repulsión entre ellas por medio del campo electromagnético. Campo eléctrico: es el campo físico en que se inscribe la interacción entre las cargas eléctricas de los cuerpos. Corriente eléctrica: se refiere al movimiento de las cargas eléctricas, es decir, es el flujo de las cargas eléctricas que se distribuyen o propagan a través de un material conductor de electricidad. Potencial eléctrico: se refiere a la potencialidad de trabajo o esfuerzo necesaria en un campo electrostático para poner en movimiento una carga positiva de un punto a otro. Magnetismo: una de las formas en que se manifiesta la electricidad es a través del magnetismo, ya que es un tipo de corriente eléctrica que produce campos magnéticos. Éstos, a su vez, pueden llegar a producir corriente eléctrica. La electricidad proviene de las llamadas energías primarias. Por lo tanto, la electricidad es una fuente de energía secundaria. Las energías primarias que participan en la generación de electricidad pueden ser de dos tipos: Energías no renovables, como el carbón, el petróleo y el gas natural. Energías renovables, que provienen de fuentes naturales como el sol, el viento y el agua, entre otras. Es decir, corresponden a la energía eólica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, geotérmica, undimotriz, etc. Existen varios tipos de electricidad: Electricidad estática La electricidad estática es un fenómeno que surge en un cuerpo que posee cargas eléctricas en reposo. Normalmente los cuerpos son neutros (mismo número de cargas positivas y negativas), pero cuando se electrizan pueden adquirir una carga eléctrica positiva o negativa. Una de las formas de conseguir electricidad estática es a través del frotamiento. El proceso por el que un cuerpo adquiere una carga se llama inducción electrostática. Los cuerpos con carga eléctrica del mismo tipo se repelen y los de distinto tipo se atraen. Algunos ejemplos de materiales con tendencia a perder electrones son el algodón, el vidrio y la lana. Algunos materiales con tendencia a captar electrones son los metales como la plata, el oro y el cobre. Por ejemplo, los relámpagos. En la cotidianidad, podemos ver la energía estática cuando frotamos un globo sobre una superficie de lana. Electricidad dinámica La electricidad dinámica es la producida por una fuente permanente de electricidad que provoca la circulación permanente de electrones a través de un conductor. Estas fuentes permanentes de electricidad pueden ser químicas o electromecánicas. Un ejemplo de electricidad dinámica es la que existe en un circuito eléctrico que utiliza como fuente de electricidad una pila o un dínamo. Electromagnetismo El electromagnetismo o electricidad electromagnética se refiere a aquella energía eléctrica que se almacena en el espacio debido a la presencia de un campo magnético. Este tipo de energía se propaga o difunde como radiación. Como ejemplo, podemos mencionar las señales de radio y televisión, la radiación infrarroja y las ondas del horno microondas doméstico. Rivero Lucas Resistencia Eléctrica y Ley de Ohm. No todos los materiales se comportan de la misma manera frente a la conducción de la electricidad. Dentro de cierta aproximación, se cumple en la mayoría de los conductores que la intensidad de la corriente es proporcional a la diferencia de potencial aplicada. Esta relación se conoce como Ley de Ohm y se expresa matemáticamente de la siguiente manera: ∆V = R • I Dónde ∆V es la diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor, I la intensidad de la corriente, y R la constante de proporcionalidad que se conoce como resistencia del cuerpo conductor. Su unidad es el Ohm (Ω ) y equivale a volt/ampere (V/A). Para los materiales que cumplen con la Ley de Ohm su resistencia es constante en tanto no haya cambios de temperatura. Esto es válido para la mayoría de los conductores metálicos. La resistencia de un conductor depende de su forma, tamaño, material y temperatura. Dado que una forma habitual de conductores, como los cables, es la cilíndrica, se puede determinar que para un mismo material los valores de resistencia cambian según la sección y el largo del conductor. Las características de conducción del material se expresan mediante un coeficiente llamado resistividad, p, que depende solo del tipo de material del conductor y de la temperatura. Sus valores se pueden encontrar en tablas. La resistencia, R, de un conductor cilíndrico (un cable) se puede calcular mediante la expresión R = p • L/S Dónde L es el largo del conductor y S es la sección transversal. La unidad en que se expresa la resistividad de un material es Ohm por m ( • m). Basualdo, Luisina. Circuitos eléctricos Un circuito eléctrico es el conjunto de elementos eléctricos conectados entre sí que permiten generar, transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad de transformarla en otro tipo de energía como, por ejemplo, energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor). La fuente aporta energía y mantiene una diferencia de potencial constante entre dos puntos a y b denominados bornes. Ej: una pila. Entre los bornes se encuentra un hilo conductor, normalmente de cobre, que es quien transporta la energía a lo largo del circuito. El interruptor permite abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica. Si el interruptor está abierto no circulan los electrones y si está cerrado permite su paso. Existen dos formas de conectar un circuito: Conexión en serie Conexión en paralelo Dos elementos atravesados por la misma corriente La serie de resistencias puede considerarse una Dos elementos sometidos a la misma diferencia de tensión eléctrica. resistencia única cuyo valor corresponde a la suma de las resistencias individuales La inversa de la resistencia equivalente a varias resistencias en paralelo es igual a la suma de las inversas de las resistencias individuales Conexión de pilas: En un circuito las fuentes, como las pilas suelen conectarse en serie, debido a que en estos casos se suman las diferencias de potencial entre les bornes de cada una. En este tipo de conexión, el borne de mayor potencial se pone en contacto eléctrico con de menor potencial de la siguiente pila. Amperímetros y voltímetros: Un amperímetro es un aparato para medir corrientes eléctricas. Si se desea determinar el valor de la corriente que circula por un cable en un circuito, es necesario interrumpirlo para conectar el amperímetro de manera que la corriente lo atraviese. Con un voltímetro se miden las diferencias de potencial, no se necesita interrumpir el circuito, sino conectar cada una de las terminales del voltímetro a los puntos entre los cuales se desea conocer la diferencia, por lo que está conectado en paralelo y de esta manera la corriente que circularía por el sería casi nula y no afectaría significativamente el valor de la diferencia potencial a medir. Brassesco, Florencia Electromagnetismo Imán: En presencia del imán, los dominios magnéticos se orientan y de esta manera el material resulta también magnetizado. Normalmente, este ordenamiento se pierde cuando se aleja el imán original, aunque puede suceder que permanezca. Este hecho, además de otros factores, depende de la llamada dureza magnética del material. Si el cuerpo permanece magnetizado, se obtiene un imán artificial. Campo Magnético: Puede ser representado por unas líneas imaginarias que se llaman líneas de inducción magnética. Se dibujan de tal manera que, imaginando una superficie cualquiera en el campo, el número de líneas que atraviesan cada unidad de superficie es directamente proporcional a la intensidad del vector B. Se puede interpretar que su intensidad es calta cuando las líneas están muy juntas. La no existencia del monopolo magnético determina que las líneas de inducción magnética sean cerradas por convención, salen del norte y van hacia el sur en el exterior del imán, para cerrar su recorrido yendo del sur hacia el norte por dentro del imán. La dirección del vector inducción es un todo momento tangente a estas líneas y su sentido sigue la convención indicada para las líneas y su sentido sigue la convención indicada para las líneas de inducción. Luciano Beltramino
