Teoria de Electrodinámica

Electrodinámica 

Idea de corriente eléctrica 

En la unida unidad d anteri anterior or estud estudiam iamos os los fenóme fenómenos nos electr electrost ostáti áticos cos,, hemos hemos establecidos que un cuerpo se carga por frotamiento pues uno cede electrones y el otro los gana. De ahí que al frotar un cuerpo, este queda cargado con el signo contrario al del  cuerpo empleado para frotarlo. Si lográramos que el paso de los electrones de un cuerpo a otro fuera constante, tendríamos un flujo de electrones que se denominaría corriente eléctrica. uego diremos! "orriente eléctrica es el flujo #pasaje o despla$amiento% de electrones libres a tra&és de un cuerpo conductor. Si consideramos un cable conductor #alambre de cobre%, los electrones saltan o se despla$an de un átomo a otro #o de molécula a molécula% como se grafica en la figura. Es como si cada electrón empujara u obligara a otro electrón de distinto átomo. os electrones libres son los perdidos por un átomo y a la &e$ atraídos hacia otro que lo ha perdido anteriormente.  'sí se origina un paso continuo de electrones de átomo a átomo, dentro del  material que constituye el conductor.

Circuito Eléctrico 

"onectaremos a los bornes de una pila un hilo conductor, como indica la figura. (emos constituidos un circuito eléctrico.

 )rea! *ísica

+ág -

os circuitos eléctricos se usan en todas las instalaciones y aparatos eléctricos! algunos de ellos son bastantes complicados. a metodología del estudio de la corriente eléctrica es anali$ar e in&estigar  circuitos simples tales como el circuito de una tostadora, el de una lámpara o &elador, el de un auto eléctrico a pila. Es sabido que por los cables pasa la corriente o energía eléctrica brindada por  la red de la usina o, a &eces por una pila. Esa corriente cumple entonces un recorrido pasando por! •

El generador #pila o fuente de energía eléctrica%

•

El conductor #cable%

•

El receptor #lámpara eléctrica, motor, resistencia de la plancha%

 ' partir de lo e/puesto diremos que! "ircuito eléctrico es la trayectoria completa recorrida por la corriente a tra&és del conductor así como por el interior de la fuente electromotri$ y del receptor. Si ese camino se interrumpe, el circuito es abierto y cesa el paso de corriente. Efecto de la corriente eléctrica 

Efecto magnético! El pasaje eléctrico por un conductor genera un campo magnético. Efecto térmico! El pasaje de una corriente eléctrica a tra&és de un conductor  genera calor. Efecto químico! a corriente eléctrica, al atra&esar ciertas sustancias #ácidos, hidró/idos o sales en solución% pro&oca reacciones #descomposiciones químicas como la electrolisis%. En &irtud de este efecto se logra cromar, dorar o  platear metales.

 )rea! *ísica

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Sentido convencional y real de la corriente eléctrica 

Sentido con&encional o técnico! a corriente eléctrica tiene sentido de positi&o a negati&o. Sentido físico o electrónico! a corriente eléctrica tiene sentido de negati&o a  positi&o osotros adoptaremos el sentido con&encional, atento a que por su índole no altera en nada todo lo que estudiaremos. El sentido electrónico solamente tiene beneficio en el análisis de los procesos en &ál&ulas electrónicas.

Fuerza Electromotriz 

El efecto térmico pro&ocado por una corriente eléctrica pone en e&idencia la e/istencia de cierta energía. "omo esta no se pierde, sino que se transforma, resulta que esa corriente esta originada por una determinada energía, que llamaremos fuer$a electromotri$ #f.e.m.%. Esa energía la brindan las pilas, dinamos, acumuladores, etc., que son generadores de f.e.m. Electro! electricidad1 motri$! mo&imiento. +or lo tanto, la fuer$a electromotri$ es la energía que pone en mo&imiento las cargas eléctricas. E/presado de otra forma, podríamos decir que! a f.e.m., es el trabajo gastado para lograr el despla$amiento de la unidad de carga. En símbolos! e (fem) =

W q

E/presión matemática análoga a la de potencial eléctrico, por lo cual la f.e.m., se mide en &olt.

 )rea! *ísica

+ág -2

Pilas. Polos de una pila.

as pilas son históricamente el primer generador de corriente eléctrica. En 340, 5olta ideo la pila que lle&a su nombre. Esa pila la construyo apilando laminas de cobre y cinc, separadas por discos de fieltro embebidos en una solución de acido sulf6rico. a industria ha ido modificando este generador hasta lograr las llamadas pilas secas, tan difundidas en la actualidad para aplicar a aparatos de radioteléfono, linternas, &entiladores, juegos infantiles, etc. "omo consecuencia del efecto magnético y químico surge que la corriente eléctrica posee un determinado sentido. En efecto, seg6n sea este, la aguja se des&iara en uno u otro sentido, o bien, el desprendimiento de o/igeno o hidrogeno se produce en un tubo o en el otro. Se ha con&enido en llamar polo positi&o al terminal o placa donde se recoge el  o/igeno y polo negati&o al terminal en que se desprende el hidrogeno. os polos de una pila están dados por las placas de cobre #polo positi&o% y  cinc, que es el polo negati&o. 7na pila se representa gráficamente como indica la figura.

Galvanómetro 

"onsta de una aguja imantada dispuesta en el interior de una bobina por la cual circulara la corriente del circuito. "uando ello ocurre, la aguja sufre una determinada des&iación a causa del campo magnético creado. a bobina amplia el campo magnético originado alrededor de la aguja y así la hace más sensible al paso de peque8as intensidades.  'l cesar el paso de corriente, la aguja &uel&e a su posición primiti&a. En consecuencia! El gal&anómetro sir&e para indicar #o detectar% el paso de corriente eléctricas.

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El ángulo de des&iación producido en la aguja depende de la intensidad de la corriente, que pro&oca un mayor o menor campo magnético. "on una escala graduada en amperes se transforma en aparato medidor de intensidades conocido como amperímetro. El amperímetro es un aparato #gal&anómetro% para medir las intensidades de corrientes eléctricas. Formas de uso 

:anto el gal&anómetro como el amperímetro se aplican en serie, al circuito. Es decir intercalando el aparato de modo que la corriente pase por el. +ara ello se abre el circuito en ' y los e/tremos determinados se ajustan a los bornes del  aparato.

Corriente Continua 

a corriente eléctrica que estamos estudiando es la llamada corriente continua,  pues su sentido e intensidad se mantienen constantes. a corriente continua es el flujo continuo de electrones  a tra&és de un conductor   entre dos puntos de distinto  potencial . ' diferencia de la corriente alterna #"' en espa8ol , '" en inglés %, en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección #es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos%. 'unque com6nmente se identifica la corriente contin6a con la corriente constante #por ejemplo la suministrada por una batería%, es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad . Corriente Alterna 

a corriente alterna, tiene la particularidad de cambiar su sentido  periódicamente. Ese cambio puede producirse a ra$ón de 9;, homogéneo y uniforme esta dado por el  cociente entre la diferencia de potencial entre sus e/tremos y la intensidad que circula por el. En símbolos!

R  =

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V I

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eóstatos 

os reóstatos son simples resistencias &ariables. Eso se consigue mediante un dispositi&o llamado cursor que conecta el circuito con toda la resistencia. "omo esta es directamente proporcional a la longitud, se obtendrá la &ariación deseada de acuerdo con la longitud que se de a aquella, al correr el cursor, lográndose así modificar la intensidad de la corriente en el circuito.

&olt!metros 

Bal&anómetros es todo aparato que permite detectar el paso de corriente eléctrica. os &oltímetros son gal&anómetros empleados para medir diferencias de potencial entre dos puntos de un circuito. ?eempla$an con gran &entaja a los electrómetros. os &oltímetros son, entonces, gal&anómetros con escala con&enientemente calibrada en &olt y funcionan con el paso de corriente, es decir, establecen  potenciales electrodinámicos. os electrómetros en cambio, indican solamente  potenciales electrostáticos. +oseen en su interior resistencias de &alor considerable, y debido a ello la intensidad de la corriente que lo atra&iesa es muy peque8a, del orden del  miliampere. a escala del aparato esta graduada de modo que la lectura directa de la marca de la aguja nos indica &oltaje o diferencia de potencial entre los puntos considerados. El modo de cone/ión de un &oltímetro es en paralelo o deri&ación.

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Amper!metro 

7n amperímetro es un instrumento que sir&e para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito  eléctrico. 7n microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio. Si hablamos en términos básicos, el amperímetro es un simple gal&anómetro #instrumento para detectar peque8as cantidades de corriente% con una resistencia en serie, llamada shunt . Disponiendo de una gama de resistencias shunt, podemos disponer de un amperímetro con &arios rangos o inter&alos de medición. os amperímetros tienen una resistencia interna muy peque8a, por  debajo de  ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico. esistencia Interna de una Pila.

"omo los electrones tienen que pasar a tra&és del electrolito, deben &encer  una determinada resistencia, llamada resistencia interna de la pila. Esta resistencia interna aumenta con el tiempo. Este aumento de la resistencia interna se debe al fenómeno de polari$ación, que es el siguiente! en el proceso de electrolisis se produce hidrogeno, que &a recubriendo la lamina de cobre #hidrogeno no ioni$ado, que es mal conductor%.  ' medida que la cantidad de hidrogeno es mayor, se produce la aislamiento del  electrodo con la solución. Ello pro&oca un sensible aumento de la resistencia interna, a la &e$ que un progresi&o descenso de la f.e.m. de la pila A'rupaciones de esistencia 

os conductores, resistencia y aparatos eléctricos, de acuerdo con las necesidades, pueden conectarse en serie, paralelo o combinando esas cone/iones. A'rupamiento de resistencia en serie 

Dos o más resistencias están conectadas en serie cuando por todas ellas  puede pasar la misma corriente eléctrica, sin presentársele posibilidades de ramificarse o deri&arse. En la figura representamos un circuito conectado en serie.

Calculo de la resistencia total 

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+ág -; 

Se &erifica e/perimentalmente que! Dadas &arias resistencias conectadas en serie, la resistencia total es igual a la suma de aquellas En símbolos R  = R 1

+

R 2

+

R 3

A'rupamiento de resistencias en paralelo 

a agrupación de resistencias en paralelo consiste en deri&ar las corrientes a  partir de cierto punto del circuito. 'sí las resistencias ofrecen diferentes caminos a la corriente eléctrica. En la figura esquemati$amos tres resistencias en paralelo o deri&ación. Este tipo de cone/ión es la que se &erifica en las instalaciones domiciliarias.

Calculo de las resistencias en paralelo 

@atemática y e/perimentalmente se llega a la siguiente conclusión! a conductancia total #G?% es igual a la suma de las conductancias de las resistencias parciales colocadas en paralelo En definiti&a1 dadas dos o mas resistencias en paralelo, se pueden reempla$ar   por otra cuyo &alor se obtiene así se suman las conductancias parciales, ese &alor se in&ierte y tendremos el buscado. H sea! Dadas, ? , ? 0  y ? 2 agrupadas en paralelo, &alor de la conductancia #G?% total  será! 1 R t

1 =

R 1

1 +

R 2

1 +

R 3

A'rupación (i)ta de esistencias 

7na agrupación mi/ta esta representada en la figura #cone/ión de resistencias en serie y paralelo%

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+ág -

Corrientes *erivadas 

+uede ocurrir que a la corriente que circula por un circuito se le presenten, en determinado punto, dos o más caminos a seguir, el punto donde ello ocurre se llama nudo eléctrico. ?esulta entonces que la intensidad de la corriente debe repartirse por  diferentes caminos, como lo haría una corriente de agua que circula por un tubo en el momento de producirse una bifurcación.

Decimos entonces que esa corriente eléctrica se ha deri&ado y constituye las llamadas corrientes deri&adas. En ellas se cumple que!

El físico alemán Busta&o Airchoff estudio este aspecto de las corrientes y  estableció que se conocen como! "eyes de +irc$off  Primera "ey 

a suma de las intensidades en un nudo eléctrico es igual a cero.  )rea! *ísica

+ág -0 

En símbolos!

0

∑= 0 1

 ' tal efecto se consideran positi&as las que llegan al nudo eléctrico y negati&as las que salen de el, es decir que, toda la intensidad que llega es igual a toda la que sale de ese nudo. Se'unda ley, 

a &ariación de potencial o tensión en un circuito es nula1 no se produce caída de potencial. :ambién puede decirse que! a suma de caídas de tensión en un circuito es igual a la tensión aplicada. En símbolos =

I x R 

E

Ane)o, Capacitores o Condensadores  Condensador 

Es un aparato formado por dos conductores entre los cuales e/iste o puede originarse, una diferencia de potencial  Símbolo!

Armaduras de un Condensador 

Se llama así a los dos conductores que forman el aparato. Seg6n sus formas, pueden ser planos, esféricos o cilíndricos.

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Constante dieléctrica 

a constante dieléctrica de un aislador #o dieléctrico% es la ra$ón entre la capacidad del condensador en ese medio y la que tendría si sus placas estu&ieran separadas por aire #o &ació% En símbolos! =

Cε  C0

I! "onstante Dieléctrica " I ! "apacidad del condensador en el dieléctrico considerado " o! "apacidad del condensador en el &ació %ipos de condensadores  •

•

"ondensador de papel! "onsta de dos láminas de papel metálico #'luminio, esta8o, etc% entre las cuales se coloca papel de seda  parafinado como dieléctrico. uego se arrolla y queda como un cartucho, recubierto de cartón #tipo cilíndrico% y sellado con cera o parafina para impedir filtraciones de humedad.

"ondensadores de mica! Se emplean como patrones de capacidad. En general, sus armaduras son de esta8o, empleándose mica como dieléctrico pues al brindar hojas muy delgadas y de ele&ado coeficiente dieléctrico permite lograr la capacidad indicada.

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"ondensadores electrolíticos! "on estos se logran capacidades entre  y ;; J* #microfaradios%, sin necesidad de aumentar e/cesi&amente su tama8o, como ocurriría si fueran de papel o de mica. Estos condensadores tienen como dieléctrico una fina capa de un o/ido no conductor entre una placa metálica y una solución conductor.

"ondensadores &ariables! Son aquellos cuya capacidad puede cambiar  al modificar la posición de algunas de sus placas, mientras otras  permanecen fijas.

Cone)ión de condensadores 

"on el fin de lograr determinados efectos, los condensadores pueden unirse, asociarse o acoplarse entre si formando baterías de condensadores. Esta unión puede hacerse! En serie! En este caso la asociación se produce como indica la figura

 )rea! *ísica

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