Análisis Electrostático Tema: Conceptos básicos Objetivo: El alumno diferencia los campos eléctricos, magnéticos y electromagnéticos Carga eléctrica Electrón Conductores y aisladores Campo eléctrico Campo magnético Campo electromagnético

Que es la electricidad y el magnetismo? R= Es la rama de la física que estudia las leyes y fenómenos eléctricos y magnéticos. Que es la electrostática? R= Es la rama de la física que estudia las leyes y fenómenos producidos entre cargas eléctricas en reposo

Estructura del átomo La mejor manera de entender la electricidad y sus efectos es examinar el componente mas pequeño de cada elemento, el átomo. El átomo es la partícula mas pequeña en la que se puede dividir un elemento sin perder sus propiedades químicas. El átomo esta compuesto de tres elementos: electrones, protones y neutrones Núcleo Electrones

Definiciones Núcleo: parte del átomo que no se mueve y que está cargado positivamente, está formado de neutrones y protones. Electrón: pequeña partícula de carga negativa, que gira alrededor del núcleo. Protón: partícula de carga positiva, contenida en el núcleo. Neutrón: partícula neutra del núcleo que consiste en un protón y en un electrón ó partícula que carece de carga. - + - + Protón Electrón Neutrón

Definiciones (continuación) Atomo eléctricamente neutro: es aquel que posee igual numero de protones (cargas positivas) y de electrones (cargas negativas). Un átomo esta cargado positivamente o negativamente cuando pierde o gana electrones. Electrones fijos: Los electrones de las orbitas mas internas del átomo que no pueden ser expulsados tan fácilmente de sus órbitas. Electrones libres: Los electrones que han abandonado la orbita de un átomo y que vagan libremente por el material. Electricidad: El efecto que producen los electrones libres al trasladarse de un punto a otro.

Carga eléctrica La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas sub atómicas. En la naturaleza existen dos tipos de cargas negativas y positivas. La carga eléctrica se conserva, no se crea ni se destruye solo transporta de un cuerpo a otro. Cargas con signos iguales se repelen y con signo distinto se atraen.

Atracción y repulsión de cargas

Carga eléctrica (continuación) La carga esta cuantizada siendo el símbolo la letra “q” o “Q”. Se agrega un signo + cuando es carga positiva “q+”. Se agrega un signo - cuando es carga negativa “q-”. La unidad básica de carga es el electrón en el sistema internacional (S.I.) e- = -1.6021917E-19 C (Coulomb) La carga de un protón es e+ = +1.6021917E-19 C (Coulomb) Un Coulomb es aproximadamente igual ala carga de 6.24E18 electrones o protones.

Campo eléctrico Fuerzas a distancia: Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para ejercer su influencia, de ahí que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas a distancia. Una carga eléctrica siempre se encuentra rodeada de un campo eléctrico. Campo eléctrico: Es aquella región del espacio en términos físicos alrededor de una carga o mas, donde dejan sentir su influencia o sus efectos.

Representación de un campo eléctrico alrededor de una carga.

Campo eléctrico (continuación) El campo eléctrico es invisible, pero es posible medir la fuerza e intensidad que ejercen sobre otros cuerpos cargados. El campo eléctrico siempre esta presente en una carga eléctrica, independientemente si la carga está en reposo o en movimiento; mientras que el campo magnético solo esta presente cuando las cargas están en movimiento.

Líneas de campo Michael Faraday introdujo el concepto de líneas de fuerza para poder representar gráficamente el campo eléctrico. Las líneas de fuerza que representan al campo eléctrico de una carga positiva, salen radialmente de la carga. Las líneas de fuerza en una carga negativa llegan radialmente a la carga.

Aplicaciones del campo eléctrico Tarea 1 Investigar aplicaciones prácticas de los campos eléctricos.

Campo magnético El magnetismo es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Porque decimos es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza? R= Porque existen elementos que poseen este poder denominando: imán. La magnetita es un mineral de hierro cuyas propiedades de atracción se denomina magnetismo. El magnetismo al igual que el campo eléctrico es una fuerza invisible que solo observarse por los efectos que produce.

Campo magnético (continuación) Campo Magnético es aquella región del espacio donde una partícula cargada y en movimiento produce una fuerza llamada fuerza magnética A diferencia de campo eléctrico, el campo magnético solo se produce cuando una partícula cargada está en movimiento. Existen dos formas de crear campos magnéticos A través de imanes Haciendo circular una corriente a través de un conductor

Campo magnético de un imán El campo magnético se puede representar dibujando líneas de fuerza invisibles que abandonan el imán por un punto y entran por el otro. Las líneas invisibles se llaman líneas de flujo.

Campo magnético de un imán (continuación) La cantidad de líneas por centímetro cuadrado se llama densidad de flujo. No es posible aislar un solo polo, los polos magnéticos siempre se encuentran en pares. Los puntos donde entran y salen las líneas de flujo se llaman polos.

Campo magnético de un imán (continuación) El polo por donde salen las líneas de flujo se llama polo norte. El polo por donde entran las líneas de flujo se llama polo sur. Las líneas de fuerza se rechazan entre sí, sin cruzarse ni tocarse jamás.

Campo magnético de un imán (continuación) Polos opuestos se atraen Polos iguales se rechaza.

Campo magnético en un conductor Una forma de crear un campo magnético es, hacer circular una corriente a través de un conductor.

Demostración Podemos hacer la demostración de lo anterior, colocando un alambre de cobre encima y paralelo a la aguja de una brújula y conectando el alambre a una batería o pila.

Aplicaciones Tarea 2 Investigar aplicaciones prácticas de los campos magnéticos.

Campo electromagnético Se denomina campo electromagnético al conjunto de campos oscilatorios eléctrico y magnético que se manifiestan en forma de ondas.

Campo electromagnético (continuación) Un campo magnético variable produce un campo eléctrico. Ley de Faraday. Un campo eléctrico variable produce un campo magnético. Ley de Ampere. Existen dos clases de ondas electromagnéticas Las emitidas o radiadas desde fuentes de tamaño atómico como los rayos gamma, rayos X y luz visible Las generadas por medios eléctrico, como las ondas de radio.

Propiedades de las ondas electromagnéticas El campo magnético es siempre perpendicular al campo eléctrico. Los campos eléctricos y magnéticos son siempre perpendiculares al avance de las ondas, por lo tanto se considera que son ondas transversales. Los campos varían senoidalmente con la misma fase (sincronismo).

Espectro electromagnético Se denomina espectro electromagnético, al conjunto de ondas como los rayos Gamma, los rayos X, luz ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos y ondas de radio que están agrupadas de acuerdo a su frecuencia y longitud de onda. Se asignan nombres a los diferentes intervalos de frecuencia y longitud de onda de las ondas electromagnéticas, se exponen en un cuadro llamado espectro electromagnético.

Lejano / submilimétrico   Longitud de onda Frecuencia Energía Radio Muy Baja Frecuencia > 10 km < 30 Khz < 1.99 e-29 J Onda Larga < 10 km > 30 Khz > 1.99 e -29 J Onda media < 650 m > 650 Khz > 4.31 e-28 J Onda corta < 180 m > 1.7 Mhz > 1.13 e-27 J Muy alta frecuencia < 10 m > 30 Mhz > 2.05 e-26 J Ultra alta frecuencia < 1 m > 300 Mhz > 1.99 e-25 J Microondas < 30 cm > 1.0 Ghz > 1.99 e-24 J Infrarrojo Lejano / submilimétrico < 1 mm > 300 Ghz > 199 e-24 J Medio < 50 um > 6.0 Thz > 3.98 e-21 J Cercano < 2.5 um > 120 Thz > 79.5 e-21 J Luz Visible < 780 nm > 384 Thz > 255 e-21 J Ultravioleta < 380 nm > 789 Thz > 523 e-21 J Extremo < 200 nm > 1.5 Phz > 993 e-21 J Rayo X < 10 nm > 30.0 Phz > 19.9 e-18 J Rayos Gamma < 10 pm > 30.0 Ehz > 19.9 e-15 J

Conductores Los conductores son materiales que ofrecen muy poca oposición al paso de corriente y por lo tanto se les emplea para conducir electricidad. Los conductores eléctricos son aquellos materiales en los cuales algunos electrones están libres y no están unidos a sus átomos, por lo cual, pueden moverse con relativa facilidad a través del material. Los mejores conductores son: El oro La plata El platino El cobre El aluminio

Aisladores Los aisladores eléctricos son aquellos materiales en los cuales todos los electrones están unidos al átomo y no pueden moverse libremente a través del material. Ejemplos de materiales aislante La cerámica La mica El vidrio La madera La baquelita

Aisladores (continuación) Conductores como aisladores conducen corriente pero en cantidades sumamente distintas.

Aisladores (continuación) El paso de corriente de un aislador es tan pequeño que por lo general se considera nula o despreciable. Esta pequeña corriente nula o despreciable se llama corriente de fuga.

Fin tema de conceptos básicos