CARGA Y CORRIENTE ELÉCTRICA ELECTRICIDAD CARGA Y CORRIENTE ELÉCTRICA

Investigar en la red ¿Qué es la electricidad? Usando el modelo atómico de Bohr explicar cómo se produce la electrificación de la materia. ¿Qué es la corriente eléctrica y cuál es la diferencia con la electricidad? Investigar y dibujar los Diagramas de Bandas para materiales conductores, aislantes y semiconductores.

ELECTRICIDAD Fenómeno originado por el la presencia o ausencia, o el movimiento que experimentan los electrones en la materia. Es una forma de energía que puede transformarse en otros tipos de energía como la mecánica, la luminosa, el calor… etc.

LAS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS Y LA CARGA ELÉCTRICA 6 12 Protón (+) Neutrón (0) Electrón (-) Número atómico (Z): No. de Protones = 6 Masa atómica (A): Protones + Neutrones = 12

CARGA ELÉCTRICA EN EL ÁTOMO +1 -1 Protón (+) Neutrón (0) Electrón (-)

Los electrones son las partículas atómicas que generan la electricidad. La carga se produce por el paso de electrones de un objeto a otro. Un “exceso” de electrones produce carga negativa. Una “falta” de electrones genera una carga positiva. Por lo tanto “La carga eléctrica NO se crea ni se destruye, SÓLO se transfiere”

FORMAS DE ELECTRIZAR UN OBJETO Por frotamiento: Electrización por frotamiento Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.

Electrización por contacto Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga

Electrización por inducción  Cuando acercamos un objeto electrizado a uno neutro, se establece una interacción eléctrica entre ambos objetos. Las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste. Nota: Aunque la carga total de la esfera sigue siendo neutra, se forman dos polos eléctricos: uno positivo y otro negativo.

CARGA TOTAL DE UN OBJETO (q) q = ne q: carga eléctrica (C) n: # partículas (electrones o protones) e: carga eléctrica fundamental (1.6 x 10 -19 C)

F U E R Z A FUERZA ELÉCTRICA “ cargas opuestas se atraen, cargas iguales se rechazan” F U E R Z A

LEY DE COULOMB "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario". F: Fuerza eléctrica (N) K: Constante eléctrica, K = 9X109 Nm2/C2 q: Carga eléctrica (C) r: Distancia (m)

Un poco de talacha… Una esfera tiene una carga negativa de 648 x 10 -19 C ¿Cuántos electrones tiene en exceso? Determina la carga neta sobre un objeto que tiene un exceso de 6 x 10 10 protones. Dos cargas de – 4 x10 -6 C y de 12 x 10 -6 C se encuentran separadas una distancia de 1 mm ¿Cuál es el valor de la fuerza eléctrica entre ellas? ¿Cuál debe ser la separación entre dos cargas eléctricas de 4 x10 -6 C y de 6 x 10 -6 C, si la fuerza es de 8 x 10 -3 N? Dos cargas eléctricas experimentan una fuerza de 0.0064 N, cuando están separadas una distancia de 3mm si una de las cargas es de 2 C ¿Cuál es el valor de la otra carga eléctrica?

Campo eléctrico (E) Región del espacio que rodea a una carga eléctrica y en la que se experimentan los efectos de su fuerza sobre una carga de prueba Se representa con la letra E y sus unidades son N/c Su formula es:

CAMPO ELÉCTRICO

Características del campo eléctrico Se representa con flechas que salen de la carga positiva y entran en la carga negativa. Cómo son flechas y tienen magnitud, sentido y dirección el campo eléctrico es un vector.

Relaciones de campo eléctrico qo Si se considera la fuerza y valor de la carga de prueba, entonces la relación es: F r q Si tienen el valor de la carga inicial (q) y el valor de la distancia (r), entonces la relación es:

TALACHA Una carga eléctrica de 0.05C está a 2 mm de otra, ¿Qué campo eléctrico ejerce? Una carga eléctrica de 2x10 – 3 C ejerce una fuerza de – 0.006 N sobre otra. ¿Cuál es el valor del campo eléctrico?

EJERCICIOS Se tienen dos electrones en exceso en un átomo de carbono, separados por una distancia de 3 x 10 -9 m Calcular la carga eléctrica total en el átomo Calcular la fuerza eléctrica entre los dos electrones e indicar si es de atracción o repulsión. Indicar el campo eléctrico entre ambas cargas usando las dos formulas vistas y comprobar que el resultado es el mismo.

Resistencia, intensidad y voltaje Corriente eléctrica Resistencia, intensidad y voltaje

Materiales y su comportamiento eléctrico AISLANTES: son los que no permiten el paso de la corriente eléctrica, ejemplo: madera, plástico, etc. CONDUCTORES: Permiten el paso de la corriente eléctrica, por ejemplo: todos los metales. SEMICONDUCTORES: Aquellos que conducen la electricidad bajo ciertas condiciones de temperatura o de pureza,.

Circuito eléctrico Un circuito eléctrico es un arreglo que permite el flujo completo de corriente eléctrica bajo la influencia de un voltaje. Un circuito eléctrico típicamente está compuesto por conductores y cables conectados a ciertos elementos de circuito como aparatos que aprovechan el flujo y dispositivos que lo regulan.

Variables en un circuito eléctrico Corriente eléctrica: Flujo de electrones en un circuito eléctrico. Es estudiada por la Electrodinámica. Resistencia (Ω) Potencial (v) Intensidad (a)

RESISTENCIA, INVERSAMENTE, DIRECTAMENTE, INTENSIDAD LEY DE OHM R = V/I V = RI I= V/R “La _______de la corriente eléctrica es________ proporcional al potencial e __________ proporcional a la ________” RESISTENCIA, INVERSAMENTE, DIRECTAMENTE, INTENSIDAD

RESISTENCIA ELÉCTRICA EN SERIE Las resistencias se conectan una detrás de otra. La intensidad es la misma, pero el potencial disminuye. La resistencia total se calcula sumando las resistencias individuales: EN PARALELO Las resistencias se conectan directamente a la fuente de poder. La intensidad disminuye, pero el voltaje es el mismo. La resistencia total se calcula sumando los inversos de las resistencias individuales:

DIAGRAMA RESISTENCIAS EN SERIE

RESISTENCIA EN PARALELO

Ejemplo: Se tiene 3 resistencias de 8 , 4  y 6  respectivamente. Calcular la resistencia equivalente, si se conectan en serio o en paralelo. Serie : Rt = R1 + R2 + R3 Rt = 8 + 4 + 6 = 18  Paralelo : Rt = 1 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 1 1/8 + 1/4 + 1/6 = 1 = 1.85  0.54

EJERCICIOS Calcular la intensidad de una corriente que pasa por un conductor que tiene una resistencia de 2.5 ohms y está conectado a dos pilas de 3 v C/U. 3 resistencias de 10, 20 y 30 ohms respectivamente se conectan en serie y luego en paralelo a un circuito alimentado a 112 V. calcular la intensidad de corriente en cada caso.

CAPACITANCIA Es la capacidad de un dispositivo para almacenar una carga eléctrica. Capacitor o condensador: dispositivo que almacena carga eléctrica entre sus conductores y un dieléctrico. Funciona con un campo eléctrico, que almacena energía lentamente en sus placas, alimentado por su batería durante algunos segundos, para descargarlo rápidamente en sólo algunos milisegundos (impulso eléctrico). Su símbolo y su fórmula son:

¿CÓMO FUNCIONA? Funciona con un campo eléctrico. Almacena energía lentamente entre sus placas, alimentado por una batería durante algunos segundos Se descarga rápidamente, en solo algunos milisegundos (impulso eléctrico).

RESISTENCIA CAPACITOR

CIRCUITOS: SERIE

CIRCUITOS: PARALELO

CAPACITANCIA ELÉCTRICA EN SERIE Los capacitores se conectan uno detrás de otro. La capacitancia total se calcula sumando los inversos de las capacitancias individuales : EN PARALELO Los capacitores se conectan directamente a la fuente de poder. La capacitancia total se calcula sumando las capacitancias individuales:

CIRCUITO RC Está compuesto de resistencias y condensadores alimentados por una fuente eléctrica. Un circuito RC de primer orden está compuesto por un resistor y un condensador y es la forma más simple de un circuito RC.

EJERCICIOS Calcular la capacitancia de un circuito que tiene dos capacitores de 2.5 C y está conectado a dos pilas de 3 v C/U. En serie y en paralelo. Calcular la capacitancia de 1 circuito formado por una resistencia de 5 ohms conectada ANTES de un capacitor que puede almacenar una carga de 0.5 amp, cuando el potencial de la fuente de poder es de 10 v.

POTENCIAL ELÉCTRICO Potencial eléctrico: Es la energía potencial de una carga entre el valor de la carga. V = Ep/q Ejemplo: calcular el potencial eléctrico de una carga de .0025 C que se encuentra en un campo eléctrico con una energía potencial de 0.05 J. V = 0.05 J /.0025 C = 2 v

POTENCIA ELÉCTRICA Potencia: es la velocidad a la que se consume la energía eléctrica. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”. Un J/seg equivale a 1 watt (w), por tanto, la unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “w”. Por ejemplo, un foco de 100 w, equivale al consumo de 100 J en un segundo.

Por ejemplo, un foco de 100 w, consume 100 j de energía en 1 segundo:

Relaciona las siguientes columnas ( ) Transforma la corriente eléctrica a diferentes voltajes. ( ) Genera Corriente eléctrica. ( ) Es la oposición al paso de corriente. ( ) Convierte la corriente eléctrica en movimiento que se puede utilizar. ( ) Acumula carga eléctrica Resistencia Motor Transformador Acumulador o capacitor Generador

FLUJO ELÉCTRICO Su formula es:  = (E)(S)cos En la que E es campo eléctrico S es superficie y  es el ángulo entre la normal del plano (N) y el campo eléctrico. Flujo del campo eléctrico (E) es una magnitud escalar que representa el número de líneas de campo que atraviesan una superficie. N Su unidad es el Newton por metro cuadrado sobre coulomb (N·m2/C).

Tres posibilidades de flujo: Normal paralela a flujo. Si el ángulo () es de 0°,entonces cos 0 = 1 y todo el flujo pasa por la superficie:  = ES Si el ángulo () está entre 0° y 90°, entonces cos es mayor que 0 y menor a 1, por lo que el flujo es:  = Escos  Normal perpendicular a flujo. Si el ángulo () es de 90°,entonces cos 90 = 0 y no hay flujo por la superficie:  = ES = 0

Ejercicios: Una antena de disco de 0.5 m de radio, se somete a un campo eléctrico de 3000 N/C. Calcular el flujo eléctrico: Si la normal está a 30° de inclinación. Si la normal es perpendicular al campo eléctrico. Si la normal es paralela al campo eléctrico.