ELECTROMAGNETISMO

Electromagnetismo from Fabricio Fernandez Marquez

leyes de Kirchoff

Leyes de kirchoff from Fabricio Fernandez Marquez

corriente eléctrica 

Se denomina corriente eléctrica al flujo de carga eléctrica a través de un material sometido a una diferencia de potencial. 

A partir de la corriente eléctrica se definen dos magnitudes: la intensidad y la densidad de corriente.

intensidad

La intensidad de corriente eléctrica(I) es la cantidad de electricidad o carga eléctrica(Q) que circula por un circuito en la unidad de tiempo(t). Para denominar la Intensidad se utiliza la letra I y su unidad es el Amperio(A)

Si consideramos el flujo de carga que atraviesa una determinada sección S de un conductor, el resultado es la intensidad de corriente

Macroscopicamente:  la intensidad se establece y se mide con el amperimetro.

Intensidad es una escalar y se mide en 1A.

Densidad de Corriente Eléctrica

La densidad de corriente eléctrica, es la relación que existe entre el valor de la Intensidad de corriente eléctrica que circula por un conductor y la sección geodinámico del mismo. Se Representa con la letra D

web grafía 

http://lafisicaparatodos.wikispaces.com/Corriente+Electrica

http://www.etitudela.com/Electrotecnia/principiosdelaelectricidad/tema1.2/contenidos/01d569940f0a8ba01.html

Se denomina condensador al dispositivo formado por dos placas conductoras cuyas cargas son iguales pero de signo opuesto. Básicamente es un dispositivo que almacena energía en forma de campo eléctrico. Al conectar las placas a una batería, estas se cargan y esta carga es proporcional a la diferencia de potencial aplicada, siendo la constante de proporcionalidad la capacitancia: el condensador.

ECUACION

Donde Q es la carga de una de las placas y V la diferencia de potencial entre ellas. La unidad de la capacitancia es el Faradio y la podemos definir como:

Es la capacidad de un condensador, en el que sometidas sus armaduras a una diferencia de potencial de un voltio, esta adquiere una carga eléctrica de un coulomb.

La unidad del Faradio es muy grande (un condensador de placas paralelas de un Faradio, ocuparía un área aproximada de 1011m² que en la práctica es imposible)              por lo tanto para fines prácticos se utilizan submúltiplos como: micro Faradio 10^-6F, nano Faradio 10^-9F y el picofaradio 10^-12F.
Los condensadores tienen muchas formas geométricas y aquí estudiaremos solo tres, que son: Los de placas paralelas, los cilíndricos y los esféricos.

CONDENSADOR DE PLACAS PLANAS

Es aquel condensador formado por dos láminas conductoras de área A y separadas paralelamente por una distancia d, que es pequeña comparada con las dimensiones de las aristas del área (fig.6.3). Al conectar el condensador a una fuente de poder (dispositivo que suministra energía eléctrica) cada una de las placas adquiere una carga de valor Q. De la sección de campo eléctrico, tenemos que el campo total entre dos placas planas paralelas era:

                                             

ENERGÍA ALMACENADA EN UN CONDENSADOR

En el proceso de cargar un condensador, se va generando un campo eléctrico en toda la región entre placas, lo cual implica una cantidad de energía eléctrica cuya densidad es proporcional al cuadrado de la magnitud del campo eléctrico. Esta energía es proporcionada externamente y consiste en el trabajo que se debe realizar para colocar una carga extra y del mismo signo sobre la placa ya parcialmente cargada, venciendo la repulsión coulombiana. En virtud de que el campo eléctrico generado es conservativo, el condensador almacena esta energía suministrada.

Trabajo

A medida que aumenta la carga en el condensador, aparece una pequeña diferencia de potencial que va aumentando en forma lineal.

CONEXION DE CONDENSADORES

El fin de estas conexiones es tener una mayor o menor capacitancia en un circuito.

Tres o mas condensadores están conectados en paralelos cuando se conectan de la manera que están en la figura.6.6.

Las primeras tres placas están conectadas al terminal positivo, mientras que que las otras tres están conectadas al terminal negativo. De esta forma, la diferencia de potencial entre las placas del condensador es la misma para todas. La carga suministrada por la fuente se reparte entre los tres condensadores.

CONDENSADORES EN SERIES

Tres o mas condensadores estan conectados en serie cuando se conectan como  en la fig.( 6.7).

Al conectarse los condensadores a la pila o bateria, se extraen electrones de la placa izquierda de C1, los cuales son trasladados a la placa derecha de C3, como consecuencia ambas= placas adquieren la misma carga, despues la placa derecha de C1 se carga por induccion se carga con signo contrario, y este proceso continua con C2.

La carga de los condensadores es la misma para cada uno de los condensadores que intervienen en la conexión.

Campo eléctrico 

El campo eléctrico existe cuando existe una carga y representa el vínculo entre ésta y otra carga al momento de determinar la interacción entre ambas y las fuerzas ejercidas. Tiene carácter vectorial (campo vectorial) y se representa por medio de líneas de campo. Si la carga es positiva, el campo eléctrico es radial y saliente a dicha carga. Si es negativa es radial y entrante.


La unidad con la que se mide es:



La letra con la que se representa el campo eléctrico es la E.


Al existir una carga sabemos que hay un campo eléctrico entrante o saliente de la misma, pero éste es comprobable únicamente al incluir una segunda carga (denominada carga de prueba) y medir la existencia de una fuerza sobre esta segunda carga.

Algunas características

- En el interior de un conductor el campo eléctrico es 0.
- En un conductor con cargas eléctricas, las mismas se encuentran en la superficie.

conductor aislante macizo

MEDIOS GUIADOS:

Se conoce como medios guiados a aquellos que utilizan unos componentes físicos y sólidos para la transmisión de datos. También conocidos como medios de transmisión por cable. 

CABLE COAXIAL.

El cable coaxial es un medio de transmisión relativamente reciente y muy conocido ya que es el más usado en los sistemas de televisión por cable. Físicamente es un cable cilíndrico constituido por un conducto cilíndrico externo que rodea a un cable conductor, usualmente de cobre. Es un medio más versátil ya que tiene más ancho de banda (500Mhz) y es más inmune al ruido. Es un poco más caro que el par trenzado aunque bastante accesible al usuario común. Encuentra múltiples aplicaciones dentro de la televisión (TV por cable, cientos de canales), telefonía a larga distancia (puede llevar 10.000 llamadas de voz simultáneamente), redes de área local (tiende a desaparecer ya que un problema en un punto compromete a toda la red).
Tiene como características de transmisión que cuando es analógica, necesita amplificadores cada pocos kilómetros y los amplificadores más cerca de mayores frecuencias de trabajos, y hasta 500 Mhz; cuando la transmisión es digital necesita repetidores cada 1 Km y los repetidores más cerca de mayores velocidades transmisión.
La transmisión del cable coaxial entonces cubre varios cientos de metros y transporta decenas de Mbps.

Consiste en un cable conductor interno (cilíndrico) separado de otro cable conductor externo por anillos aislantes o por un aislante macizo. Todo esto se recubre por otra capa aislante que es la funda del cable.
Este cable, aunque es más caro que el par trenzado, se puede utilizar a más larga distancia, con velocidades de transmisión superiores, menos interferencias y permite conectar más estaciones. Se suele utilizar para televisión, telefonía a larga distancia, redes de área local, conexión de periféricos a corta distancia, etc...Se utiliza para transmitir señales analógicas o digitales. Sus inconvenientes principales son: atenuación, ruido térmico, ruido de intermodulación.
Para señales analógicas se necesita un amplificador cada pocos kilómetros y para señales digitales un repetidor cada kilómetro.

                   

Tipos de cable coaxial.

Hay dos tipos de cable coaxial:
• Cable fino (Thinnet).
• Cable grueso (Thicknet).

• Para transmisión en banda ancha.
Con una impedancia característica de 75 ohmios.Utilizado en transmisión de señales de televisión por cable (CATV, "Cable Televisión").

• Para transmisión en banda base.
Con una impedancia característica de 50 ohmios. Utilizado en LAN´s. Dentro de esta categoría, se emplean dos tipos de cable: coaxial grueso ("thick") y coaxial fino ("thin"). 

Coaxial grueso ( "thick" ):
Es el cable más utilizado en LAN´s en un principio y que aún hoy sigue usándose en determinadas circunstancias (alto grado de interferencias, distancias largas, etc.).
Los diámetros de su alma/malla son 2,6/9,5 mm. Y el del total del cable de 0,4 pulgadas (aprox. 1 cm.). Como conector se emplea un transceptor ("transceiver") relativamente complejo, ya que su inserción en el cable implica una perforación hasta su núcleo (derivación del cable coaxial mediante un elemento tipo "vampiro" o "grifo").

Coaxial fino ( "thin" ): 
Surgió como alternativa al cable anterior, al ser más barato,flexible y fácil de instalar. Los diámetros de su alma/malla son 1,2/4,4 mm, y el del cable sólo de 0,25 pulgadas (algo más de 0,5 cm.). Sin embargo, sus propiedades de transmisión (perdidas en empalmes y conexiones, distancia máxima de enlace, protección gerente a interferencias, etc.) son sensiblemente peores que las del coaxial grueso. Con este coaxial fino se utilizan conectores BNC ("British National Connector") sencillos y de alta calidad Ofrecen más seguridad que los de tipo "grifo", pero requieren un conocimiento previo de los puntos de conexión.
Hasta hace poco, era el medio de transmisión más común en las redes locales. El cable coaxial consiste en dos conductores concéntricos, separados por un dieléctrico y protegido del exterior por un aislante (similar al de las antenas de TV).
Existen distintos tipos de cable coaxial, según las redes o las necesidades de mayor protección o distancia. Este tipo de cable sólo lo utilizan las redes EtherNet. 

               

Ventajas del cable coaxial:

• La protección de las señales contra interferencias eléctricas debida a otros equipos, fotocopiadoras, motores, luces fluorescentes, etc. 
• Puede cubrir distancias relativamente grandes, entre 185 y 1500 metros dependiendo del tipo de cable usado.

Ley de Gauss. Forma Integral

La integral de área del campo eléctricosobre cualquier superficie cerrada es igual a la carga neta encerrada en esa superficie dividida por la permitividad del vacío. La ley de Gauss es una forma de una de las ecuaciones de Maxwell, las cuatro ecuaciones fundamentales de la Electricidad y el Magnetismo.

La ley de Gauss permite la evaluación del campo eléctrico en muchas situaciones prácticas, mediante la formación de superficies gausianas simétricas alrededor de una distribución de cargas y la evaluación del flujo eléctrico a través de esa superficie.

  

                                                     

Flujo Eléctrico

El concepto de flujo eléctrico es de utilidad en la asociación con la ley de Gauss. El flujo eléctrico a través de un área plana se define como el campo eléctrico multiplicado por la componente del área perpendicular al campo. Si el área no es plana, entonces la evalución del flujo requiere generalmente una integral de área puesto que el ángulo estará cambiando continuamente.

Cuando se usa el área A en una operación vectorial como esta, se entiende que la magnitud del vector es igual al área y la dirección del vector es perpendicular al área.

                            Resistividad

La resistividad es la propiedad que posee cualquier material de oponerse a que la corriente eléctrica viaje a través de ello. Una roca, por ejemplo una lutita (roca sedimentaria), es altamente resistiva puesto que la permeabilidad que pudiera almacenar fluidos que transportan fácilmente la corriente eléctrica es prácticamente nula. La resistividad depende de la sal disuelta en los fluidos presentes en los poros de las rocas. Proporciona evidencias del contenido de fluidos en las rocas. Si los poros de una formación contienen agua salada presentará alta conductividad y por lo tanto la resistividad será baja, pero si están llenos de petróleo o gas presentará baja conductividad y por lo tanto la resistividad será alta. Las rocas compactas poco porosas como las calizas masivas poseen resistividades altas.

                                     
                          MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES                                                                              
En función de si un material especifico transmite con mayor o menor facilidad la corriente eléctrica, hablamos de conductores y aislantes.

Un conductor eléctrico es un cuerpo que transmite la corriente eléctrica a través de el. Los materiales que mayor conducen la corriente son los metales, aunque hay otros como el grafito y el agua, cuando tiene disuelta alguna sal.

 Un aislante eléctrico es un material que no permite el paso de corriente a través de si, existen distintos tipos de aislantes, unos son los naturales como la madera y otros son los artificiales, que son aquellos materiales plásticos.

No todos los metales conducen la corriente con la misma facilidad: el mejor conductor conocido es la plata, seguido de cerca por el cobre, y algo menos el oro y el aluminio. Lógicamente, el alto precio de los metales preciosos como la plata hacen inviable su uso como conductores de amplio uso, por lo que se utiliza habitualmente el cobre. En los casos en los que se necesita menos peso, se pone aluminio, que aunque presenta una conductividad menor que el cobre, es bastante más ligero. Los demás metales, como el hierro, el acero, el latón, etcétera, conducen peor la electricidad, es decir, oponen más resistencia al paso de la corriente y generan muchas más pérdidas por calor.

La mayor o menor facilidad para conducir la corriente eléctrica se basa en la estructura atómica de los materiales. Los elementos de tipo metálico están formados por átomos que contienen pocos electrones en su nivel más externo; los átomos están cerca unos de otros, de forma que esos electrones externos están compartidos por todos los átomos, formando una nube donde los electrones pueden moverse libremente, lo que explica la conductividad eléctrica, y también las propiedades típicamente metálicas, como la ductilidad, la maleabilidad y el brillo.

En el resto de materiales, esos electrones del último nivel están fijos, bien localizados en las moléculas; no se pueden mover, por lo que esos materiales no conducen la electricidad, y son aislantes.

                                                           Carga eléctrica

La carga eléctrica es una magnitud física característica de los fenómenos eléctricos. La carga eléctrica es una propiedad de los cuerpos. Cualquier trozo de materia puede adquirir carga eléctrica.

La electricidad estática es una carga eléctrica que se mantiene en estado estacionario (en reposo) sobre un objeto, causada por la pérdida o ganancia de electrones.

Todo cuerpo se compone de átomos, cada uno de los cuales posee igual número de electrones y protones.

Los electrones poseen una carga negativa, y los protones una carga positiva. Estas cargas se contrarrestan unas a otras, para que el objeto resulte neutro (no cargado).

Pero al frotar, por ejemplo, un peine o peineta sobre un chaleco los electrones saltan del chaleco al peine y éste se carga de electricidad estática.

El peine pasa a tener más electrones que protones y se carga negativamente, mientras que el chaleco con más protones que electrones, se carga positivamente.

Por lo tanto, se pueden definir dos tipos de cargas eléctricas:

1.- Carga positiva: Corresponde a la carga del protón.

2.- Carga negativa: Corresponde a la carga del electrón.

Las cargas eléctricas no se crean al frotar un cuerpo, sino que se trasladan.

Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen.

Igual signo: se repelen	Distinto signo: se atraen

En todos los fenómenos eléctricos que se originan en el interior de un sistema aislado, vale la ley de conservación de cargas , según la cual la suma de las cargas eléctricas positivas menos la de las cargas negativas se mantiene constante.

La unidad con que se mide la carga eléctrica es el coulomb (C), en honor a Charles Coulomb,  y que corresponde a lo siguiente:

1 Coulomb = 6,25x10¹⁸ electrones. Por lo que la carga del electrón es de 1,6x10^-19 C.

Para lograr que un cuerpo quede cargado eléctrica mente requerimos que haya en él un exceso de uno de los dos tipos de carga (+ o – ), lo cual podemos lograr haciendo uso de diferentes procesos, como el frotamiento (ya visto en el ejemplo del peine), el contacto y la inducción.