Electricidad y magnetismo:

Electricidad: son los efectos que llega a causar un electrón y se llega a manifestar por numerosos fenómenos.

Electrónica: Estudia la conducción de la electricidad átravez de las 3 formas más conocidas:

1) Gases2) Vacío 3) materiales semiconductores.

Tipos

Electricidad Dinámica: Estudia a las cargas en movimiento dentro de un conductor, es decir estudia las corrientes eléctricas y los fenómenos que la originan.

Electricidad Estática: Estudia las cargas eléctricas en reposo o en leve movimiento así como también sus campos eléctricos y sus potenciales.

Electricidad Cinética: Estudia el movimiento de cargas eléctricas, en corrientes estacionarias en circuitos eléctricos y del movimiento de partículas electrificadas en campos eléctricos y magnéticos .

Corriente Alterna: Estudia a la corriente eléctrica cuyo sentido se invierta periódica y ordinariamente varias veces por segundo.

Materiales Conductores y Aisladores

Conductores: Son aquellos materiales que tiene la facilidad de dejar fluir la corriente electrica. Porque en su estructura atómica en la ultima orbita tiene electrones libres que van a ser desplazados por otros electrones. Ejem: La plata, el oro, el cobre, aluminio y la fibra óptica.

Aisladores (dieléctricos): son aquellos materiales que ofrecen una gran oposición al flujo de electrones. Por que en su estructura atómica en la ultima orbita los electrones están muy sujetos al nucleo y por lo tanto no se pueden desplazar. Se utiliza para aislar la corriente eléctrica en los conductores para no tener un contacto directo. Ejem: El vidrio, el papel, la mica, el asbesto y algunos materiales plásticos.

Semiconductores:.los semiconductores se encuentran a medio camino entre un conductor y un aislante, pues en algunos casos permiten la circulación de la corriente eléctrica y en otros no. Ejem: Germanio y Sicilio

Carga y Campo Electrico ( Ley de Coulomb)

Carga Electrica (q): Es la propiedad que tienen las partículas que forman al atomo y a la materia. Algunos autores definen la carga eléctrica de algún cuerpo como el exceso o déficit de electrones. Su unidad básica es el electron pero por ser tan pequeño se utiliza el Coulomb = 6.25 trillones de electrones (6.25 x 10 18 electrones).

Cuando un cuerpo tiene exceso de electrones se dice que tiene carga eléctrica negativa, en cambio cuando tiene un déficit de electrones se dice que tiene carga eléctrica positiva y cuando tiene el mismo numero de electrones y protones se dice que su carga eléctrica es neutra.

Ley de las cargas Electricas: Cuerpos de la misma carga se repelen y cuerpos de cargas diferentes se atraen.

Ley de Coulomb : La fuerza de atracción o repulsión entre 2 cuerpos electrizados en el aire o en el vacio, es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

F= K q1q2

r2

Donde:

F = Fuerza de atracción o repulsión , se mide en Newtons (N)

K= constante de permitivadad, en el aire o en el vacio su valor es 9 x 109 N m2/Coul2

q1 = carga eléctrica del primer cuerpo, se mide en Coulombs (Coul)

q2 = carga eléctrica del segundo cuerpo, se mide en Coulombs (Coul)

r = distancia de separación entre los cuerpos, se mide en metros

Las unidades serian:

Newtons (N) = (N m 2 /Coul 2 )(Coul)(Coul)

m2

Campo electrico: es la zona en donde un cuerpo con carga electrica ejerce una fuerza de atracción o repulsión con respecto a otro cuerpo electrizado.

Formas de Electrizar un cuerpo

Por Friccion: Consiste en frotar enérgicamente un cuerpo contra otro en donde uno de ellos va a ganar electrones y el otro va a tener mas protones que electrones.

Por Contacto: Cuando un cuerpo electrizado toca a otro que no lo esta, haciendo que las cargas eléctricas del cuerpo electrizado pasen al cuerpo neutro o viceversa.

Por Induccion: Cuando un cuerpo electrizado se acerca a otro que no lo esta sin tocarlo, en donde las cargas eléctricas van a ser atraídas por el otro cuerpo.

Electroscopio: es un instrumento capaz de identificar si un cuepo tiene carga eléctrica y de que tipo es.

Formas de Producir Electricidad

Para producir electricidad es necesario poner en movimiento a los electrones.

Por Frotamiento: Consiste en tener un pedazo de piel y una barra de baquelita que al frotar una contra otra, el pedazo de piel llega a ceder electrones a la barra. Es asi como se pone en movimiento a los electrones.

Por Magnetismo: Cuando un iman natural se mueve de un lado a otro sobre un alambre que al hacer contacto con las líneas de fuerza del iman este empieza a tener movimiento de electrones en sus ultimas orbitas. Tambien se produce cuando el iman esta en reposo y el alambre se mueve continuamente en circulo.

Por Acción Quimica: se necesita contar con un recipiente que debe tener 2 placas una de zinc y otra de cobre sumergidas en agua acidulada o con compuestos salinos(electrolitos), que al entrar en contacto se tiene un desplazamiento de electrones en la placa de zinc y se dirigen hacia la placa de cobre. Ala placa de zinc que cede electrones se le llama terminal positiva y a la que acepta terminal negativa.

Por Presion: Se coloca un cristal ( Cuarzo, Termanila o sales de Rochelle) en medio de 2 placas metálicas y se ejerce presión sobre ellas, esto hace que en el cristal se muevan los electrones hacia las placas.

Por Luz: Cuando la luz incide en una celda fotoeléctrica que esta formada por una capa de un material transparente de hierro y otra capa de aleación de selenio que al entrar en contacto hace que los electrones se desplacen.

Por Calor: esta forma se presenta al trenzar 2 alambres, uno de hierro y otro de cobre y aplicar el calor de una vela, lo cual hace que los electrones se empiecen a mover.

Intencidad de Corriente Electrica (I)

Intensidad de corriente eléctrica: Flujo continuo de cargas eléctricas negativas a través de un conductor. Su unidad de medida es el Ampere (Amp.).

La intensidad de la corriente eléctrica es directamente proporcional a la cantidad de carga que se desplaza e inversamente proporcional al tiempo que se emplea.

Nota : 1 microcouloumb = 10-6 coulombs

1 nanocouloumb = 10-9 coulombs

I= q

t

Donde:

I = Intensidad de corriente electrica , se mide en Amperes (Amp)

q = Carga eléctrica desplazada, se mide en Coulombs (Coul)

t = Tiempo empleado, se mide en Segundos (seg)

Las unidades serian:

Amperes (Amp) = Coulombs(Coul)Segundos(Seg)

Diferencia de Potencial y Fuerza Electromotriz

Diferencia de Potencial (d.d.p.): Es el trabajo necesario para trasladar a una carga eléctrica de un punto a otro. Se representa con la letra (E) o (V). su unidad de medida es el volt (V).

La diferencia de potencial es directamente proporcional al trabajo realizado e inversamente proporcional a la cantidad de carga trasladada.

Fuerza Electromotriz (F.e.m.) o Voltaje: Para que los electrones estén en movimiento es necesario contar con una fuerza que los desplace. A esta fuerza se le llama fuerza electromotriz o voltaje. Se representa con la letra (V). su unidad de medida es el volt (V).

Pilas y Baterias Secas

Celda Voltaica (pila o batería): Es un elemento que tiene como función suministrar electricidad por el proceso de acción química. Si el electrolito es un liquido se le llama Humeda, en cambio si es en pasta se le llama Seca.

Tipos de Celdas Voltaicas

NOMBRE VOLTAJEHUMEDA

óSECA

TIPO

PLOMO Y ACIDO 2.2 HUMEDA SECUNDARIA( RECARGABLE )

CARBONO Y CINC 1.5 SECA PRIMARIA( NO RECARGABLE )

ALCALINA DE MANGANESO 1.5 SECA DE AMBOS TIPOS

NIQUEL-CADMIO 1.25 SECA SECUNDARIA ( RECARGABLE )

DE EDISON 1.4 HUMEDA SECUNDARIA ( RECARGABLE )

MERCURIO 1.35 SECA DE AMBOS TIPOS

Pila Seca de Carbono y Zinc: están constituidas por un recipiente de zinc, que a veces tiene la función de ser una placa negativa, una varilla de carbono colocada en el recipiente que la va a ser de placa positiva y una solución de cloruro de amonio en pasta que será el electrolito. En el fondo del recipiente de zinc se tiene un pedazo de carton para separar la barra de carbono y no se llegue a descargar. Símbolo:

+ -

Nota : 1 coulomb = 6.25 trillones de eletrones = 6.25 x 1018 electrones

E = T

q

Donde:

E = Diferencia de potencial aplicado , se mide en Volts (V)

T = Trabajo realizado en desplazar, se mide en Joules (J)

q = Cantidad de carga desplazada, se mide en Coulombs (Coul)Las unidades serian:

Volts (V) = Joules (J)Coulomb(Coul)

V = T

q

E = V

Bateria Seca: es un dispositivo que esta formado por 2 o mas celdas voltaicas. Simbolo:

+ -

Se tiene 2 tipos de Conexiones de estas baterías:

Baterias en Serie: es la conexión de 2 o mas pilas colocadas una seguida de la otra.

+ - + - + -

E1 E2 E3

El voltaje suministrado por una conexión de pilas secas en serie es igual a la suma de los voltajes de cada una de ellas:

E. batería = E1 + E2+ E3…Etc.

Baterias en Paralelo: es la conexión de 2 o mas pilas colocadas paralelamente una de otra.

+ -

+ -

El Voltaje suministrado por una conexión de pilas en paralelo es igual al voltaje suministrado por cada una de ellas:

E. batería = E1 = E2 …Etc.

Mixta

+ - + - + -

+ + -

INTERRUPTOR

ELEMENTO DE CARGA ( FOCO )

+ -

FUENTE DE ALIMENTACION

+ -

Circuito Electrico

Sistema eléctrico en el cual la corriente fluye por un conductor en trayectoria completa debido a una diferencia de potencial aplicada . Consta de 3 elementos principales: Resistencia, Voltaje y Corriente. El circuito esta formado por un elemento de carga, un conductor, un interruptor y por una fuente de alimentación.

CONDUCTOR

Resistencia Electrica

Resistencia Electrica ( R ): Es la oposición que presentan los materiales al flujo de la corriente eléctrica o al flujo de electrones. Se mide en Ohms ( ).

Ley de Ohm : La intensidad de la corriente eléctrica es directamente proporcional al voltaje o F.e.m , e inversamente proporcional a la resistencia que presenta.

Relacion de la intensidad de corriente y la ley de ohm

Por tener en común la intensidad de corriente estas 2 formulas se pueden igualar.

Intensidad de corriente Ley de ohm

Igualando

Despejando

I= E

R

Donde:

I = Intencidad de corriente electrica , se mide en Amperes (Amp)

E = Voltaje, d.d.p. o F.e.m, se mide en Volts (V)

R = Resistencia Electrica . se mide en Ohms ( )

Las unidades serian:

Amperes (Amp) = Volts (V)Ohms ( )

Nota : 1 K = 1000

I= q

tI= E

R

q

t

E

R=

tR = E t

q = Et

RE = q

E

Rt = q

Potencia Electrica

Potenca Electrica ( P ): Es la rapidez con la que se efectua el trabajo de mover la carga eléctrica de un punto a otro en la unidad de tiempo. Tiene como unidad de medición el Watt (W)

La potencia eléctrica de un elemento: es directamente proporcional a la corriente eléctrica que circula por el y a la diferencia de potencial aplicada.

Relacion entre la potencia y la ley de ohm:

Potencia Ley de ohm

Igualando la Intensidad (I)

Despejando con respecto a la intensidad

E = ( P ) ( R )

Ley de Joule (Calor electrico)

Es el calor desprendido o suministrado por un conductor o elemento eléctrico, cuando fluye la corriente eléctrica atraves de el, presentando una resistencia en un tiempo determinado.

q R

P = Tt

Donde:

P = Potencia Electrica , se mide en Watts (W)

T = Trabajo desarrollado, se mide en Joules (J)

t = Tiempo empleado . se mide en Segundos (seg)

P = (I)(E) Donde:

P = Potencia Electrica , se mide en Watts (W)

I = Intensidad de corriente, se mide en Amperes (Amp)

E = d.d.p. , F.e.m. o voltaje, se mide en Volts (V)

P = I= E

R(I) (E)

PIgualando el voltaje (V)

(I) (R) = (P) (I)

E

E

R=

Despejando con respecto al voltaje (V)

(I)2 = (P) (R)

Q = 0.24 (I2) (R ) ( t) Donde:

Q = Calor Electrico , se mide en Calorias (Cal)

I = Corriente Electrica, se mide en Amperes (Amp)

R = Resistencia Electrica . se mide en Ohms ( )

t = Tiempo empleado en segundos

0.24 = Constante de conversion

Resistores o Resistencias

Es un dispositivo que se usa para oponer o controlar el flujo de la corriente eléctrica.

Grafica:

La mayoría de las resistencias son de carbón, estas se dividen en 2 tipos: Axial y Radial

La Resistencia de un conductor lineal es proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección.

La Conductividad es el inverso a la resistividad.

Circuito Resistivo: circuito formado solamente por resistencias (serie, paralelo y mixto)

Circuito Resistivo en serie: cuando 2 o mas reistencias están colocadas una seguida de la otra, se utiliza para aumentar la resistencia de la conexión y dejar fluir una cantidad determinada de corriente.

AxialRadial

Para leer sus valores:

5) El primer digito del valor será dado por el color del cuerpo.

6) El segundo digito, por el color del extremo de la resistencia.

7) El numero de ceros que se agregara a los dos dígitos anteriores, será dado por el color del punto

Para leer sus valores:

1) El primer digito del valor será dado por el color de la primera banda.

2) El segundo digito será dado por el color de la segunda banda.

3) El numero de ceros que se agregara a los dos dígitos anteriores, será dado por el color de la tercera banda.

4) Algunas resistencias tienen una cuarta banda que será el valor de la tolerancia que tendrá.

Fisicamente

Graficamente

R= p L

S

Donde:

R = Resistencia , se mide en Ohms .

S = Seccion transversal, se mide en m2

l = Longitud, se mide en metros (m)

p = Resistividad

1

p

Donde:

p = R , se mide en Ohms .

= Seccion transversal, se mide en m2 =

La Resistencia de esta conexión será igual a la suma de los valores de cada resistencia que la compone:

La Intensidad de Corriente que fluye por esta conexión será igual a la intensidad de corriente de cada resistencia:

La Diferencia de Potencial aplicada a esta conexión será igual a la suma de cada caída de tensión de cada resistencia:

La Potencia que disipa o emplea esta conexión será igual a la suma de las potencias de cada una de sus resistencias:

Circuito Resistivo en Paralelo: 2 o mas resistencias que están paralelamente una de otra.

La Resistencia de esta conexión será igual al reciproco de la suma de los inversos de cada resistencia.

La Intensidad de Corriente que fluye por esta conexión será igual a la suma de las corrientes que fluyan por cada resistencia:

La Diferencia de Potencial aplicada a esta conexión será igual a las caídas de tensión de cada resistencia:

La Potencia que disipa o emplea esta conexión será igual a la suma de cada una de las potencias que disipen o emplee cada resistencia:

Capacitancia

RT = R1 + R2 +……Rn

IT = I1 = I2 =……In

Nota: si R1 = R2 entonces Rtotal = (R1)(#Resistencias)

ET = E1 + E2 +……En

PT = P1 + P2 +……Pn

Fisicamente

Graficamente

R1

R2

RT = Nota: si R1 = R2 entonces Rtotal = (R1) (#Resistencias)1

R1 + 1

R2 + 1

R3

1

. . . . . . 1RT

IT = I1 + I2 +……In

ET = E1 = E2 =……En

PT = P1 + P2 +……Pn

Capacitancia (C):Es la propiedad que tienen los capacitores para almacenar las cargas eléctricas cuando se les esta aplicando una diferencia de potencial . su unidad de medida es el Farad que equivale a 1 coulomb de carga cuando se le esta aplicando 1 volt de d.d.p.

Capacitores o Condensadores :Es un dispositivo que consiste en 2 conductores aislados entre si por un dieléctrico y que introduce capacidad en un circuito, almacena energía eléctrica, bloquea el flujo de corriente continua y permite el flujo de corriente alterna en un grado que depende de la capacidad del capacitor y de la frecuencia de la corriente, materiales que se utilizan como dieléctricos: aire, mica, papel, cerámica, plástico y oxidos metalicos.

Tipos:

Capacitor Fijo: tiene un valor definido de capacidad y no puede ser ajustado.

Capacitor Variable: su capacidad puede ser variada por el desplazamiento de un juego de placas metálicas con relación a otro.

Capacitancia de un Condensador

La capacidad de un condensador es directamente proporcional a la carga eléctrica que almacena e inversamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada.

Circuito capacitivo: Es aquel circuito que solo esta constituido por capacitores.

Circuito capacitivo en serie : los capacitores se encuentran conectados uno detrás de otro.

La Capacitancia Total de esta conexión será igual al reciproco de la suma de los inversos de cada capacitor.

La Carga Electrica Total que almacena el cirtuito es igual a cada una de las cargas que almacenan los capacitores:

La Diferencia de Potencial Total aplicado al circuito es igual a la suma de las diferencias de potenciales aplicada a cada una de ellos:

C = q

E

Donde:

C = Capacitancia del condensador , se mide en Farad (F)

q = Carga eléctrica, se mide en Coulombs (Coul)

E = d.d.p. , F.e.m. o voltaje, se mide en Volts (V)

CT = Nota: si C1 = C2 entonces Ctotal = (C1) (#Capacitores)1

C1 + 1

C2 + 1

C3

1

. . . . . . 1CT

ET = E1 + E2 +……En

qT = q1 = q2 =……qn

C1 C2 C3

Circuito capacitivo en Paralelo : los capacitores se encuentran conectados paralelamente uno con respecto al otro.

C1

C2

ET

La Capacitancia Total de esta conexión será igual a la suma de los valores de cada capacitor.

La Carga Electrica Total que almacena el cirtuito es igual a la suma de cada una de las cargas de los capacitores:

La Diferencia de Potencial Total aplicado al circuito es igual las diferencias de potenciales aplicada a cada una de ellos:

Leyes de Kirchhoff

Nodo o Nudo: Es el punto de reunión o de salida de 2 o mas corrientes eléctricas en un circuito.

Malla: Es un circuito cerrado , integrado por resistencias y fuentes de alimentación.

Primera Ley (nodos o nudos)

La suma de las corrientes que llegan a entrar a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen de el.

Nodo A :

Segunda Ley (Mallas)

La suma de las caídas de tensión en las resistencia es igual a la suma de las fuentes de alimentación que contenga la malla. Es decir, la suma algebraica de las fuentes de alimentación y las caídas de tensión de una malla es igual a cero.

ET = E1 = E2 =……En

qT = q1 + q2 +……qn

CT = C1 + C2 +……CnNota: si C1 = C2 entonces Ctotal = (C1)(#Capacitores)

A

IT

I1

I2

IT = I1 + I2

R1

t

Corriente Alterna

Se le conoce como al flujo de corriente que constantemente esta cambiando en valor (amplitud) e invierte su dirección a intervalos regulares.

Ciclo: Es un conjunto completo de valores positivos y negativos de una onda de corriente o voltaje de corriente alterna.

Frecuencia: Es el numero de ciclos por segundo. Se mide en Hertz (Hz).

Inductancia

Inductancia (L): Es la propiedad de un circuito a oponerse a cualquier cambio en el flujo de la corriente. Se mide en Henryz .

Inductor o bobina: Es el elemento que tiene esta propiedad .

Autoinduccion: Es la produccion de una F.E.M . en un circuito por la variación de la corriente en ese circuito.

Formula:

La Inductancia varia de acuerdo a la forma geométrica de la bobina por lo tanto:

A

B

C

D

+

-EA

R2

EA = (I1)(R1) + (I2)(R2)

Graficamente

L

E

iL =

Donde:

L = Inductancia , se mide en Henrys

E = F.E.M inducida , se mide en Volts

i = Cambio de la corriente, se mide en Amperes (Amp)

t = Tiempo en que se efectua el cambio, se mide en Segundos.

L = (N2)(A)

lDonde:

L = Inductancia , se mide Henrys

= Permeabilidad magnética del nucleo

N = Numero de espiras del inductor.

A = área de la sección transversal del nucleo en M2

l = Longitud de la bobina, se mide en Metros(M).

Reactancia Inductiva

Reactancia Inductiva: Es la capacidad que tiene un inductor o bobina para reducir la corriente en un circuito de corriente alterna .

Cuando existe un circuito solamente inductivo, se utiliza la formula de la ley de Ohm con el cambio de la resistencia por la reactancia inductiva:

Reactancia Capacitiva

Reactancia Capacitiva: Es la capacidad que tiene un capacitor para reducir la corriente en un circuito de corriente alterna .

Cuando existe un circuito solamente capacitivo se utiiza la formula de la ley de ohm con el cambio de la resistencia por la reactancia capacitiva.

Impedancia en un circuito RLC en serie

Es la oposición total a la corriente eléctrica producida por una resistencia, una bobina y un capacitor en sus reactancias.

Z = R2 + ( XL - XC )2

XL = 2()(F)(L) Donde:

XL = Reactancia Inductiva , se mide Ohms()

F = Frecuencia en Hertz. (Hz)

L = Inductancia, se mide en Henrys.

I = E

XL

Donde:

XL = Reactancia Inductiva , se mide Ohms()

E = Voltaje Aplicado. (Volts)

I = Corriente eléctrica (Amp).

XC = 1 Donde:

XC = Reactancia capacitiva , se mide Ohms

F = Frecuencia en Hertz.

C = Capacitancia en Farad. (Frd)

2()(F)(C)

I = E

XC

Donde:

XC = Reactancia Capacitiva , se mide Ohms()

E = Voltaje Aplicado. (Volts)

I = Corriente eléctrica (Amp).

Donde:

Z = Impedancia del circuito, se mide Ohms()

R = Resistencia en Ohms. ()

XC = Reactancia capacitiva ().

XL = Reactancia Inductiva ().

Cuando se tiene un circuito de este tipo, se utiliza la formula de la ley de ohm con el cambio de la resistencia por la impedancia.

Transformador

Consiste en 2 bobinas eléctricamente aisladas y enrrolladas sobre un nucleo en común. La energía se transfiere de una bobina a otra por medio del acopla miento magnética. La bobina que recibe la energía de la fuente CA se le llama devanado primario y es la que proporciona energía a la segunda bobina llamado devanado secundario.

I =E

Z

Devanado Primario