FISICA ACTUALPara los genios de hoy

Año 2015 N° 1 Lara

EdicionesGiménez

Capacitancia y Dieléctricos

Corriente, Resistencia y Fuerza Electromotriz

Términos Para RecordarReporte Especial

ReporterosFernando GiménezRosneidy Giménez

Capacitores y capacitanciaSe llama capacitador a un dispositivo el cual almacena carga eléctrica. Esta formado por dos placas o conductores próximos unos a otros, separados por un aislante de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor pero sin signos contrarios.

La capacitancia es la magnitud de cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial que existe entre las dos placas paralelas del capacitador

Capacitores en serie y en paralelo

Cuando los capacitadores están conectados a través de una de sus terminales uno después del otro están conectados en serie.

Estos capacitadores se pueden reemplazar por un único capacitador que tendrá un valor equivalente al de todos los capacitadores que se encontraban en serie.

Cuando los capacitadores están conectados por las dos de sus terminales a una fuente de energía están en paralelo.

Dieléctricos

Se le denomina dieléctrico a un mal conductor de electricidad, por lo que se usa como un aislante eléctrico y además si este es sometido a un campo eléctrico externo, puede establecerse en el un campo electro interno a diferencia de los materiales aislantes los cuales no se les puede establecer un campo eléctrico interno; todos los

materiales dieléctricos son aislantes pero no todos los aislantes son dieléctricos. Los dieléctricos se emplean en los condensadores para separar físicamente sus placas y para incrementar su capacidad al disminuir el campo eléctrico.

Almacenamiento de energía en capacitores

Las cargas de cada una de las placas atraerán a las cargas de la otra placa y se distribuirán uniformemente en las superficies internas de las placas, generándose así un campo eléctrico entre ellas. Como la distancia entre los conductores es pequeña el campo eléctrico entre ellas será uniforme, lo cual significa que las líneas de fuerza serán paralelas y estarán igualmente espaciadas. Las líneas de campo en las orillas de las placas presentan una curvatura, (de acuerdo a lo establecido por las leyes del electromagnetismo) que siempre puede despreciarse si la distancia entre las placas es lo

suficientemente pequeña.

Se puede almacenar energía eléctrica en un dispositivo muy común que se conoce como capacitor. Un capacitor consta generalmente de dos conductores (placas metálicas) paralelas y separadas por una pequeña distancia en comparación a su ancho. Si se conecta cada una de las placas momentáneamente a las bornes de una fuente de energía eléctrica, en una de las placas aparecerá una carga positiva (+q) y en la otra una carga negativa (-q).

Energía de Campo Eléctrico

Se puede cargar un capacitador trasladando electrones directamente de una placa a otra. Para ellos es necesario realizar trabajo contra el campo eléctrico existente entre as placas. De esta manera se puede pensar que la energía esta almacenada en el campo de la región comprendida entre las placas.

Corriente eléctrica

Es el flujo de carga eléctrica a través de un material sometido a una diferencia de potencial.

Históricamente, se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y se desplazan en sentido contrario al convencional.A partir de la corriente eléctrica se definen dos magnitudes: la intensidad y la densidad de corriente. El valor de la intensidad de corriente que atraviesa un circuito es determinante para calcular la sección de los elementos conductores del mismo.

La intensidad de corriente (I) en una sección dada de un conductor (s) se define como la carga eléctrica (Q) que atraviesa la sección en una unidad de tiempo (t):Si la intensidad de corriente es constante, entoncesLa densidad de corriente (j) es la intensidad de corriente que atraviesa una sección por unidad de superficie de

la sección (S).

Resistividad

La resistividad o resistencia específica es una característica propia de un material y tiene unidades de ohmios–metro. La resistividad indica que tanto se opone el material al paso de la corriente.La resistividad [ρ] (rho) se define como: ρ = R *A / Ldonde:- A es el área transversa medida en metros2

- ρ es la resistividad medida en ohmios-metro- L es la longitud del material medida en metros- R es el valor de la resistencia eléctrica en Ohmios

Resistencia

Es la propiedad que tienen los cuerpos de oponerse en cierto grado al paso de la corriente eléctrica. En función del valor de esta propiedad, los materiales se clasifican en conductores, semiconductores o aislantesLa resistencia de un conductor depende de la longitud del mismo (l), de su sección (s) y del material con el que está fabricado, mediante la siguiente expresión:Donde: R = resistencia r = resistividad L = longitud s = Sección.

Fuerza electromotriz y circuitosSe denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

a). Circuito eléctrico abierto (sin carga o resistencia). Por lo tanto, no se establece la circulación de la corriente eléctricab).Circuito cerrado con una carga eléctrica acoplada que garantiza la circulación de la corriente eléctrica.

Energía y potencia en circuitos eléctricos

La unidad de potencia en el SI es el vatio (W). A menudo la potencia viene expresada en kilowatios. 1kW= 1000 W.P = (VA-VB)*IEl consumo de energía eléctrica:La energía eléctrica consumida se calcula a partir de la expresión de la potencia multiplicada por el tiempo-Energía consumida = potencia * tiempo E=P*tLa energía viene dada en Julios (1 Julio = 1 vatio * 1 segundo). No obstante, esta no es la unidad de energía eléctrica que aparece en algunos sitios, sino el kilovatio por hora. 1Kw *h = 3600000 J.

La potencia de un aparato electrónico es la energía eléctrica consumida en una unidad de tiempo (por lo general, un segundo).potencia = energía consumida/ tiempo P=E/t

Términos Para Recordar

El circuito eléctrico es el recorrido preestablecido por el que se desplazan las cargas eléctricas.

El campo eléctrico se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. La dirección del campo se toma como la dirección de la fuerza que ejercería sobre una carga positiva de prueba. El campo eléctrico esta dirigido radialmente hacia fuera de una carga positiva y radialmente hacia el interior de una carga puntual negativa.

La corriente eléctrica es el flujo de portadores de carga eléctrica, normalmente a través de un cable metálico o cualquier otro conductor eléctrico, debido a la diferencia de potencial creada por un generador de corriente.

Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre

Una puerta lógica, o compuerta lógica, es un dispositivo electrónico con una función booleana. Suman, multiplican, niegan o afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas. Se pueden aplicar a tecnología electrónica, eléctrica, mecánica, hidráulica y neumática. Son circuitos de conmutación integrados en un chip.

Se denomina cortocircuito al fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra en sistemas monofásicos de corriente alterna, entre dos fases o igual al caso anterior para sistemas polifásicos o entre polos opuestos en el caso de corriente continua. Es decir: Es un defecto de baja impedancia entre dos puntos de potencial diferente y produce arco eléctrico, esfuerzos electrodinámicos y esfuerzos térmicos.

El ohmímetro u óhmetro es un dispositivo que sirve para medir resistencias. En los laboratorios escolares está integrado en un polímetro o multímetro, siendo éste un aparato polivalente ya que también mide voltajes e intensidades de corriente, entre otras magnitudes.

Shunt. Es una resistencia relativamente pequeña, pero de valor constante, que sirve para ampliar los límites de medición de la intensidad de corriente de algunos aparatos de medida.

El protoboard o breadbord: Es una especie de tablero con orificios, en la cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para armar circuitos. Como su nombre lo indica, esta tableta sirve para experimentar con circuitos electrónicos, con lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo.

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.

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado

La diferencia de potencial (ddp) es el impulso que necesita una carga eléctrica para que pueda fluir por el conductor de un circuito eléctrico, esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico.

La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).

La fuente de alimentación es el dispositivo que convierte la corriente alterna (CA), en una o varias corrientes continuas (CC), que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (computadora, televisor, impresora, router, etcétera).

Un amperímetro es un instrumento que se utiliza para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de

amperio.

Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.

Vivo (Fase o Activo) es denominado cualquier conductor conectado con un sistema que tiene un potencial eléctrico con respecto a una toma de

tierra o neutro.Conectado a tierra (a veces, llamado aterrado) es un conductor con continuidad a tierra

El neutro es el trayecto de retorno de un circuito; en sistemas de cableado de construcción, el cable neutro está conectado a tierra por lo menos en un punto. Las normas norteamericanas establecen que el neutro no debe ser conectado a un interruptor ni a un fusible. El neutro es conectado a la toma central del transformador de un sistema de fase partida de la empresa de energía, o en el centro de la conexión en estrella de un sistema de alimentación polifásico

Un circuito integrado es una combinación de elementos de un circuito que están miniaturizados y que forman parte de un mismo chip o soporte. La noción, por lo tanto, también se utiliza como sinónimo de chip o microchip.

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