Electrostática

Electrización por inducción. Un cuerpo cargado eléctrica mente puede atraer a otro cuerpo que esta neutro.

Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica. Entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.  

Electrizacion por frotamiento. Se representa cuando dos cuerpos se frotan entre si o por la fricción que existe entre ellos.

Electrizacion por contacto. Se puede cargar un cuerpo con solo tocarlo son otro predica mente cargado.

Electrización por Inducción

1.- Cuando pasas tu mano en la pantalla de la tele.

2.- Cuando frotas un globo en tu cabeza y luego la alzas.

3.- Cuando estas cerca de un foco prendido y estas cerca del foco, te alza tu cabello.

4.- Cuando microondas esta encendido y pasas tu mano.

Electrización por Frotamiento

1.- Cuando pasa un peine en tu cabello.

2.-Cuando pasa un globo en tu cabello.

3.- Cuando un objeto está en constante movimiento con otro objeto.

4.- Cuando frotas la mano en la hamaca

5.- Los electroimanes

Contacto

1.- Cuando tocas un cable roto

2.- Cuando te cae un rayo

3.- Cuando metes un objeto en un conector.

4.- Cuando dos personas tienen cargas positivas.

Tipos de Materiales

Clasificación de los materiales.

Materiales Conductores: son los que se pueden electrizar en toda su superficie, al estar libres los electrones para moverse en todo el material.
Materiales Aislantes o Dieléctricos: son los materiales que se electrizan en los puntos donde son tocados por un cuerpo cargado o en la parte donde son frotados, y se debe que en ellos la movilidad de los electrones es nula.

Materiales Semiconductores: Son materiales que presentan las propiedades intermedios de los conductores y los aislantes y se utilizan en la fabricación de implementos de electrónica.

Materiales Conductores

1.- Plata pura

2.- Cobre recocido

3.- Alambre de hierro

4.- Alambre de acero

5.- Zinc puro

Materiales Aislantes  

1.-  plástico

2.- teflón

3.- madera

4.- hule

5.- vidrio

Materiales Semiconductores

1.- silicio

2.-selenio

3.-seleniuro de galio

4.- seleniuro de cinc

5.-germanio

La electrodinámica 

Es cuando circula y puede ser 2 tipos.

Tipos de corriente eléctrica:

*Continua: en las baterías, lámparas de mano

*Alterna: tostadores, refrigeradores y televisores.

Corriente= Cantidad que pasa 

por un punto dado en una 

unidad de tiempo.

La unidad de corriente eléctrica se el Ampere(A)

I =  q  = C= 1ampare = 1A

                                  T     S

I = intensidad de corriente eléctrica en ampare.

Circuitos eléctricos

Es un sistema por lo cual fluye la corriente atreves de un conductor en una trayectoria completa debido a una diferencia de potencial o voltaje.

                                           

                                          

circuito en paralelo          

circuito en serie

circuito en mixto

*Los elementos se conectan uno después del otro así la corriente tiene una misma trayectoria.

*El circuito se interrumpe si se abre en cualquier punto , esto se aprovecha para proteger y controlar sistemas eléctricos, los fusibles y centros de carga se conecta en serie. 

*En este tipo de circuito existe la misma cantidad de corriente en todos los elementos del circuito, el voltaje se  distribuye entre todos sus elementos es igual, a la suma de la cada de voltaje de cada elemento es igual al voltaje aplicado.

Re= R1 +R2+R3+…+Rn

Re= Resistencia equivalente del circuito

R1+R2+R3…+Rn= suma del valor de cada una las resistencias hasta n número de ella.

VT = V1+V2+V3+…+Vn

Como V= IR tenemos:

Vt= IR1+IR2+IR3+…+IRn

Algunas definiciones que nos servirán para entender mejor las formulas son:

*Amperímetro: medir  intensidad de corriente eléctrica

*Voltímetros: medir diferencia de potencial o voltaje

*Óhmetro: Medir resistencia

*Multímetros: Medir todo.

Vt = I (R1+R2+R3)

Fuerza electromotriz.

La electrodinámica se caracteriza por que las cargas eléctricas se encuentran en constante movimiento todos los objetos están formados de átomos que se componen de protones, neutrones  y electrones.

Un átomo puede ganar y sede electrones de su última órbita convirtiéndose así en un ion negativo o positivo del elemento que se trate con excepción de los gases.

 Cuando el átomo sede o pierde electrones se convierte en ion positivo o catión, pues la cantidad de protones con carga positiva superara a los electrones los capta o gana en su última órbita se convierte en ion negativo. Es necesario recordar que el máximo de electrones que puede contener la última capa de un átomo son 8.

La electrodinámica consiste en el movimiento de cargas eléctricas que pasan de una molécula a otra utilizando como medio desplazamiento conductor como el metal. Para poner en movimiento las cargas eléctricas o de electrones podemos utilizar una fuente de fuerza electromotriz (FEM) ya sea de naturaleza química como las batería o magnética como los generadores de corriente

.

Cuando se aplica a cualquier circuito eléctrico una diferencia de potencial, tensión o voltaje suministrando por un FEM las cargas eléctricas empiezan a moverse atravesó del circuito debido a la presión que ejerce el voltaje sobre esas cargas y establecimientos así la circulación de una corriente eléctrica.

Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de las cargas atreves de un circuito eléctrico cerrado que se mueve siempre de polo negativo al polo positivo de la fuente electromotriz.

Para que una corriente eléctrica circule por un circuito es necesario que se disponga de 3 factores fundamentales:

1* Una fuente de fuerza electromotriz como por ejemplo: Una batería, un generador o cualquier otro dispositivo capas de bombear o poner en movimiento las cargas negativas cuando cierre el circuito.

2*Un camino que permita a los electrones fluir interactivamente desde el polo negativo de la fuente hasta el polo positivo de la propia fuente. En la práctica este camino lo constituya el conductor metálico que generalmente es cobre.

3* Una carga o consumidor conectado al circuito que ofrezca resistencia entendiéndose como carga cualquier dispositivo que para funcionar consuma una bombilla o lámpara etc otro que funciones con corriente eléctrica.

Cuando las cargas eléctricas circulan normalmente por circuitos sin encontrar en su camino nada que se interrumpió el paso de los electrones que estamos ante un circuito eléctrico cerrado, si por o contrario la circulación de la corriente de electrones se interrumpe de un circuito abierto. Por lo general todos los circuitos se abren o cierran a voluntad siempre que utilizas un interruptor o apagador.

Energía potencial  eléctrica

Un objeto con carga pueden tener energía potencial en virtud de suposición en un campo eléctrico. Se necesita trabajo para empujar una partícula con carga contra el campo eléctrico de un cuerpo cargado.

Este trabajo es equivalente a la energía que adquiere la carga. La energía que ahora posee la carga en virtud de su posición se llama 

“Energía Potencial”

T = Ep

T= Ep – Fd

Sustituyendo la fuerza en la de coulomb

Ep = Kq1 q2  .d

       D²

Ep= Kq1q2= energía potencial para un sistema de doscargas

           d

 otra ecuación que nos permite cuantificar la energía es la sig.

Ep= Eqd

La energía potencial eléctrica se puede transformar en energía y las cargas eléctricas moverán siempre hacia donde su energía potencial disminuye. Este movimiento de cargas eléctricas se conoce como corriente eléctrica.

Potencial eléctrica y voltaje

El potencial eléctrico está relacionado con la energía potencial eléctrica y se define como

“ el cociente de la energía potencial eléctrico que posee la carga q en un punto entre la misma carga” y se representa

V= Ep

                                       q   =     joule/ coulomb

Esto igual a la unidad eléctrica en el sistema internacional de medida.

*cuando 2 puntos A y B tienen diferentes potencia eléctrico se dice que tienen una diferencia de potencia o voltaje. El cual podemos cuantificar con las ecuaciones.

V_AB = W

          q

Campo eléctrico

Farenheit introduce la idea de líneas de fuerza que actúan sobre los objetos cargados que se encuentran alrededor de ellas.

Las cargas eléctricas no precisan ningún tipo de material para ejercer su influencia sobre otras de al que las fuerzas eléctricas sea consideradas fuerzas de acción a distancia cuando la naturaleza se da una situación de este estilo se recurre a la idea de campo para facilitar la descripción en términos físicos de la influencia que uno o mas cuerpos ejercen sobre el espacio que los rodea.

El campo eléctrico se suele representar como líneas llamadas  “líneas de fuerza”. Está representada gráficamente  la  trayectoria que seguirá  un detector del campo eléctrico.

En los puntos cercanos una carga positiva, el campo eléctrico apunta radial mente alejándose de la carga.

*la dirección ( Y el sentido de la intensidad del campo eléctrico en un punto en el espacio es la misma que en la cual una carga positiva se movería si la fuerza colocada en dicho punto.

Si la carga q es positiva el campo E y F tendrán la misma dirección.

Si la carga es negativa la fuerza estará dirigida opuestamente al campo eléctrico. las líneas de campo pueden ser curvas esto sucede cuando se superpone o suman los campos eléctricos en un mismo espacio por ejemplo:

Cuando colocamos 2 cargas de igual magnitud pero con signo contrario separadas a una distancia se forma lo que conocemos como dipolo eléctrico

campo eléctrico de 2 cargas diferentes; se observa la atracción entre ellas.

Propiedades  de las líneas de fuerza

1 Las líneas de fuerza van siempre de la carga positiva a la negativa.

2 Las líneas son uniformes y continuas con origen en las cargas positivas y final en las negativas.

3 Las líneas de fuerza jamás pueden cruzarse. Si estas líneas se cortan significaría que dicho punto, el campo eléctrico poseería 2 direcciones distintas pero a cada punto solo corresponden un valor único de intensidad de campo.

4 Una línea de campo eléctrico es líneas tal que es  tangente a la mismo a cualquier punto, es paralela al campo eléctrico existen en esa posición.

5 El número de líneas de fuerza es siempre proporcional a la carga.

6 La densidad de líneas de fuerza de un punto es siempre proporcional al valor del campo eléctrico en dicho punto.

La intensidad y dirección del campo eléctrico en un punto de vida a varias cargas es la suma vectorial de las intensidades eléctricas debido a las cargas individuales es decir

ER= E₁ + E₂ + E₃  + E_y

Dilatación

La dilatación térmica es cuando las dimensiones de un cuerpo aumenta al elevar su temperatura.

Esta se puede presenciar de tres distintas maneras, como: dilatación lineal, dilatación superficial y dilatación volumetrica.

La Dilatación Lineal es cuando aumentan las dimensiones lineales en un cuerpo, es decir aumentan su longitud, su altura, su anchura o la dimensión de cualquier otra línea que se imagine.

La formula para encontrar la dilatación lineal es la siguiente:

En la formula dada anterioremente tiene ya visible sus significados de las letras empleadas.

El coeficiente de dilatación tambien se puede encontrar de la siguiente manera:

α= L_f -L_i/L_i(T_f -T_o)

Para poder entender mejor la aplicación de esta formula veamos un ejercicio de dilatación lineal.

Marco, el herrero, debe calentar una barra de hierro para la base de una puerta que mide 5m de ancho y la barra se encuentra a 18°C

¿Cuál será  la longitud de la barra al aumentar la Temperatura a 25°C

Primero se buscan los datos dados en el problema y luego despejemos:

Datos:                                Despeje:

ΔL= ?

Lo= 5m                              ΔT= T_f -T_o

ΔT=25°C-18°C                 ΔL=(11.7x10-6°C-1)(5m)(7°C)

ΔT=7°C

α= 11.7x10-6°C-1       ΔL=0.0004095 m

L=5.0004095m

Ahora veamos el segundo tipo de dilatación:
La dilatación superficial.

Esta es el aumento del área de un objeto producido por una variación de temperatura.

La formula de dilatación superficial es:

ΔS=β.So.ΔT

donde el significado de cada letra es:

ΔS= Dilatación superficial

β= Coeficiente de dilatación

So= Superficie inicial

ΔT=Vaiación de temperatura

El coeficiente de dilatación superficial también se puede encontrar de la siguiente manera:

β = 2α

β = S_f -S_i / S_i(T_f -T_o)

Para entender mejor la aplicación de esta formula se realizará un ejercicio de dilatación  superficial:

La plancha donde se asa la carne es de hierro en forma rectangular. Cuando esta fría queda desnivelada con la base que la soporta, pero al calentarse se dilata y se acomoda totalmente sobre dicha base. La temperatura en la que cocina la carne alcanza los 125°C y la temperatura del ambiente es de 38°C. Si a la temperatura ambiente la plancha mide 1m x 0.8 m.

¿Cuánto mide la superficie de la plancha a temperatura con que cocina la carne?

ΔS= ?

β= 23.4x10-6°C-1            ΔS=β.So.ΔT

ΔT= 125°C-30°C                         ΔS=(23.4x10-6°C-1)(0.8m2)(95°C)

ΔT=95°C

A=bxh                                          ΔS= 0.0017784m

So= A=1m(0.8m)                  

S= 0.8017784m

Y por siguiente veamos 
La Dilatacion Volumétrica

Es cuando al aumentarle su temperatura a un cuerpo sufre un aumento en su volumen.

Cuya formula viene siendo:

ΔV=γ.Vo.ΔT

El significado de sus letras son:

ΔV=Dilatación volumetrica

γ=Coeficiente de dilatacion

Vo=Volumen inicial

ΔT=Variación de temperatura

El coeficiente de dilatación volumetrico también se puede encontrar de la siguiente manera:

γ = 3α

γ = V_f -V_i / V_i(T_f -T_o)

En seguida veremos un problema sobre dilatación volumetrica:

Yanesly coloca 1L de alcohol etílico (vino blanco) en la estufa para calentarlo, ya que prepararía la cena de navidad; el alcohol estaba a 15°C. Después de unos minutos, midió la temperatura y el termómetro marca 85°C. Determina cuanto varia el volumen de alcohol. Convertir el volumen De litros a m3

1m3=1000L                      ΔV=γ.Vo.ΔT
Vo =1L=.0001m3                    ΔV=(746x10-61/°C)(.0001m3 )(70°C)
γ=746x10-61/°C               ΔV=0.000005222m3
ΔT=(85°C-15°C)=70°C

Y por ultimo veamos un caso curioso, La dilatación irregular del agua.

Permite al agua un aumento en su volumen cuando la temp. Decrece de 4°C a 0°C

EL CALOR Y LA TEMPERATURA

En nuestra vida muchas veces hemos confundido el término de calor o  temperatura, o si no simplemente no sabemos lo que significa, así que veamos lo que significan:

El calor se define como la cantidad total de energía cinética que posee un cuerpo y que se puede mover hacía otro. Solo puede hacerlo del cuerpo que está más caliente (con mayor temperatura) al que está más frío (menor temperatura). Se transfiere de tal forma que la energía en los cuerpos llega a igualarse y entran a un equilibrio térmico.

En cambio la temperatura es una unidad de medida física, clasificada como fundamental y se manifiesta en numerosos fenómenos en el que está involucrada la materia; la temperatura nos indica que tan caliente o frío esta un cuerpo o sustancia, debido a la energía cinética promedio que poseen sus moléculas.

Podemos apreciar este último término en la vida cotidiana por ejemplo cuando:

1.- Cuando estas en un cuarto de aire acondicionado y al salir sientes el calor exterior.

2.- Cuando tienes calor y enciendes el ventilador, entonces este te refresca.

3.- Cuando abres el refrigerador y sientes el frío que sale.

4.-  Cuando estas encerrado en tu casa, entonces sales y está lloviendo.

5.- Cuando estas planchando y de repente agarras agua fría.

Para medir la temperatura se utiliza el termómetro, y de este existen distintos tipos algunos de ellos son:

El termómetro de gas: En este instrumento el valor de la temperatura se obtiene por la lectura de la presión de un gas que se mantiene a volumen constante.

El termómetro óptico: La temperatura del objeto (un horno por ejemplo) se obtiene comparando el color de la llama con el del filamento de una lámpara eléctrica.

El termómetro metálico: El calentamiento hace que la espiral bimetálica se curve, moviendo la aguja que señala el valor de la temperatura.

El termómetro clínico: Debido al estrechamiento en la base del tubo capilar, la columna Hg no puede regresar al depósito. Por ello, este termómetro sigue indicando la temperatura de una persona, aunque ya no esté en contacto con ella.

El termómetro máxima y mínima: Este aparato indica, por medios de dos índices, la temperatura máxima y mínima, que se producen en ciertos intervalos de tiempo.

El termómetro de alcohol: termómetro común de líquido (mercurio o alcohol) en tubo de vidrio.




Ya que conocemos los distintos tipos de termómetros veamos las unidades que se utilizan para medir la temperatura:









Ya que conocemos la diferencia de temperatura y calor ahora es importante notar y reflexionar como nuestro cuerpo captamos las diferentes temperaturas, pues sabemos que existen, pero ¿Cómo sabemos que algo esta frío o caliente? ¿Cómo reacciona o que siente nuestro cuerpo al estar en contacto con estos diferentes estímulos?
Para realizar el experimento se necesitan de tres recipientes, cada uno con diferente temperatura en el agua.

Uno frío.
Uno Caliente.
Y otro templado.

Agua fría

Agua caliente

Por siguiente introducir las manos en el agua fría y el agua caliente.

¿Que se siente? según nuestra compañera esto es lo que sintió en ambos casos.

"Cuando esta caliente se siente como si mi piel fuera mas sensible y suave, en cambio cuando esta frío se siente como si mi mano estuviera entumida y algo mas rígida"

 Podemos observar que cada una de las temperaturas repercute en nuestro cuerpo con distintas sensaciones, distintas características, así es como podemos saber si el agua esta fría o caliente.
Pero ahora introduzcamos las manos en el agua templada.
¿Qué sucede? ¿Como se sienten tus manos?
De nuevo ella nos explica lo que siente.

"Las sensaciones se invierten, en la mano remojada en el agua fría se siente caliente, y en la mano remojada en el agua caliente se siente frío"

Y así vemos este cambio curioso, como las sensaciones se invirtieron, así actúa nuestro cuerpo para regular nuestra temperatura.

Tras ver este experimento también podemos darnos cuenta que existió una transferencia de calor, efecto que podemos apreciar de muchas formas en nuestra vida cotidiana.

Existen tres formas de transferir el calor: Por convección, por conducción y por radiación.

Este se da cuando la cantidad de energía entre diferentes cuerpos se encuentran a distintas temperaturas. El flujo de esta energía siempre va de mayor a menor hasta que ambos cuerpos llegan a un equilibrio químico.

Damos entender que esta energia puede intercambiarse de un cuerpo a su entorno. Los cuerpos no tienen calor sino que energia interna.
Como se ha mencionado antes existen tres formas de transferir el calor.
Conducción: Es una transferencia de calor por medio de las colecciones moleculares entre las moléculas vecinas, esto generalmente pasa por los metales.

Convección: Es un proceso mediante el cual el calor se transfiere utilizando un movimiento de un medio material el cual generalmente es un fluido cuando tiene lo que se denomina corriente de convección. Dichas corrientes pueden ser naturales a forzadas.

*La natural: Aquellas que se producen debido a la variación de la temperatura.

*Las corrientes de convección forzadas son aquellas en las que el medio de transferencia dispositivos mecánicas, como bombas y ventiladores.


Radiación: Es el proceso a través que se transfiere en ondas electromagnéticas. Todos los objetos energía radiante e incluso se pueden desplazar ejem: Energía solar