INDICE Capítulo 1. Electrización. Carga Eléctrica Electrización. Fenómenos Fundamentales Carga Eléctrica Capítulo 2. El Campo Eléctrico en el Vacío

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1 INDICE Capítulo 1. Electrización. Carga Eléctrica 1 Electrización. Fenómenos Fundamentales Todos los cuerpos son electrizables, pero existe una diferencia entre 1 conductores y aisladores 1.2. Existen dos clases de electricidad Repulsiones y atracciones Explicación por la teoría electrónica Arquitectura atómica. Distinción entre conductores y aisladores Distinción entre conductores y aisladores Motos de electrización de un conductor 6 Carga Eléctrica Las cargas eléctricas se definen y miden por las fuerzas que ejercen 7 entre si 1.9. Fórmula de Coulomb Unidad de carga eléctrica. Coulomb Valor de Eo en el sistema S. I. racionalizado 9 Capítulo 2. El Campo Eléctrico en el Vacío 11 Campo eléctrico. Vector E Vector campo eléctrico E Unidad provisional de campo eléctrico Línea de campo Campo debido a una carga puntual en el vacío Campo debido a un conjunto de cargas puntuales 12 Potencial eléctrico Definición física (bis). Sentido de desplazamiento de las cargas en un campo Relación entre el potencial y el campo Unidad de campo eléctrico: Volt por metro Potencial creado en u punto por un conjunto de cargas puntuales Superficie equipotencial 17 Vector Desplazamiento D. Flujo Eléctrico Vector de desplazamiento D Flujo de inducción a través de una superficie ds Explicación de la palabra <<flujo>>. analogía de fórmula con el gasto 18 de un fluido Tubo de flujo El flujo en una magnitud algebraica Flujo debido a una carga puntual y considerado en un ángulo sólido Flujo eléctrico a través de una superficie que envuelve totalmente a 21 las cargas Flujo conservativo Cuadro de las relaciones fundamentales aplicables al campo eléctrico 23 en el vacío

2 Capítulo 3. Conductores 24 Conductor aislado en el vacío Proporción fundamental Potencial de un conductor. Definición. Propiedades El potencial rige el desplazamiento de las cargas Las líneas de campo (y de inducción) son perpendiculares a la 26 superficie 3.5. La carga está enteramente sobre la superficie Presión electrostático que tiende a expulsar las cargas Un conductor pierde electricidad por su puntas Consecuencias prácticas del poder de las puntas Un conductor vacío en una jaula de Faraday 29 Conductor aislado en presencia de otros conductores Influencia total. (B envoltura, A electrizado) Influencia parcial. El cuerpo influido tiene una carga menor que el 32 cuerpo influyente Capítulo 4. Aisladores o Dieléctricos 4.1. Todas las propiedades de los aisladores se explican por la polarización E un campo, la superficie de un aislador lleva cargas de polarización Características: particulares de las cagas de polarización Consecuencia: a través de varios dieléctricos, el flujo de inducción es 36 conservativo 4.5. Propiedades opuestas de los vectores D y E Por qué se denomina dieléctrico a un aislador? Las cargas de polarización crean un campo despolarizante La polarización alterna va acompañada de pérdidas por histéresis 38 dieléctrica Capítulo 5. Capacidad. Condensador Definición Armaduras muy próximas. El conjunto es un condensador Unidad de capacidad de un condensador plano Capacidad de un condensador plano La permitividad absoluta E = E0Er es la capacidad unitaria Fórmulas generales y fundamentales aplicables a los condensadores Aplicación. Determinación de capacidades Condensador de dieléctrico compuesto Rigidez dieléctricas o campo de ruptura La despolarización lenta explica las cargas residuales Asociación de condensadores Energía de un condensador cargado La fuerza F entre las armaduras se obtienen por el trabajo virtual Todo sistema tiende a aumentar su capacidad Aplicación al electrómetro Condensadores industriales Inconvenientes de los condensadores industriales de dieléctricos 54

3 sólido Capítulo 6. Corriente Eléctrica. Conductividad de los Conductores Solidos. Ley de Ohm Corriente Eléctrica Corriente eléctrica. Intensidad, unidad: Ampere Descubrimiento de la pila Sentido de la corriente eléctrica Definiciones electroquímicas del coulomb y del ampere Potencia de una corriente Unidades usuales de cantidad de electricidad y de energía 58 Conductores Metálicos. Corrientes de Conducción Teoría electrónica de la corriente en un conductor metálico: Movilidad 59 de los electrones 6.8. Conductividad y resistividad de una sustancia conductora Caso general de un conductor no filiforme Papel del generador Ley de Ohm. Resistencia Unidades de resistencia, de conductancia y de resistividad Influencia de la temperatura sobre la resistividad de un conductor 64 sólido (variaciones normales) Variaciones anómalas de la resistividad con la temperatura Tabla de resistividad y coeficientes de temperatura Caso de las aleaciones y de los metales impuros 68 Aisladores Sólidos Corrientes de conducción Corriente de desplazamiento Propiedades de una corriente de desplazamiento 70 Semiconductores Un semiconductor tiene un coeficiente de temperatura negativo, muy 70 grande y fuertemente variable Capítulo 7. Conductividad de los Líquidos y de los Gases. Electrólisis 72 Líquidos Descomposición química de un líquido Ionización anterior al paso de la corriente por una disolución El paso de la corriente se efectúa por convección Fenómenos producidos por el paso de la corriente Leyes de la electrólisis establecidas por Faraday Generalización de los fenómenos electrolíticos Consecuencias y aplicaciones de la electrólitos Conductividad de los electrólitos 78 Gases La corriente eléctrica en u gas es una corriente de convección Corriente de saturación. Ionización por choque 79 Capítulo 8. Efecto Térmico o Efecto Joule 80 Corriente continua en lo9s conductores sólidos 80

4 8.1. Fenómeno experimental. Explicación sólidos Energía disipada en forma e calor. Ley de Joule Analogía mecánica Calor disipado en el aire por un cuerpo caliente Ley de la elevación en el aire por un cuerpo caliente 82 (Suponiendo la resistividad constante) Temperatura límite o temperatura de régimen Constante de tiempo en la elevación de la temperatura Cálculo de un reóstato o de una resistencia de calefacción Cálculo de una escala de fusibles. Fórmula de Preece Cálculo de una velocidad de calentamiento Consecuencias y aplicaciones del efecto Joule Efecto Joule en los líquidos 89 Capítulo 9. Generadores y Receptores. Pilas y Acumuladores 90 Generalidades. Definiciones Definición de resistencia pura (bis). La porción de circuito contiene varias resistencias puras Definición de fuerza electromotriz de un generador Definición de fuerza contraelectromotriz de un receptor Convenios de signos 95 Generadores Primarios. Pilas Eléctricas Entre dos conductores sólidos diferentes en contacto existe una d.d.p. 96 efecto Peltier 9.6. Cadena metálica formada por dos metales diferentes. Efecto Seebeck 97 Interposición de un líquido conductor entre dos métales diferentes Interposición de un líquido conductor entre dos metales diferentes Consecuencia: tensión mínima necesaria para toda operación 99 electroquímica 9.9. Debilitamiento de la corriente suministrada por una pila. Polarización Pilas hidroeléctricas modernas. Pila de combustible 100 Generadores Secundarios. Acumuladores eléctricos Acumulador del plomo Acumulador de ferroníquel o de cadmio níquel Acumulador de plata Asociación de generadores Aplicaciones 107 Capítulo 10. Circuitos Eléctricos. Redes en Malla En un circuito eléctrico tienen lugar transformaciones de energía 109 Porción de Circuito La porción de circuito es una resistencia pura Porción de circuito que contiene generadores y receptores Consecuencia I. Relación E y U en un generador Consecuencia II. Relación entre E y U en un receptor 111 Circuito Cerrado Único En un circuito cerrado único se aplica la ley de Ohm generalizada 112

5 10.7. Aplicación: Corrientes de carga y descarga de un condensador 112 Circuitos Complejos. Leye de Kirchhoff Definiciones Leyes de Kirchhoff Aplicación de las leyes de Kirchhoff Todas de la segunda ley de Kirchhoff 118 Transformación de las Redes Método de las mallas independientes Principio de superposición Transformación estrella triángulo. Teorema de Kennely Teorema de Thévenin Teorema de Norton Teorema de Millman 126 Capítulo 11. Electromagnetismo. Los Vectores B y H en el Campo 128 Magnético La causa de todo fenómenos magnéticos es una corriente eléctrica Fórmula elemental y fundamental de Amperé 129 Vector Inducido B. Inducción Magnética Inducción magnética. Poder de fuerza Vector B. Fórmula de Biot y Savart Fuerza electromagnética o fuerza de Laplace Valor de u0 en el sistema internacional (S. I.) Unidades de inducción B y de flujo de inducción O 133 Vector de Campo Magnético H Influencia del medo sobre las fuerzas magnéticas Vector H: Magnitud que depende únicamente del origen del campo 134 Propiedades Notables y Opuestas de los Vectores B y H El flujo de inducción es conservativo Consecuencia: Conservación de la componente normal de B El flujo el vector H no es conservativo El vector H obedece al teorema de Ampere La circulación de B depende de los medios atravesados y, por 139 consiguiente, no ofrece interés Un campo magnético H deriva de un potencial V = ni y se expresa 140 en ampere por metro Propiedades de las Líneas de Inducción Conservación de la componente transversal de H Ley de la refracción de las líneas de inducción El hierro aspira y canaliza las líneas de inducción Una envoltura de gran permeabilidad es una pantalla magnética Comparación de los campos eléctricos y magnéticos 145 Capítulo 12. Barra Imantada. Inducción Magnética Terrestre Una barra imantada bajo la sola acción del campo magnético terrestre 146 se halla sometida a un par Barra Imantada 147

6 12.2. Momento magnético de una barra imantada 147 Inducción Magnética Terrestre Los tres grandes capítulos del electromagnetismo 149 Capítulo 13. Fuerza y Trabajo Electromagnéticos 151 Fuerza Electromagnética Fuerza electromagnética o fuerza de Laplace Consecuencia. Efecto Hall Fuerza magnética ejercida por un campo uniforme sobre un electrón 153 en movimiento Trabajo Electromagnético Trabajo electromagnético de una porción de conductor Trabajo electromagnético de un circuito eléctrico en un campo 155 uniforme Principio del flujo máximo Momento del flujo máximo Momento electromagnético de un circuito eléctrico Principales aplicaciones de las fuerzas electromagnéticas Otra aplicación. Rueda de Barlow 160 Capítulo 14. Inducción Magnética debida a las Corrientes Eléctricas 162 En el Aire Dos fórmulas fundamentales Inducción debida a un electrón en movimiento Inducción debida a una corriente rectilínea indefinida Consecuencia. Fuerzas electrodinámicas entre dos conductores 163 recorridos por corrientes Inducción de un toro electromagnético en un punto de su 164 circunferencia media Inducción de un solenoide en un punto de su eje Inducción de una espira circular en un punto de su eje 166 En el Núcleo de una Bobina Larga Una corriente amperiana está dotada de momento magnético Vector imantación es un campo local suplementario debido a las 169 corrientes amperianas La imantación es un campo local suplementario debido a las 169 corrientes amperianas Influencia del núcleo de hierro en una bobina larga o un toro Concepto amperiano de la permeabilidad relativa 171 Bobina Cilíndrica de Núcleo Corto. Campo Desmagnetizante Campo exterior a una barra imantada Campo exterior al núcleo de una bobina Consecuencia. Imantación de las piezas de hierro dulce en el sentido 173 de su longitud. Espectro magnético Teoría del Magnetismo Clasificación de las sustancias Sustancias ferromagnéticas 175

7 14.18.Sustancias antiferromagnéticas Sustancias ferrimagnéticas Influencia de la temperatura. Punto de Curie 177 Capítulo 15. Imantación Inducida. Electroimán imán Permanente Imantación Inducida Estudio B(H). Material experimental Campo creciente. Saturación Campo variable. Histéresis Ciclo der histéresis Pérdida de energía por ciclo de histéresis Histéresis alterna e histéresis giratoria 182 Electroimán Circuito magnético El teorema de Ampere conduce a la ley de Hopkinson Ecuación del circuito magnético Fugas magnéticas Analogías y diferencias entre los circuitos eléctricos y magnético Electroimanes 188 Imán Permanente Definición. Realización Ecuaciones del imán permanente Problema del imán permanente Forma y material óptimos Fundamento del cálculo de un imán permanente 192 Materiales Magnéticos Materiales dulces que rebajan a inducción constantes Materiales dulces que trabajan a inducción variable Materiales duros para imanes permanentes 194 Capítulo 16. Inducción Electromagnética Experiencias fundamentales 195 Fuerza Electromotriz Inducida Flujo cortado y variación del flujo abrazado Sentido de la fuerza electromotriz de inducción Expresión de la f. e. m inducida Circuito inducido casi cerrado Explicación electrónica de la f. e. m de inducción. Campo 200 electromotriz Consecuencias de la ley de Lenz Modos de obtener f. e. m. de inducción 201 Cantidad de Electricidad Inducida Expresión de la cantidad de electricidad inducida Medida de una cantidad de electricidad inducida. Galvanómetro 203 balístico. Fluxómetro Corrientes de Foucault en las Masas Metálicas Definición y causa 205

8 Efectos de las corrientes de Foucault efecto peculiar magnético Consecuencias y aplicaciones de las corrientes de Foucault 209 Capítulo 17. Autoinducción. Inducción Mutua 210 F. e. m de autoinducción. Inductancia En una bobina recorrida por una corriente variable se origina una f. e. 210 m. de autoinducción Inductancia de una bobina Expresión de la f.e.m de autoinducción Unidad S. I. de inductancia. El Henry Fórmulas de algunas inductancias notables Generalidad de la ley de Ohm 213 Energía Electrocinética Energía almacenada y restituida por una inductancia Naturaleza de esta energía Energía perdida por histéresis Analogía entre inductancia y momento de inercia Aplicación. Fuerza de un electroimán Generalización. Desplazamiento de una sustancia magnética dentro 219 de un campo magnético Efectos de la autoinducción Cierre del circuito Apertura de un circuito Inconvenientes de la autoinducción al interrumpir un circuito Remedios contra estos inconvenientes 223 Inducción mutua Definición Inducción mutua Relación entre las inductancias propias y la inductancia mutua Aplicación al variómetro Efectos de un circuito cerrado sin f. e, m. propia, sobre la inductancia 228 de otro circuito Descarga Oscilante. Corriente Pseudosinusoudal La descarga de un condensador en circuito inductivo puede ser 229 oscilante El circuito de descarga oscilante es un sistema pendular 231 amortiguado Corriente pseudosinusoidal Fórmula de Thomson Analogías mecánicas: inercia, elasticidad y viscosidad n los circuitos 232 eléctricos Capítulo 18. Magnitud Sinusoidal. Magnitud Periódica Magnitud periódica 234 Magnitud Sinusoidal Ecuación de la magnitud sinusoidal 234

9 18.3. Representación cartesiana Representación por el vector de Fresnel Representación simbólica o imaginaria Interés de las representaciones vectorial e imaginaria de una 241 magnitud sinusoidal Valores notables de la magnitud sinusoidal Aplicación de los números complejos a la electrotecnia 242 Magnitud Periódica Teorema de Fourier Análisis armónico por medios matemáticos Análisis armónico a partir de gráficas y = f(0) Valores medio y eficaz de la magnitud periódica Sinusoide equivalente a una magnitud periódica Corrientes alternas industriales. Símbolos convencionales 247 Capítulo 19. Circuitos de Corriente Alterna Un circuito de corriente alterna está en oscilación forzada 248 Corrientes en los diferentes receptores Caso de receptores perfectos Receptor real (RLC) Receptores en serie Receptores en paralelo Fenómenos de resonancia 254 Aplicaciones y Consecuencias Filtros eléctricos Efecto peculiar eléctrico o efecto Kelvin 257 Redes de Corrientes Alternas Ley de Ohm sencilla Ley de Ohm aplicable a una parte de circuito Leyes de Kirchhoff Conclusión general Caso en que la f. e. m aplicada no es sinusoidal 261 Capítulo 20. Potencia de las Corrientes Alternas 263 Potencia media. Energía Fluctuante Potencia transformada en un generador y en un motor Distinción entre la potencia transformada por un generador y por un 264 motor Potencia en los bornes de un generador o de un motor Energía fluctuante 265 Potencias activa, Reactiva y Aparente Definiciones Explicación de sus denominaciones Unidades Una inductancia absorbe potencia reactiva. Una capacidad la 268 suministra Relaciones fundamentales entre las potencias activa, reactiva y 268

10 aparente Teorema de Boucherot Potencia magnetizante de una inductancia Potencia activa consumida por un condensador Potencias activa y reactiva en el método simbólico Mejora del factor de potencia Medida de la potencia activa. Vatímetro Medida de la potencia reactiva. Vármetro Potencia de las corrientes no sinusoidales 277 Capítulo 21. Corrientes Polifásicas Definición 279 Sistema bifásico equilibrado Descripción 280 Sistema trifásico equilibrado Descripción Magnitudes simples y compuestas. Relaciones entre estas 284 magnitudes Sistemas polifásicos no equilibrados Definición de los desequilibrados Fundamentos de la resolución de los problema sobre redes trifásicas 288 no equilibradas Método directo simbólico para las admitancias Método de las componentes simétricas Paso de un sistema no equilibrado a sus componentes simétricas 292 Potencia de los Sistemas Polifásico Expresión en un sistema bifásico Expresión en un sistema trifásico Medida de la potencia bifásica Medida de la potencia trifásica Método de os dos vatímetros (potencia activa) Precauciones relativas a las conexiones de los vatímetros 303