DIFERENCIA ENTRE CAMPO ELÉCTRICO, ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA Y POTENCIAL ELÉCTRICO

Transcripción

1 DIFERENCIA ENTRE CAMPO ELÉCTRICO, ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA Y POTENCIAL ELÉCTRICO CAMPO ELÉCTRICO El espacio que rodea a un objeto cargado se altera en presencia de la carga. Podemos postular la existencia de un campo eléctrico en este espacio. Se dice que existe un campo eléctrico en una región de espacio en la que una carga eléctrica experimenta una fuerza eléctrica. La intensidad del campo eléctrico E en un punto se suele definir en términos de la fuerza F que experimenta una carga positiva pequeña +q cuando está colocada precisamente en ese punto. La magnitud del campo eléctrico está dada por: E = F q En el sistema métrico, una unidad de intensidad del campo eléctrico es el newton por coulomb (N/C). La dirección de la intensidad del campo eléctrico E en un punto en el espacio es la misma que la dirección en la que una carga positiva se movería si se colocara en ese punto. Alrededor de un cuerpo cargado existe un campo eléctrico, haya o no una segunda carga localizada en el campo. Si una carga se coloca en el campo, experimentará una fuerza F dada por: F = qe

2 El campo en la proximidad de una carga positiva tiene una dirección radial hacia fuera en cualquier punto. El campo se dirige hacia adentro o hacia una carga negativa. Las líneas de campo eléctrico son líneas imaginarias trazadas de tal manera que su dirección en cualquier punto es la misma que la dirección del campo eléctrico en ese punto. Campo eléctrico en cargas puntuales ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA Consideremos una carga positiva +q que se encuentra en reposo en el punto A dentro de un campo eléctrico uniforme E constituido entre dos láminas con carga opuesta. Una fuerza eléctrica qe actúa hacia abajo sobre la carga. El trabajo realizado en contra del campo eléctrico para mover la carga desde A hasta el punto B es igual al producto de la fuerza qe por la distancia d. Por consiguiente, la energía potencial eléctrica en el punto B en relación con el punto A es: EP = qed Siempre que una carga positiva se mueve en contra del campo eléctrico, la energía potencial aumenta, y siempre que una carga negativa se mueve en contra del campo eléctrico, la energía potencial disminuye.

3 La energía potencial debida a una carga colocada en un campo eléctrico es igual al trabajo realizado contra las fuerzas eléctricas que transportan la carga desde el infinito hasta el punto en cuestión. A menudo se considera que la energía potencial en el infinito es cero, por lo que la energía potencial de un sistema compuesto por una carga q y otra carga Q separadas por una distancia r es: EP = kqq r POTENCIAL ELÉCTRICO El potencial V en un punto situado a una distancia r de una carga Q es igual al trabajo por unidad de carga realizado contra las fuerzas eléctricas para transportar una carga positiva +q desde el infinito hasta dicho punto. El potencial en determinado punto es igual a la energía potencial por unidad de carga. Las unidades de potencial se expresan en joules por coulomb, y se conocen como volt (V). V A = kq r El potencial debido a una carga positiva es positivo, y el potencial debido a una carga negativa es negativo. Si se consideran dos o más cargas es posible calcular el potencial eléctrico en un punto mediante la suma algebraica de los potenciales que corresponden a cada carga.

4 V = kq r CARACTERÍSTICAS DE LOS CIRCUITOS CON RESISTENCIA EN: SERIE, PARALELO Y MIXTO Hasta este momento se han mencionado las propiedades eléctricas en un punto debido a la acción de una carga o conjunto de cargas. Ahora se deben considerar como afectan estas características a un nivel mayor, es decir en equipos eléctricos y electrónicos los cuales funcionan por medio de circuitos. Antes de definir el concepto de circuito eléctrico es necesario comprender dos propiedades básicas que forman parte de cualquier sistema eléctrico; la resistencia y la corriente. RESISTENCIA La resistencia es la oposición que presentan los materiales al flujo de electricidad a través de ellos. Considerando la resistencia como referencia es posible clasificar todos los materiales en conductores, semiconductores y aislante. Los materiales conductores presentan baja resistencia al flujo de la electricidad, en algunos casos incluso se considera despreciable, por ejemplo el oro, la plata y el cobre son muy buenos conductores de electricidad. Los aislantes representan una barrera para el flujo eléctrico y se emplean precisamente para detener la electricidad y como protección. En general, los materiales plásticos y sus derivados son buenos aislantes, el vidrio y la madera también son aislantes. Finalmente, los semiconductores pueden actuar como aislantes o conductores dependiendo de algunas condiciones físicas y químicas del material. Por medio de investigaciones y experimentos se ha logrado manipular los semiconductores para fabricar componentes electrónicos. Conductor de cobre aislado

5 CORRIENTE ELÉCTRICA La corriente eléctrica I es la rapidez del flujo de la carga Q que pasa por un punto dado P en un conductor eléctrico. La corriente se origina a partir del movimiento de los electrones y es una medida de la cantidad de carga que pasa por un punto dado en una unidad de tiempo t. I = Q t La unidad de corriente eléctrica es el ampere. Un ampere A representa un flujo de carga con la rapidez de un coulomb por segundo, al pasar por cualquier punto. 1 A = La dirección de la corriente convencional (empleada en los diagramas eléctricos) siempre es la misma que la dirección en la que se moverían las cargas positivas, incluso si la corriente real consiste en un flujo de electrones. 1 C 1 s Fuerza electromotriz Una fuente de fuerza electromotriz fem es un dispositivo que convierte la energía química, mecánica u otras formas de ella en la energía eléctrica necesaria para mantener un flujo continuo de carga eléctrica. Puesto que la fem es trabajo por unidad de carga, se expresa en la misma unidad que la diferencia de potencial: el joule por coulomb, o volt. Una fuente de fem de 1 volt realizará un joule de trabajo sobre cada coulomb de carga que pasa a través de ella. Ahora es posible retomar la ley de ohm, la cual es fundamental para entender el comportamiento de cualquier circuito eléctrico. En esta ley se combinan la corriente I, la resistencia R y el fem o voltaje V como se muestra a continuación:

6 I = V R La unidad de medida de la resistencia es el ohm, cuyo símbolo es la letra griega mayúscula omega. 1 = 1 V 1 A Una resistencia de un ohm permitirá una corriente de un ampere cuando se aplica a sus terminales una diferencia de potencial de un volt. Representación de la ley Ohm