Electricidad: Conceptos Fundamentales y Aplicaciones
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Electricidad
Electrización
La electrización es el fenómeno por el cual los cuerpos adquieren carga eléctrica. Las cargas eléctricas provienen de las partículas que constituyen el átomo:
- El núcleo del átomo está constituido por protones (partículas con carga positiva) y neutrones (partículas sin carga eléctrica).
- La corteza está constituida por electrones (partículas con carga negativa).
El número de protones de un átomo es igual al número de electrones; por tanto, el átomo es neutro en su conjunto. Sin embargo, un átomo puede ganar o perder electrones, quedando cargado eléctricamente. Un cuerpo es neutro si sus átomos tienen tantas cargas positivas como negativas; está cargado positivamente si sus átomos tienen un defecto de electrones, y está cargado negativamente si sus átomos tienen un exceso de electrones.
Materiales Conductores y Aislantes
Los materiales conductores son aquellos que permiten que las cargas eléctricas se desplacen libremente por su interior. Los materiales aislantes, por otro lado, impiden este libre desplazamiento.
Fuerzas Eléctricas
Una fuerza es toda acción capaz de alterar el estado de reposo o de movimiento de los cuerpos o de producir en ellos alguna deformación. Una característica importante de la fuerza es su carácter vectorial. Las fuerzas eléctricas, o también llamadas electrostáticas, son las fuerzas atractivas o repulsivas que aparecen entre dos cuerpos que poseen cargas eléctricas.
Ley de Coulomb
La Ley de Coulomb relaciona la fuerza electrostática con los factores de que depende:
La intensidad de la fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
La Ley de Coulomb se expresa así:
F = K(Q1 x Q2) / d2
Donde K = 9 x 109 N x m2 / C2
Campo Eléctrico
El campo eléctrico es la perturbación que un cuerpo produce en el espacio que lo rodea por el hecho de tener carga eléctrica.
Líneas de Fuerza
Si una carga eléctrica Q1 crea a su alrededor un campo eléctrico, y se introduce en este campo una pequeña carga positiva Q2 (carga de prueba), esta experimentará una fuerza eléctrica. A partir de las fuerzas eléctricas que actúan sobre Q2 en varios puntos del espacio, se pueden dibujar las líneas de fuerza que representan el campo eléctrico creado por Q1. La fuerza eléctrica sobre una carga de prueba positiva es tangente a las líneas de fuerza en cada punto y tiene el mismo sentido que éstas.
Intensidad del Campo Eléctrico
La intensidad del campo eléctrico en un punto del espacio es la fuerza que experimenta la unidad de carga positiva colocada en ese punto. Se representa con la letra E y es una magnitud vectorial. Su dirección es tangente a las líneas de fuerza en cada punto y su sentido coincide con el de ésta. Su módulo se calcula:
E = F / q
La unidad de intensidad del campo eléctrico en el S.I. es el newton por culombio (N/C).
Cálculo de la intensidad del campo eléctrico de una carga puntual: Se calcula a partir de la ley de Coulomb.
Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica es el desplazamiento conjunto de las cargas eléctricas a través de un material conductor.
Conducción en los metales: Los metales, como el cobre, son buenos conductores eléctricos debido a su elevado número de electrones libres. Cuando se aplica un campo eléctrico a un conductor metálico, los electrones se desplazan a través del conductor en sentido contrario al campo eléctrico, generando la corriente eléctrica.