Electrostática y Electrodinámica: Conceptos Fundamentales

Electrostática

Electrostática: Estudia los fenómenos eléctricos producidos por cargas en reposo.

Modelo Nuclear del Átomo

El modelo nuclear del átomo establece que toda la carga positiva y casi toda la masa se concentran en un pequeño núcleo, mientras que los electrones, cargados negativamente, rodean al núcleo. La energía de ligadura (EL) mantiene unidas las cargas positivas en el núcleo. Esta energía de ligadura es equivalente a la energía nuclear.

Cargas Subatómicas

• Protón: Carga positiva ubicada en el núcleo.
• Neutrón: Sin carga eléctrica, ubicado en el núcleo.
• Electrón: Carga negativa, se encuentra en el orbital atómico. Es la partícula elemental más pequeña.

Propiedades de la Carga Eléctrica

• Cuantizada: La carga eléctrica de un electrón es la mínima cantidad de carga que existe de forma estable en la naturaleza. La carga de cualquier objeto es un múltiplo entero de la carga del electrón. La unidad de carga eléctrica es el Coulomb.
• Conservación: La carga total no se crea ni se destruye, se conserva.

Electrodinámica

Ley de Coulomb

Si las cargas eléctricas son del mismo signo, las fuerzas eléctricas son de repulsión. Si las cargas eléctricas son de signo opuesto, las fuerzas son de atracción. El módulo del par de fuerzas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas eléctricas (F ∝ q1*q2) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las cargas (F ∝ 1/d²).

Campo Eléctrico

Existe un campo eléctrico en un punto del espacio si al colocar una carga en dicho punto, actúa sobre ella una fuerza de origen eléctrico. Definición operacional: E=F/q. El sentido del campo eléctrico lo define la carga principal, mientras que el vector de fuerza eléctrica lo define la carga de prueba. Si la carga de prueba es negativa, la fuerza tiene la misma dirección pero sentido opuesto al campo. Si es positiva, ambos vectores tienen la misma dirección y sentido.

Corriente Eléctrica

Es el desplazamiento de cargas eléctricas por un medio conductor. I=Q/Δt. Se mide en Amperes. Las cargas eléctricas transportan la energía de un punto a otro del circuito. ΔV=Wab/q.

Leyes de Kirchhoff

• Dos conectores están conectados en paralelo si están conectados a los mismos puntos del circuito, llamados nudos.
• Dos receptores están conectados en serie si están conectados uno a continuación del otro, compartiendo un solo punto en común.

1. 1ª Ley: La intensidad de corriente que llega a un nudo es igual a la que sale.
2. 2ª Ley: La diferencia de potencial entre dos puntos del circuito no depende de la trayectoria.

Instrumentos de Medida

• Amperímetro: Mide la intensidad de corriente en un punto del circuito.
• Voltímetro: Mide la diferencia de potencial (ddp) entre dos puntos del circuito.
• Ohmímetro: Mide la resistencia.

Resistencia Eléctrica

Es el cociente entre el voltaje al que se conecta un dispositivo y la intensidad de corriente que circula por él: R=ΔV/I. Depende de la geometría, la temperatura y la composición del material. Un dispositivo conductor obedece la ley de Ohm cuando su resistencia es independiente de la magnitud y la polaridad de la diferencia de potencial aplicada.

Potencia Eléctrica

Es la rapidez de transferencia de energía de un dispositivo (fem) a los portadores de carga. P=W/Δt. Se mide en Watts.