Fundamentos Esenciales de Electricidad y Magnetismo: Conceptos Físicos Clave
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Fundamentos de la Materia y Carga Eléctrica
Átomo
La subdivisión más pequeña de un elemento sin que pierda sus propiedades químicas.
Ion
Átomos que han adquirido o perdido electrones, resultando en una carga eléctrica neta.
Leyes Fundamentales del Electromagnetismo
Ley de Coulomb
La fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos cargados es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Campo Electrostático
El espacio que rodea a los cuerpos cargados y en el que se manifiestan las fuerzas de atracción y repulsión.
Ley de Ohm
La corriente en un circuito es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del circuito ($I = V/R$).
Conceptos Clave de Circuitos Eléctricos
Tensión (Voltaje)
La fuerza (o diferencia de potencial) que impulsa a los electrones a moverse a través de un conductor, generando la corriente eléctrica.
Voltio (V)
La unidad de tensión necesaria para hacer circular una corriente de un amperio a través de una resistencia de un ohmio.
Intensidad de Corriente (I)
La circulación de electrones a través de un conductor. Se mide en amperios (A), que equivalen a la cantidad de culombios de carga que pasan por segundo.
Resistencia (R)
La oposición que presenta un material al flujo de la corriente eléctrica.
Conductancia (G)
La facilidad que presenta un material a la circulación de la corriente eléctrica (inverso de la resistencia).
Factores que Afectan la Resistencia de un Conductor
- Tipo de material (resistividad específica).
- Temperatura.
- Longitud del conductor.
- Sección transversal.
Propiedades de Materiales y Medición
Coeficiente de Temperatura Positivo (PTC)
Materiales en los que un incremento de la temperatura causa un aumento de la resistencia eléctrica.
Termistores NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo)
Resistencias cuya magnitud disminuye al aumentar la temperatura.
Rigidez Dieléctrica
El valor límite del campo eléctrico que un material aislante puede soportar antes de perder su propiedad aislante y volverse conductor (ruptura dieléctrica).
Conexión de Instrumentos de Medida
- Voltímetro: Se conecta en paralelo.
- Amperímetro: Se conecta en serie.
Magnetismo y Generación de Voltaje
Reluctancia
La resistencia que un material ofrece al flujo magnético.
Factores que Determinan la Magnitud del Voltaje Inducido
- Número de vueltas del conductor.
- Intensidad del campo magnético.
- Velocidad del movimiento relativo.
- Ángulo con el que el conductor corta al campo magnético.
Potencia y Eficiencia Energética
Potencia Eléctrica (P)
El trabajo realizado por unidad de tiempo.
Rendimiento (Eficiencia Energética)
La relación (generalmente expresada en porcentaje) entre la potencia de salida y la potencia de entrada.
Razón para Elevar la Tensión en el Transporte de Energía
Se eleva la tensión para poder reducir la intensidad de corriente. Esto minimiza las pérdidas por efecto Joule ($P_{pérdida} = I^2 R$) mientras se mantiene la misma cantidad de potencia transportada.