Líneas equipotenciales y de campo eléctrico.

La fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas puntuales fue cuantificada experimentalmente por Charles Augustin Coulomb cuando estableció "la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las magnitudes de las cargas e inversamente proporcional al inverso del cuadrado de la distancia que las separa".

Para que una carga eléctrica pueda interactuar con otra carga, esta genera a su alrededor un campo eléctrico, el cual puede describirse gráficamente como lo propuso Michael Faraday, utilizando líneas imaginarias denominadas líneas de fuerza, las cuales se dibujan e interpretan así:

  • Se originan en cargas positivas y terminan en cargas negativas.
  • Proporcionan la dirección del campo en cualquier punto. Sin embargo, en los casos en los que las líneas de fuerza tengan una curvatura, es la tangente a la línea de fuerza la que da la dirección del campo eléctrico.
  • El número de líneas por unidad de área de sección transversal es proporcional a la magnitud del campo eléctrico.

Además, el campo eléctrico es conservativo, lo que significa que la energía mecánica se conserva y en consecuencia se puede utilizar el método de energía y emplear la magnitud del potencial eléctrico para describirlo gráficamente por medio de superficies equipotenciales.

Este método consiste en trazar una familia de superficies que unan puntos que tengan el mismo valor de potencial eléctrico.

El campo eléctrico y el potencial eléctrico están relacionados, de tal forma que para encontrar el potencial eléctrico a partir del campo eléctrico se utiliza la expresión: Vp = -∫Ē•dl

Y para calcular el campo eléctrico a partir del potencial eléctrico se utiliza la expresión: Ē = -◊V = ∂V/∂xî – ∂V/∂xj – ∂V/∂xk ; donde el signo negativo indica que el vector campo eléctrico apunta en la dirección decreciente del potencial eléctrico.

Además, la magnitud del campo eléctrico tiene un máximo cuando es perpendicular a la superficie equipotencial.

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Magnetismo.

Un campo magnético es el espacio donde se manifiestan efectos magnéticos, rodea a un imán y se puede representar por líneas de campo magnético.

Las líneas de campo magnético tienen el sentido de la fuerza que se ejercería en un polo norte aislado.

La fuerza magnética entre dos varillas paralelas que conducen una corriente eléctrica es F = µ0I1I2l/2πd donde µo = 4πx10^-7 Tm/A y l es la longitud de los conductores paralelos.

La densidad de flujo magnético es el número de líneas de flujo que atraviesan la unidad de área perpendicular en esa región.

En una espira se forma un campo magnético circular alrededor de la espira, se convierte en un imán con polaridades norte a un lado y sur al otro. B = µoI/2r en el centro de la espira.

Si en un material se orientan todos los átomos, se formaría un imán permanente, en el cual, si el material se parte, se tendrían dos imanes permanentes de la misma intensidad.

En el exterior de un solenoide B≈0.
En el interior de un solenoide B = µonI donde n=N/L que es el número de vueltas por unidad de longitud.

Cuando una corriente se hace pasar por un conductor dentro de un campo magnético se genera en el conductor una fuerza electromagnética, este es el principio de los motores eléctricos.

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Conceptos de Electrodinámica.

Electrodinámica: rama de la electricidad que estudia las cargas eléctricas en movimiento.

Corriente eléctrica: flujo de carga eléctrica. Los electrones son los portadores de carga eléctrica, establecen el flujo de carga o corriente eléctrica.

Corriente convencional: es la cual donde las cargas positivas caen de una energía potencial eléctrica mayor a una energía potencial eléctrica menor en un conductor.

Intensidad de la corriente eléctrica o corriente eléctrica: carga que pasa por la sección de un conductor en la unidad de tiempo. Se define como i= ∆q/∆t con unidades de Coulomb/segundo, de tal manera que 1C/s = 1A (Amperio) y es la unidad de la corriente eléctrica.

Coulomb: unidad de carga formada por 6.25×10^18 electrones.

Ley de Ohm: todo material se opone al paso de la corriente eléctrica, es decir, todo material posee una resistencia eléctrica medida en Ohms, la cual, en los materiales conductores es baja, pero en los no conductores se puede decir que su resistencia eléctrica es infinita.

"El voltaje aplicado a un dispositivo es directamente proporcional a la corriente que circula por el".

Así: V = IR. Voltios = Amperios*Ohmnios.

Observaciones:

  • La corriente eléctrica en la fuente de voltaje sale despedida por el polo positivo en un circuito eléctrico sencillo simple.
  • La resistencia toma la polaridad positiva por el terminal donde entra la corriente.
  • Las pilas o baterías impulsan la carga en un solo sentido, por eso se les llama fuente de voltaje directa.
  • El voltaje doméstico impulsa la carga en un sentido y en el otro, también, por eso se le llama voltaje alterno.
  • A una asociación de pilas se le llama batería y esta asociación puede ser generalmente en serie o en paralelo.
  • En una asociación de pilas en serie, el voltaje de la asociación es la suma de los voltajes de las pilas.
  • En una asociación de pilas en paralelo, el voltaje que proporciona es el mismo que proporcionaría una sola.

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