ELECTROSTÁTICA
La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos producidos por distribuciones de cargas eléctricas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado.
Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden ser estudiadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.
La existencia del fenómeno electrostático es bien conocido desde la antigüedad, existen numerosos ejemplos ilustrativos que hoy forman parte de la enseñanza moderna, como el hecho de que ciertos materiales se cargan de electricidad por simple frotamiento y atraen pequeños trozos de papel o pelo, por ejemplo un globo inflado que previamente se ha frotado con un paño seco.
FUERZA ELECTROSTÁTICA
Los tres tienen masa pero solamente el electrón y el protón tienen carga. El protón tiene carga positiva y el electrón tiene carga negativa.
Si se colocan dos electrones (carga negativa los dos) a unadistancia "r", estos se repelerán con una fuerza "F".
Esta fuerza depende de ladistancia "r" entre los electrones y la carga de ambos. Esta fuerza "F" es llamada Fuerza electrostática.
Si en vez de utilizar electrones se utilizan protones, la fuerza será también de repulsión pues las cargas son iguales. (positivas las dos)
La fuerza cambiará a atractiva, si en vez de poner dos elementos decarga igual, se ponen se cargas opuestas. (un electrón y un protón)
El que la fuerza electrostáticasea de atracción o de repulsión depende de los signos de las cargas:
- cargas negativas frente a frente se repelen
- cargas positivas frente a frente se repelen
- cargas positivas frente a frente se repelen
- carga positiva frente a carga negativa se atraen
- un electrón con un neutrón no generan ninguna fuerza
- un protón con un neutrón no generan ninguna fuerza
- un protón con un neutrón no generan ninguna fuerza
Acordarse que el neutrón es "neutro", no tiene carga.
Conclusión:
Cargas iguales se repelen y cargas distintas se atraen
Nota: La carga de protón y del electrón son iguales pero de signo opuesto, pero la masa del protón es casi 2000 veces la masa del electrón.
LEY DE COULOMB
Esta fuerza depende de las cargas enfrentadas y de la distancia que hay entre ellas.
El valor de la fuerza electrostática viene dada por la fórmula:
donde:
- F = fuerza electrostática que actúa sobre cada carga Q1 y Q2
- k = constante que depende del sistema de unidades y del medio en el cual se encuentran las cargas
- r = distancia entre cargas
- k = constante que depende del sistema de unidades y del medio en el cual se encuentran las cargas
- r = distancia entre cargas
En el vacío y utilizando el sistema de unidades MKS, la constante k es:
donde:
entonces:
Con este valor de k, las cargas se expresan en coulombios, la distancia (r) enmetros, para obtener una resultante de fuerza en Newtons.
- Si las cargas son de signo opuesto (+ y -), la fuerza "F" será negativa lo que indica atracción
- Si las cargas son del mismo signo (- y - ó + y +), la fuerza "F" será positiva lo que indica repulsión.
- Si las cargas son del mismo signo (- y - ó + y +), la fuerza "F" será positiva lo que indica repulsión.
Nota: Sistema de unidades MKS (Metros, Kilogramos, Segundos)
CAMPO ELÉCTRICO
es un ente físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.1 Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica
dada por la siguiente ecuación:
dada por la siguiente ecuación:
En los modelos actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, en campo tensorialcuadridimensional, denominado campo electromagnético Fμν.2
Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.
Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino a través de la ponderación de la fuerza actuante sobre alguna carga. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832.
La unidad del campo eléctrico en el SI es newton por culombio (N/C), voltio por metro (V/m) o, en unidades básicas, kg·m·s−3·A−1.
DIFERENCIA DE POTENCIAL
La tensión, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica. La diferencia de potencial también se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre unapartícula cargada, para moverla de un lugar a otro. Se puede medir con un voltímetro.1
En el Sistema Internacional de Unidades, la diferencia de potencial se mide en voltios ( V ), al igual que elpotencial.
La tensión es independiente del camino recorrido por la carga, y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo.
Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo deelectrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (ley de Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.
Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto, o potencial, se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial sea cero.
LEY DE OHM
La Ley de Ohm afirma que la corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a latensión e inversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.
La ecuación matemática que describe está relación es:
Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que laR en esta relación es constante, independientemente de la corriente.
Esta ley tiene el nombre del físico alemán Georg Ohm, que en un tratado publicado en 1827, halló valores de tensión y corriente que pasaba a través de unos circuitos eléctricos simples que contenían una gran cantidad de cables. El presentó una ecuación un poco más compleja que la mencionada anteriormente para explicar sus resultados experimentales. La ecuación de arriba es la forma moderna de la ley de Ohm.
CIRCUITO
ELÉCTRICO
Un circuito eléctrico es un conductor unido por sus extremos, en el que existe, al menos, un generador que produce una corriente eléctrica. En un circuito, el generador origina una diferencia de potencial que produce una corriente eléctrica. La intensidad de esta corriente depende de la resistencia del conductor.
Los elementos que pueden aparecer en un circuito eléctrico pueden estar colocados en serie o en paralelo.
MONTAJES Y ESQUEMAS ELÉCTRICOS.
Para representar en el papel los circuitos eléctricos se utilizan una serie de símbolos que simplifican mucho el trabajo. De esta forma cualquier persona puede entender y reproducir un circuito si entiende los símbolos.
ELECTRÓNICA DIGITAL
Es una parte de la electrónica que se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la informaciónestá codificada en dos únicos estados. A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más comúnmente 1 y 0, refiriéndose a que en un circuito electrónico digital hay dos niveles de tensión.
Electrónicamente se les asigna a cada uno un voltaje o rango de voltaje determinado, a los que se les denomina niveles lógicos, típicos en toda señal digital. Por lo regular los valores de voltaje en circuitos electrónicos pueden ir desde 1.5, 3, 5, 9 y 18 voltios dependiendo de la aplicación, así por ejemplo, en una radio de transistores convencional las tensiones de voltaje son por lo regular de 5 y 12 voltios al igual que se utiliza en los discos duros IDE de computadora.
Se diferencia de la electrónica analógica en que, para la electrónica digital un valor de voltaje codifica uno de estos dos estados, mientras que para la electrónica analógica hay una infinidad de estados de información que codificar según el valor del voltaje.
Esta particularidad permite que, usando Álgebra Booleana y un sistema de numeración binario, se puedan realizar complejas operaciones lógicas o aritméticas sobre las señales de entrada, muy costosas de hacer empleando métodosanalógicos.
La electrónica digital ha alcanzado una gran importancia debido a que es utilizada para realizar autómatas y por ser la piedra angular de los sistemas microprogramados como son los ordenadores o computadoras.
Los sistemas digitales pueden clasificarse del siguiente modo:
