Módulo de Física Eléctrica...Módulo de Física Eléctrica Una característica Eléctrica y...

Módulo de Física EléctricaDocente Mg Jimmy Daniel Peña Triana

2020

Ingeniería de Seguridad y Salud en el Trabajo – Electrónica Industrial

Módulo de Física Eléctrica

¿Qué es la Física Eléctrica?

• Es la rama de la física que se encarga del estudio de la

Naturaleza eléctrica y magnética de la materia. Esta rama

también se le suele llamar “Electromagnetismo” donde de

manera explicita muestra la relación estrecha que existe

entre estas dos fenomenologías, muy presentes a nuestro

alrededor.

Docente Jimmy Peña triana


De donde viene esta característica Eléctrica y Magnética de la Materia

Varios científicos afirman

que al principio existían en

perfecto equilibrio las 4

fuerzas fundamentales de

la Naturaleza que son:



Una característica Eléctrica y Magnética

Los antiguos Griegos ya conocían los efectos de la electricidad

estática. Fue Tales de Mileto quien descubrió que frotando un

trozo de ámbar este adquiría ciertas características: que podía

atraer algunos objetos.


Alrededor del 550 A.C.



Hacia 1750 el científico, político e

inventor Benjamín Franklin,

realizando sus observaciones sobre

la electricidad en rayos, usando su

invento “El Pararrayo”, dedujo que

la electricidad tiene una

característica de atractiva y

repulsiva.


Alrededor del 1750 D.C.



En el año de 1897 el científico J.J. Thomson

trabajando sobre tubos de rayos catódicos

observó que en la materia habían unas

anomalías a las cuales llamó “Electrones”

afirmando que la materia estaba compuesta

por átomos solidos de carga positiva y de

electrones de carga negativa.

Su modelo atómico se le llama “Pudín de

pasas” una esfera cargada positivamente y

sobre ella todos los electrones, de esta

manera se mantiene la carga equilibrada.Docente Jimmy Peña triana



En el año de 1910 el científico Ernest

Rutherford, trabajando sobre radiación

Alpha, Beta y Gamma, observo que los

principios sobre un átomo sólido no

coincidían con sus resultados llegando a la

conclusión que el átomo es vacío.

Su modelo de átomo proponía una masa

prominente en el centro al que denominó

“Protón” y que alrededor giran los electrones.

Por lo tanto, en el átomo existe la misma

cantidad de electrones como de protones para

mantener el equilibrio.Docente Jimmy Peña triana


Una característica Eléctrica y MagnéticaEn el año de 1912 el científico Danés Niels Bohr,

estructura un modelo de átomo que permite

explicar ciertas fenomenologías que para el

momento ningún otro modelo podía describir, este

modelo también tenia un núcleo pesado compuesto

por protones, pero los electrones giraban en orbitas

estacionarias, muy parecido al sistema solar.

El modelo planetario como se denominó también

mantiene una carga equilibrada, soluciona de

manera analítica los espectros electromagnéticos e

introduce los conceptos de la cuantización del

momento angular, es decir, abre las puertas a lo

que hoy denominamos Mecánica Cuántica.



La Carga Eléctrica

Como lo estudiamos la carga eléctrica esta ligada a las partículas

elementales que componen la materia, por lo tanto, cada objeto de la

naturaleza posee tanto CARGA POSITIVA como CARGA NEGATIVA

en equilibrio. Ahora sabemos que el núcleo también existen los

“neutrones” los cuales se pueden presentar como partículas sin carga.


En el sistema internacional (SI) la carga se mide Coulomb (C),

denominado así en honor al científico Charles Coulomb.

De esta manera podemos nombrar la carga elemental de un electrón como:

𝟏, 𝟔 𝒙 𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝑪𝒐𝒖𝒍𝒐𝒎𝒃


La Carga Eléctrica

De esta manera podemos decir que la carga está cuantizada, eso

quiere decir que la carga se va incrementando en múltiplos de un

número entero. A este número lo denominamos, “número cuántico

principal” usando la (n), para simbolizarlo.


Si este es el modelo de un átomo de Helio que posee dos electrones, ¿Cuál es su carga?


La Carga Eléctrica


La Carga Eléctrica

Estática

Puede estar:

Dinámica

• Carga por Inducción• Interacciones entre cargas.

• Campo Eléctrico

• Corriente Eléctrica• Campos Magnéticos• Ley de Inducción

Trabaja


¿Cómo Cargar un Cuerpo?


La cantidad de cargas tanto positivas como negativas de un cuerpo

cerrado es constante, esto se explica en la “ley de la conservación de

las cargas”, que si se produce una cierta cantidad de cargas de un

signo, también se debe producir una cantidad igual de cargas de

signo contrario.

La electricidad se produce cuando los electrones libres se

desplazan de un átomo a otro. Existen seis principales formas

en el que el ser humano logra producir electricidad:




La carga por Fricción: una carga eléctrica se produce cuando

se frota uno con otro, dos pedazos de ciertos materiales, por

ejemplo, seda y una varilla de vidrio o cuando se peina el

cabello.




La carga por Electroquímica: Las sustancias químicas pueden

combinarse con ciertos metales para iniciar una actividad

química en la cual habrá transferencia de electrones,

produciéndose cargas eléctricas. Esta es la forma en que

funciona una pila eléctrica ordinaria.




La carga por Piezoelectricidad: es el nombre que se da a las

cargas eléctricas producidas por el efecto de la presión. El

efecto es más notable en los cristales, como los usados en

algunos micrófonos y en pastillas de fonógrafo




La carga por Termoelectricidad: Si se aplica calor a la unión

de dos metales distintos para suministrar más energía, se

liberan electrones. El dispositivo descrito recibe el nombre de

termopar. Cuando se unen entre sí varios termopares, se

forma una termopila.




La carga por Fotoelectricidad: Cuando las partículas de un rayo

luminoso inciden sobre un material, liberan su energía y puede

ocasionar la liberación de algunos electrones de los átomos. El

llamado Efecto Fotoeléctrico es una aplicación de este principio que

permite el uso de la energía solar como fuente de energía limpia e

inagotable.




La carga por Inducción Magnética: Cuando un buen conductor, por

ejemplo, el cobre, se hace pasar a través de un campo magnético, la

fuerza del campo suministrará la energía necesaria para que los

átomos del conductor puedan liberar electrones. Este es el principio

de funcionamiento de los generadores eléctricos.


Interacción entre las cargas

La ley de Coulomb nos habla sobre como interactúan las

cargas cuando se acercan unas a las otras. Esta interacción

también se conoce como fuerza eléctrica, que depende

netamente de las cargas y la distancia entre ellas.


𝐹𝑒 =𝐾𝑞1𝑞2𝑟2

Donde,• 𝑘 es una constant de

proporcinalidad.• 𝑞 es la carga medida en Coulomb.• 𝑟 es la distancia entre las cargas.

𝐾 = 9 𝑥 109𝑁 𝑚2

𝐶2



Si dos partículas de misma carga interactúan la fuerza es de

tipo repulsiva, pero si las partículas son de diferente carga la

fuerza es de tipo atractiva.




Ejemplo:

Determine la magnitud y dirección de la fuerza eléctrica sobre el electrón

de un átomo de hidrógeno ejercida por el único protón. Suponga que la

distancia entre el electrón y el protón es de 𝑟 = 0,53 𝑥 10−10 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠.


𝑞1 = 𝑞2 = 1,6 𝑥 10−19 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏

𝐾 = 9 𝑥 109𝑁 𝑚2

𝐶2

𝐹𝑒 =𝐾𝑞1𝑞2

𝑟2=

9 𝑥 109 1,6 𝑥 10−19 1,6 𝑥 10−19

0,53 𝑥 10−10 2

𝐹𝑒 = 8,2 𝑥 10−8 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛

F u e r z a d e t i p o a t r a c t i v o


Interacción entre las cargasEjemplo:

Dos cargas puntuales se localizan sobre el eje x. La carga 𝑞1 = 1 𝑛𝐶 que está a 2 cm del origen, la

carga 𝑞2 = −3 𝑛𝐶 está a 4 cm del origen. ¿Cuál es la fuerza total que ejercen estad dos cargas sobre

una carga 𝑞3 = 5 𝑛𝐶 que se encuentra en el origen?


𝐾 = 9 𝑥 109𝑁 𝑚2

𝐶2

𝐹31 =𝐾𝑞3𝑞1

𝑟2=

9 𝑥 109 5 𝑥 10−9 1 𝑥 10−9

0,020 2 = 1,12 𝑥 10−4 𝑁

𝑞3 𝑞1 𝑞2X

Y

2 cm4 cm

𝑛𝑎𝑛𝑜 = 𝑥10−9

𝐹32 =𝐾𝑞3𝑞2

𝑟2=

9 𝑥 109 5 𝑥 10−9 3 𝑥 10−9

0,040 2 = 8,4 𝑥 10−5 𝑁

Primero se calculan, las

magnitudes de las fuerzas entre

las cargas.



𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎 = −1,12 𝑥 10−4 + 8,4 𝑥 10−5 = −𝟐, 𝟖 𝒙 𝟏𝟎−𝟓 𝑵𝒆𝒘𝒕𝒐𝒏

La fuerza neta tiene una dirección hacia la derecha

Debemos revisar la dirección de cada una de las fuerzas sobre la carga que estamos

observando. Usamos diagrama de cuerpo libre para el análisis.

X

Y

𝐹31

Repulsiva

𝐹32

Atractiva

De esta manera, podemos calcular la fuerza neta y la dirección de la misma.

𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎



Ejemplo:

Tres cargas puntuales, se encuentran sobre el plano, como se observa en la

figura. La carga 𝑞1 = 4 𝑛𝐶 la segunda carga negativa 𝑞2 = 3 𝑛𝐶 y una tercera

carga de 𝑞3 = 4 𝑛𝐶. Hallar la fuerza neta de las cargas 𝑞1 y 𝑞2 sobre la carga 𝑞3.

Debemos hallar la interacción de las otras dos cargas sobre la carga 𝑞3.

𝑭𝒆 =𝑲𝒒𝟏𝒒𝟐𝒓𝟐

Aplicando la ley de CoulombX

Y

𝑞1 𝑞2

𝑞3

25 cm

15

cm

3 𝑛𝐶

4 𝑛𝐶

4 𝑛𝐶


X

Y

𝑞1 𝑞2

𝑞3

25 cm

15

cm

3 𝑛𝐶

4 𝑛𝐶

4 𝑛𝐶

Calculamos las fuerzas sobre cada una de las cargas

𝐹31 =𝑘𝑞1𝑞3𝑟2

=(9 𝑥109)(4 𝑥 10−9)(4 𝑥 10−9)

0,15 2= 𝟔, 𝟒 𝒙 𝟏𝟎−𝟔

𝐹31 =𝑘𝑞2𝑞3𝑟2

=(9 𝑥109)(3 𝑥 10−9)(4 𝑥 10−9)

0,291 2= 𝟏, 𝟐𝟖 𝒙 𝟏𝟎−𝟔

La distancia entre la 𝑞3 y la 𝑞2 se puede medir usando el Teorema de Pitágoras, ya que esta distancia se puede relacionar como una hipotenusa en el triangulo rectángulo.

ℎ =2𝐶𝐴2 + 𝐶𝑂2

𝒉 = 𝟏𝟓 𝟐 + 𝟐𝟓 𝟐 = 𝟐𝟗, 𝟏 𝒄𝒎


Usando un diagrama de cuerpo libre podemos analizar las fuerzas que actúan sobre la carga 𝑞3

La fuerza entre 𝑞3 y la 𝑞1 es de tipo: repulsiva

La fuerza entre 𝑞3 y la 𝑞2 es de tipo: atractiva

𝑞3

𝐹32

𝐹31

Como la suma entre las dos fuerzas es de tipovectorial, debemos hacer uso de las componentesrectangulares, para hacer la suma y encontrar lafuerza neta.

CA

CO

h

𝜃

𝑆𝑒𝑛𝜃 =𝐶𝑂

ℎ

𝐶𝑜𝑠𝜃 =𝐶𝐴

ℎ

𝑇𝑎𝑛𝜃 =𝐶𝑂

𝐶𝐴

𝑪𝑶 = 𝒉𝑺𝒆𝒏𝜽

𝑪𝑨 = 𝒉𝑪𝒐𝒔𝜽


Aplicando las componentes rectangulares, hallamos las respectivas cada vectorfuerza, para ello los relacionamos en:

𝑿 = 𝒉𝑪𝒐𝒔𝜽 = 𝒀 = 𝒉 𝑺𝒆𝒏𝜽 =

𝐹31 6,4 𝑥 10−6𝐶𝑜𝑠(90) 0 6,4 𝑥 10−6𝑆𝑒𝑛(90) 6,4 𝑥 10−6

𝐹32 1,28 𝑥 10−6𝐶𝑜𝑠(36,9) 1,02 𝑥 10−6 1,28 𝑥 10−6𝑆𝑒𝑛(36,9) −7,68 𝑥 10−7

1,02 𝑥 10−6 5,63 𝑥 10−6

El ángulo de inclinación esta dado por la tangente de los catetos, por lo tanto:

𝜃 = 𝑇𝑎𝑛−1 =𝐶𝑂

𝐶𝐴 𝜃 = 𝑇𝑎𝑛−1 =15

20= 36,9°

La componente negativa se debe a quela componente 𝑌 de la fuerza 𝐹21 seencuentra en el eje de las 𝑦 negativas. 𝐹21

Componente X

Componente y


Aplicando las componentes rectangulares, hallamos las respectivas cada vectorfuerza, para ello los relacionamos en:

𝑿 = 𝒉𝑪𝒐𝒔𝜽 = 𝒀 = 𝒉 𝑺𝒆𝒏𝜽 =

𝐹31 6,4 𝑥 10−6𝐶𝑜𝑠(90) 0 6,4 𝑥 10−6𝑆𝑒𝑛(90) 6,4 𝑥 10−6

𝐹32 1,28 𝑥 10−6𝐶𝑜𝑠(36,9) 1,02 𝑥 10−6 1,28 𝑥 10−6𝑆𝑒𝑛(36,9) −7,68 𝑥 10−7

1,02 𝑥 10−6 5,63 𝑥 10−6

Para hallar la fuerza neta, debemos tener los totales de cada componente, comopodemos observar en el cuadro.

𝑭𝒏𝒆𝒕𝒂 = 𝟏, 𝟎𝟐 𝒙 𝟏𝟎−𝟔 𝟐 + 𝟓, 𝟔𝟑 𝒙 𝟏𝟎−𝟔 𝟐 = 𝟓, 𝟕𝟐 𝒙 𝟏𝟎−𝟔 𝑵𝒆𝒘𝒕𝒐𝒏

𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎 = 𝑋2 + 𝑌2 𝜃 = 𝑇𝑎𝑛−1 =𝑌

𝑋

𝜽 = 𝑻𝒂𝒏−𝟏 =𝟓, 𝟔𝟑 𝒙 𝟏𝟎−𝟔

𝟏, 𝟎𝟐 𝒙 𝟏𝟎−𝟔= 𝟕𝟗, 𝟕°



El campo Eléctrico

En la naturaleza las fuerzas están interactuando ya sea con los objetos con masa

o de las cargas en el espacio, pues bien, si la Gravedad ejerce su campo a

distancia como es el caso de la relación Sol – Tierra, lo mismo sucede cuando

una carga esta cerca de otra, es este tipo de interacción se le denomina CAMPO

ELECTRICO, este campo introducido por Michael Faraday para todo aquello

que ocupa el vacío e interactúa con los objetos a su alrededor.



El campo Eléctrico

Capa tipo de carga tiene unas “líneas” características que nos permiten

trabajar y entender el campo Eléctrico 𝐸 .

Para una carga positiva las líneas de campo se expresan saliendo, mientras

que para una carga negativa las líneas de expresan entrando.



El campo Eléctrico

Utilizando una carga de prueba 𝑃 , donde podemos medir la

intensidad de campo eléctrico ejercido por una carga puntual o un

arreglo de cargas, como se observa en la imagen.

𝑬 =𝑭

𝒒

La intensidad de campo eléctrico, se define como:

Donde Ԧ𝐹 es la fuerza eléctrica

𝐸 =𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛

𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏



El campo Eléctrico

Haciendo un pequeño despeje, obtenemos la fuerza del campo:

𝑭 = 𝒒𝑬 Equivalente a 𝑭 = 𝒎𝒂

Si tenemos en cuenta la ley de Coulomb y la reemplazamos en la ecuación

original, obtenemos la intensidad del campo para una carga puntual.

𝑬 = 𝑲𝑸

𝒓𝟐

Donde,• 𝑘 es una constante de

proporcionalidad.• Q es la carga medida en Coulomb.• 𝑟 es la distancia entre la carga y el

punto 𝑃 .


Interacción entre las cargasEjemplo:

Dos cargas puntuales están separadas a una distancia de 10 cm, una tiene una carga de

− 25 𝜇𝐶 y la otra de 50 𝜇𝐶.

a) Determine la dirección y magnitud del campo eléctrico en un punto 𝑃 ubicado

entre las dos cargas que esta a 2 cm de la carga negativa.

b) Si un electrón de mansa 9,11 𝑥 10−29 𝐾𝑔 se coloca en reposo en el punto 𝑃 y

luego se libera, ¿Cuál es su aceleración inicial?

𝑞1 𝑞2X

Y

2 cm10 cm

P Debemos tener en cuenta la distancia entre cada carga y

el punto P



𝑬𝟏 = 𝑲𝑸𝟏

𝒓𝟐= 𝟗 𝒙 𝟏𝟎𝟗

𝟐𝟓 𝒙 𝟏𝟎−𝟔

𝟎, 𝟎𝟐 𝟐= 𝟓𝟔𝟐, 𝟓 𝒙 𝟏𝟎𝟔 ൗ𝑵 𝑪

𝑬𝟐 = 𝑲𝑸𝟐

𝒓𝟐= 𝟗 𝒙 𝟏𝟎𝟗

𝟓𝟎 𝒙 𝟏𝟎−𝟔

𝟎, 𝟎𝟖 𝟐= 𝟕𝟎, 𝟑𝟏 𝒙 𝟏𝟎𝟔 ൗ𝑵 𝑪

𝐸𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 562,5 𝑥 106 + 70,31 𝑥 106 = 632,81 𝑥 106 = 𝟔, 𝟑 𝒙 𝟏𝟎𝟖 ൗ𝑵 𝑪

𝑞1 𝑞2X

Y

𝐸1

𝐸2

X𝐸𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙



Para el punto b, hacemos uso de la segunda ley de Newton y de la

definición de campo eléctrico, por lo tanto,

𝒂 =𝑭

𝒎𝑭 = 𝒒𝑬 𝒂 =

𝒒𝑬

𝒎

𝒂 =𝒒𝑬

𝒎=

𝟏, 𝟔 𝒙 𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝟔, 𝟑 𝒙 𝟏𝟎𝟖

𝟗, 𝟏𝟏 𝒙 𝟏𝟎−𝟑𝟏= 𝟏, 𝟏 𝒙 𝟏𝟎𝟐𝟎 ൗ𝒎 𝒔𝟐


El Potencial Eléctrico

Como por ejemplo, la energía contenida en este

arco que al momento de soltarlo, impulsa la

flecha liberando toda en movimiento.

Hemos estudiado el concepto de carga, de fuerza eléctrica, de campo

eléctrico, de líneas de campo eléctrico, los cuales nos permiten

identificar o reconocer las interacción entre las partículas cargadas.

Ahora, veremos el potencial eléctrico, este termino se utiliza para

relacionar la cantidad de Energía Potencial que posee una carga y

que sucede cuando se usa.



𝑈 = 𝑚𝑔ℎ0

𝑈 = 𝑚𝑔ℎ𝑓



∆𝑈 = 𝑚𝑔ℎ𝑓 − 𝑚𝑔ℎ0 = −𝑚𝑔ℎ0

Entonces el cambio de energía potencial estaría dada por:

El sitio con mayor energía potencial

Ahora, desde el punto de vista eléctrico

𝑊𝑎→𝑏 = ∆𝑈 = −𝑞𝐸𝑑

Esta diferencia de potencia solova a depender, de la carga, de laintensidad del campo eléctrico yde la distancia que recorra o delas placas.


El Potencial Eléctrico y la diferencia de potencial

𝑉 =𝐸 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎=

𝑈

𝐶

Asi, como el campo eléctrico 𝐸 , se define como Fuerza Ԧ𝐹 por

unidad de carga 𝐶 , el voltaje de manera similar se define como:

𝑉𝑎→𝑏 = 𝑉𝑎 − 𝑉𝑏

Si hablamos del potencial desde el punto a hasta el punto b, tenemos que elvoltaje en esos puntos se puede expresar como:

𝑈 = 𝑞𝑉

1 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜 = 1 𝑣𝑜𝑙𝑡 =1 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒

1 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏=

𝐽

𝐶


El Potencial Eléctrico y la diferencia de potencial

El voltaje de esa batería

es igual a la diferencia

de potencial que hay

desde a hasta b, es

decir, entre la terminal

positiva y la negativa.

Por lo tanto, esta batería

o esta pila, posee:

𝑽𝒂𝒃 = 𝟏, 𝟓 𝑽𝒐𝒍𝒕𝒊𝒐𝒔


La Corriente Eléctrica

Siguiendo el ejemplo de la batería, en ella se produce una diferencia de

potencial, que entonces permitirá mover las cargas, desde el punto a hasta

el punto b de la batería se dice que están conectadas por un circuito.

Si la trayectoria es continua, podemos decir que hay corriente

eléctrica.

De manera más precisa, la corriente eléctrica en un alambre se define como

la cantidad neta de carga que pasa atreves de una sección transversal del

alambre en cualquier punto en una unidad de tiempo, entonces:

𝑪𝒐𝒓𝒓𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝑰 =𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂

𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐=

∆𝑸

∆𝒕



La corriente se mide en Coulomb por segundo. A esta unidad se le llama Amperio en honor al

científico Ándre Ámpere. Por lo tanto,

1 𝐴 =1 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏

1 𝑆𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜=

𝐶

𝑠𝑒𝑔

Ejemplo: En un alambre existe una corriente estable de 2,5 𝐴 durante 4 𝑚𝑖𝑛𝑠 a) ¿Cual es la carga

total que pasa por un punto dado en el circuito? b) ¿A cuantos electrones equivale esa cantidad

de carga?

Tenemos:

𝐼 =𝑄

𝑡

Despejamos:

𝑄 = 𝐼𝑡

Reemplazando y calculando:

𝑄 = 2,5 𝐴 240 𝑆𝑒𝑔 = 600 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏

La carga del electrón 1,6 𝑥 10−19𝐶

600 𝐶

1,6 𝑥 10−19𝐶= 3,8 𝑥 10 1021 𝐸𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠


La Corriente Eléctrica – Alta Tensión.En muchos casos usamos la palabra “Tensión” para referirnos al “Voltaje” es así

como las empresas de energía llaman a las diferentes líneas (o cables) que se

utilizan para transportarla desde la generadora de energía hasta nuestra casa.


La Corriente Eléctrica – Alta Tensión.

La alta tensión permite manejar grandes bloques de potencia, lo

cual facilita el transporte, consumo, seguridad y economía.

Las redes de alta tensión están construidas principalmente por hilos

de cobre, aluminio o hierro, lo cual ayuda a que la corriente viaje sin

impedimentos.Cada línea puede ser diferente a otra,

frente a su grosor, cantidad de hilos,

material y longitud. La idea es

mantener la eficiencia de un buen

flujo eléctrico, hasta llegar al hogar.


La Corriente Eléctrica – Baja Tensión.

Después de cierto recorrido la corriente llega a lo que denominamos

“transformadores” estos son bobinas gigantes que permite reducir el

voltaje considerablemente hasta la razón de 110 Voltios o de 220 voltios.

Debemos tener en cuenta que aunque

se considere baja tensión la cantidad

de voltios de los cables que llegan a

un transformador, son del alrededor

de los 5000 a los 3000 voltio.


La Corriente Eléctrica – Baja Tensión.

¿Será que una persona que toque un cable de baja

tensión puede sobre vivir ?

¿Por qué los pájaros, de manera natural se paran

sobre los cables de baja y no pasa nada?


Corriente Continua

La corriente continua fue la que primera en usarse en los hogares, fue la

primera que encendió la innovación de Thomas Alba Edison, la bombilla.

La Corriente Continua es más segura ya que maneja bajas tensiones (bajos

voltajes), no viaja grades distancias ya que necesita generadores de energía

muy grandes para satisfacer las necesidades.

La Corriente Continua es mas usada en los circuitos pequeños, como en los

electrodomésticos, aparatos electrónicos pequeños, baterías ya que su

único flujo de energía permite su manejo y confiabilidad.


Efectos de la corriente eléctrica• Efectos caloríficos. Cuando circula una corriente eléctrica por un conductor, este

aumenta su temperatura. Este efecto es utilizado en estufas, hornillos, etc.

• Efectos químicos. Si la corriente eléctrica circula por un conductor iónico, dicha

corriente es capaz de producir un cambio químico en él. Este efecto es utilizado en la

electrólisis.

• Efectos magnéticos. El paso de la corriente eléctrica a través de un conductor crea un

campo magnético similar al que produce un imán. Este efecto es el fundamento de

motores eléctricos, dispositivos de televisión, radio, amperímetros, voltímetros, etc.


La resistencia a la corriente

Del mismo modo como existen objetos o elementos que son o no

conductores, también existen los que se oponen al flujo de corriente, es decir

los electrones no fluyen a través de ellos con facilidad. Podríamos relacionar

los elementos no conductores con este principio

Podemos decir que la resistividad

es una propiedad de la materia,

así como la densidad, la masa y el

volumen.


La resistividad

La resistividad se define como la oposición a que fluya la carga

eléctrica.Esta resistividad en un conductor es

independiente del voltaje y de la

corriente.

Esta ligada a factores como:

• Tipo de Material

• Longitud

• Área de la sección transversal

• Temperatura.


La resistividad

Para un conductor dado a una temperatura determinada, la

resistencia se puede calcular a partir de:

𝑹 = 𝝆𝒍

𝑨

Donde:𝜌 Es la constante de proporcionalidad que depende del material.𝑙 Es la longitud del conductor.𝐴 Es el área de la sección transversal.


La resistividadEjemplo:

Calcular la resistividad de un cable de cobre que mide una longitud de 50 metros y posee

un área de 0,01 𝑚2

𝑹 = 𝝆𝒍

𝑨

Tenemos:Longitud es de 50 metrosÁrea es de 0,01 𝑚2

Resistividad del material es de 1,68 𝑥 10−8 Ω𝑚

𝑅 = 1,68 𝑥 10−8 Ω𝑚50 𝑚

0,01 𝑚2= 8,4 𝑥 10−5 Ω

La unidad de medida de la resistividad es el Ohmio Ω en honor al científico Georg Simon Ohm


La resistividadEjemplo:

Para un alambre de cobre de 20 metros de longitud que tiene un área de 0,8 𝑚2 tiene en

sus extremos las terminales de una batería de 1,5 𝑉 ¿Cuál será su resistividad?

𝑹 = 𝝆𝒍

𝑨

Tenemos:Longitud es de 20 metrosArea es de 0, 8 𝑚2

Resistividad del material es de 1,68 𝑥 10−8 Ω𝑚

𝑅 = 1,68 𝑥 10−8 Ω𝑚20 𝑚

0,8 𝑚2= 4,2 𝑥 10−7 Ω

¿Qué tan grueso es el cable, de este ejercicio?


La ley de Ohm

La ley de Ohm, relaciona tres variables fundamentales, como lo es la

corriente Ԧ𝐼 , el voltaje 𝑉 y la resistividad Ω .

En un concepto mas claro, expresa que todo objeto en la naturaleza tiene de

alguna manera una oposición al flujo de corriente. Como lo estudiamos esta

resistividad depende netamente del material y de la temperatura.


La ley de Ohm

Tenemos el siguiente circuito de corriente continua, esta compuesto por una

batería de 12 voltio, una resistencia de 10 Ohmios. La flecha muestra el

sentido de la corriente en el circuito. Demostrar que la ley de Ohm se

cumple para este caso.


La ley de Ohm


Efectos de la corriente en el cuerpo humano

La ley de Ohm nos relaciona tres magnitudes eléctricas, que son

el voltaje 𝑉 , la corriente 𝐼 y la resistencia 𝑅 , en un circuito

cerrado, además nos explica que en todo material existe una

oposición natural al flujo de corriente eléctrica, a la que

denominamos “Resistividad”.

¿Qué sucede cuando la corriente de alguna manera alcanza al cuerpo humano?



Cuando alguna parte o partes del cuerpo humano

entran en contacto con dos puntos u objetos entre

los que existe una diferencia de potencial

(voltaje), se establece el paso de una corriente

eléctrica a través del cuerpo que puede producir

efectos muy diversos, desde un leve cosquilleo

hasta la muerte, pasando por contracciones

musculares, dificultades o paro respiratorio,

caídas, quemaduras, fibrilación ventricular y paro

cardíaco. Esto se conoce como choque eléctrico.



EL cuerpo se convierte en

lo que denominamos “Polo

a tierra”.

Lo que de una manera

indirecta hace o construye

un nuevo camino de la

corriente formando una

diferencia de potencial.

Corriente Trifásica



El tiempo y la intensidad (Corriente) establecen los parámetros

de las posibles consecuencias que una persona expuesta puede

tener, la tabla refleja las posibilidades para una persona de 50

Kg.


Efectos de la corriente en el cuerpo humanoLas definiciones de los términos empleados son:

Umbral de percepción: Valor mínimo de intensidad que provoca una sensaciónen una persona.

Umbral de reacción: Corriente mínima que produce una contracción muscular.

Umbral de no soltar: Valor máximo de la intensidad para el cual una personapuede soltarse de unos electrodos que provocan el paso de la corriente. En corriente

alterna se considera que este valor es de 10 mA, para cualquier tiempo de

exposición.

Umbral de fibrilación ventricular: Valor mínimo de la intensidad que puedeoriginar fibrilación ventricular. Decrece sustancialmente cuando la duración del pasode corriente se prolonga más allá de un ciclo cardíaco. Es la causa principal demuerte por accidentes eléctricos.



La resistividad de una

persona varia conforme a su

composición (cantidad de

agua, sales, minerales, grasa,

etc).

La tabla muestra una muestra

de porcentajes de la

resistencia, cuando la

electricidad viaja de una

mano a otra, dependiendo del

voltaje en corriente alterna.



Como lo hemos estudiado, desde el punto de vista practico la

gravedad del accidente está parametrizada por la corriente que

fluye y el tiempo de exposición, es claro afirmar que las tablas

son una referencia y que las situaciones se pueden presentar de

varias maneras, es decir, la corriente puede tomar diferentes

caminos, tanto de entrada como de salida.

La gravedad de un accidente depende del camino de la corriente.



Observando el cuerpo

humano podemos evidenciar

que tenemos órganos vitales,

únicos e irremplazables, tan

frágiles que cualquier

alteración deja consecuencias

de por vida.


El Campo Magnético

Cuando hablamos del campo magnético, rápidamente hacemos

alusión a la imagen de un imán, y sabemos que ese imán posee

un lado positivo y otro negativo.

Desde el punto de vista magnético es imposible encontrar lo

que denominamos un “mono polo magnético”, es decir, un

imán con un solo lado, ya sea positivo o negativo.


El Campo Magnético


El Campo Magnético de la Tierra

Por fortuna la tierra cuenta con un campo magnético (la ionosfera)

que nos protege de las tormentas y vientos solares emanados por

nuestra estrella más cercana, el sol.


El Campo Magnético de la Tierra

Ya que este viento solar está constituido de partículas altamente

energizadas, que si pudieran entrar a la tierra la quemarían en

cuestión segundos por el aumento precipitado de temperatura.


El Campo Magnético

Es la idea que usamos para describir como se distribuye la fuerza

magnética en el espacio alrededor y dentro de algo magnético.

Los campos magnéticos son

producidos por corrientes

eléctricas, las cuales pueden ser

macroscópica (cables) o

microscópicas asociadas con los

electrones en sus orbitas.


El Campo Magnético

EL Campo Magnético (B), se define en función de la fuerza

ejercida sobre sobre las cargas móviles siguiendo la ley de la

fuerza de Lorentz.

Entonces la fuerza magnético o de Lorentz, se define como:

Ԧ𝐹 = 𝑞𝐸 + 𝑞 Ԧ𝑣 × 𝐵Fuerza

EléctricaFuerza

Magnética


El Campo Magnético

El campo magnético se mide en

diferentes unidades,

particularmente se usa el Tesla

𝑊𝑏

𝑚2 ó 𝑉𝑠/𝑚2 , por otro lado,

tenemos el Gauss (1 Tesla =

10.000 Gauss) que es una unidad

de campo magnético más pequeña.

También usamos el Webber

1𝑉𝑠𝑒𝑔 = 1𝑇𝑚2 = 1𝑚2𝑘𝑔𝑠−2𝐴−1


Campo Eléctrico y Magnético

Cuando tenemos un campo eléctrico que oscila junto a un

campo magnético, tenemos un campo electromagnético.


Campo Eléctrico y Magnético

La luz es un campo electromagnético, el cual podemos estudiar

en el denominado espectro electromagnético.


La Radiación

Como ya se ha dicho, los seres vivos están expuestos a niveles bajos

de radiación ionizante procedente del sol, las rocas, el suelo, fuentes

naturales del propio organismo, residuos radiactivos de pruebas

nucleares en el pasado, de ciertos productos de consumo y de

materiales radiactivos liberados desde hospitales y desde plantas

asociadas a la energía nuclear y a las de carbón.


La Radiación

Los trabajadores expuestos a mayor cantidad de radiaciones son los

astronautas (debido a la radiación cósmica), el personal médico o de

rayos X, los investigadores, los que trabajan en una instalación

radiactiva o nuclear. Además se recibe una exposición adicional con

cada examen de rayos X y de medicina nuclear, y la cantidad depende

del tipo y del número de exploraciones


La Radiación

Elementos Radiactivos pueden ser de tipo:

Natural: Elementos propios de la naturaleza que emiten

radiación como el Uranio, el Polonio, Francio, entre otros.

Artificiales: Hecho por transformaciones en aceleradores de

partículas o la mano del hombre, como el Plutonio, el potasio,

el cesio, el Yodo, entre otros.


La Bomba Atómica

Este tipo de artefactos produce mucha radiación e isotopos

radiactivos que pueden afectar los seres vivos: platas, animales,

humanos.


Desastre Nuclear

En 1986 en la ciudad de Pripiat y Chernovyl sucedió el desastre mas

nuclear mas grande presenciado por el hombre, la radiación

despedidas por el reactor alcanzo a darle la vuelta a la tierra y

dejando esas ciudades inhabitables por los próximos 20.000 años.


Riesgos y peligros de la radiación.

La exposición a la radiación puede ser interna o externa y

puede tener lugar por diferentes vías.

Por exposición interna: la radiación ionizante se produce

cuando es inhalado, ingerido o entra de algún modo al torrente

sanguíneo un radionúclido, este tipo de situación se puede

remediar con la simple o con un tratamiento.


Riesgos y peligros de la radiación.

La exposición a la radiación puede ser interna o externa y

puede tener lugar por diferentes vías.

Por exposición externa: Se puede producir por algún agente presente

en el ambiente, puede ser un aparato de rayos X, radio terapia o

simplemente en el laboratorio. Puede que la persona este

contaminada por radiación, pero con el tiempo se ven los efectos ya

que la exposición puede ser momentánea o permanente.


Efectos de la Radiación en el Cuerpo Humano.

El daño que causa en los

órgano depende de la dosis

de radiación recibida, esta

dosis de mide en Gray (Gy).


Referencias

Giancoli, D. (2009). Física 2. Principios y aplicaciones. Mexico: Pearson.Hewitt, P. (2007). Física Conceptual. Mexico: Pearson.Young, H., & Freedman, R. (2009). Física Universitaria, Con Física Moderna. Mexico: Pearson.

http://instalacioneselctricasresidenciales.blogspot.com.co/2011/04/formas-de-producir-

electricidad.html

https://www.sprl.upv.es/IOP_ELEC_02.htm

https://losmundosdebrana.com/2014/11/25/efectos-de-la-corriente-electrica-en-el-cuerpo-humano-ii-

la-edad-de-la-gran-potencia/

https://es.slideshare.net/jorgeascencio/la-carga-electrica-polarizacion

https://www.fisicapractica.com/conductores-aisladores.php

https://es.slideshare.net/mafe-ramirez/la-electricidad-35992620

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_ley_ohm/ke_ley_ohm_4.htm

http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Electricidad_ley_Ohm.html

https://es.slideshare.net/nachoHL/resistencia-y-resistividad

https://www.isastur.com/external/seguridad/data/es/1/1_5_3_1.htm


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