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ALUMNO:

AUTOR:

Prof. Lic. CLAUDIO NASO

Físico-química 2º ES Electricidad

Prof. Lic. Claudio Naso 75

4.1- Electrostática

4.1.1- Conceptos básicos

4.1.1.2- Noción de carga eléctrica

Como sabemos, los cuerpos materiales se atraen unos a otros con una fuerza

denominada ''fuerza gravitatoria''. Esta atracción tiene consecuencias prácticas cuando al menos

uno de los cuerpos que intervienen tienen una masa enorme, como ocurre con un planeta. Sin

embargo, las fuerzas gravitatorias no son las únicas que actúan a distancia entre los cuerpos

materiales. A veces otras fuerzas son enormemente mayores. Un pequeño imán es capaz de

levantar un clavo de acero de una mesa en contra de la atracción gravitatoria de la tierra entera.

Un peine frotado con un tejido levantará pequeños trozos de papel. Estos son ejemplos de fuerzas

magnéticas y eléctricas respectivamente.

La existencia de estas fuerzas es conocida desde la antigüedad, pero fue durante el

Renacimiento cuando se inició el estudio sistemático de la electricidad y el magnetismo, sin

embargo, el conocimiento claro de estos fenómenos físicos, no tuvo lugar hasta fines del siglo

pasado. Difícilmente, otro logro científico tuvo consecuencias tan profundas y de tan largo

alcance. Existen aplicaciones prácticas innumerables. El dominio de las fuerzas eléctricas y el

desarrollo de las comunicaciones han cambiado nuestra forma de vivir.

En el aspecto científico hemos aprendido que las fuerzas eléctricas controlan la

estructura de los átomos y moléculas. La electricidad esta asociada a muchos procesos

biológicos, por ejemplo, con la acción de los centros nerviosos y cerebrales.

4.1.1.2- Atracción y repulsión entre objetos electrificados

Vamos a examinar algunos hechos básicos de los fenómenos eléctricos, y discutiremos

su interpretación. Comencemos con un simple experimento eléctrico. Si frotamos una barra de

vidrio con un paño de seda y la situamos horizontalmente sobre un soporte colgado de un hilo, y

luego frotamos otra barra de vidrio, observaremos que al acercarla a la primera, se repelen.



Si repetimos el experimento con dos barras de plástico frotadas con un paño de lana

observaremos que sucede lo mismo.

Finalmente, si frotamos una barra de vidrio con seda y otra de plástico con lana y,

situamos una de ellas sobre el soporte, acercando la otra veremos que se atraen.

Podemos realizar experimentos semejantes con un gran número de otras sustancias.

Los objetos del mismo material electrizados por el mismo procedimiento se repelen siempre. Los

cuerpos de distinta sustancia pueden atraerse o repelerse.

Por consiguiente, los cuerpos electrificados pueden clasificarse en dos grupos. Sólo

existen dos estados eléctricos, Uno semejante al de la barra de vidrio y otro semejante al de la

barra de plástico. Siguiendo la notación común, creada por Benjamín Franklin (1706-1790), diremos



que la barra de vidrio y todos los objetos que se comportan de igual manera, están cargados

positivamente. Del mismo modo, diremos que la barra de plástico y los restantes objetos que se

comportan del mismo modo están cargados negativamente.

4.1.1.3- Primer principio de la electrostática

Cargas de igual signo se repelen, y cargas de signo contrario se atraen.

4.1.1.4- Estructura eléctrica de la materia

Como sabemos, la materia esta formada por átomos y los mismos átomos están

constituidos por unidades más pequeñas: los protones, los neutrones y los electrones.

Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo del átomo, donde esta

concentrada prácticamente toda la masa y los electrones se encuentran orbitando a gran

velocidad alrededor del núcleo. Los protones están cargados positivamente; los electrones,

negativamente y los neutrones no tienen carga eléctrica.

Un átomo neutro tiene la misma cantidad de protones en el núcleo que electrones

orbitando, por esta razón su carga neta es cero. Si de alguna manera se quitan electrones a un

átomo neutro, quedará con un defecto de carga negativa, por lo tanto estará cargado

positivamente. Si por el contrario, se le agregan electrones, quedará con exceso de carga

negativa, por lo tanto estará cargado negativamente.

Al frotar un cuerpo con otro, algunas sustancias tienden a captar algunos electrones

superficiales y otras a cederlos, por ejemplo, la barra de vidrio cede electrones a la seda,

quedando el vidrio cargado positivamente y el paño cargado negativamente. En el caso de la

barra de plástico la lana cede electrones y el plástico los capta quedando cargado

negativamente.

Cuando un cuerpo tiene todos sus átomos en estado neutro decimos que está

descargado. Sin embargo tengamos en claro que esto no significa que no tiene cargas eléctricas.



4.1.1.5- Segundo principio de la electrostática:

Es imposible crear carga eléctrica de un signo si a la vez no se crea igual carga del

signo contrario. Es decir, la carga eléctrica en un sistema cerrado permanece constante

4.1.2- Dieléctricos y conductores

Con frecuencia clasificamos distintos materiales diciendo que unos son conductores

eléctricos y otros son aislantes. La clasificación está basada en experiencias semejantes a las

siguientes:

Fabricamos un péndulo eléctrico colgando de un hilo una esferita de tergopol

recubierta con un delgado papel metálico. Colocamos una barra metálica en posición horizontal

sobre un soporte de manera que haga contacto con el péndulo, como indica la figura 1. Si

electrificamos por frotamiento una barra de plástico y tocamos con ella la barra metálica veremos

que la esfera del péndulo es inmediatamente repelida, como indica la figura 2.

Si repetimos el experimento utilizando una barra de plástico en lugar de una metálica

veremos que al tocarla con la barra cargada no sucede nada.

Por lo tanto podemos asegurar que las barras metálicas y las de plástico se comportan

de manera diferente.

.

Para explicar ésta diferencia basta admitir que en un metal existan algunas partículas

eléctricas libres que son capaces de desplazarse de un punto a otro, cosa que no ocurre con el

plástico. Supongamos, por ejemplo, que las partículas libres del metal son negativas. Cuando el

plástico cargado negativamente toca la barra metálica neutra, algunas de estas partículas que

se encuentran en exceso en la primera pasan a la segunda y se dispersan a lo largo de toda la

barra hasta llegar a la esfera. Entonces la barra y la esfera quedan cargadas negativamente y se

repelen mutuamente.



¿Qué ocurre al sustituir la barra metálica por otra de plástico?. En este material no hay

posibilidad de que las partículas negativas se muevan libremente, por esto, las cargas que le pasa

la primera barra quedan alojadas en el punto de contacto. El resto, permanece eléctricamente

neutro al igual que la esfera; por lo tanto, no existe ninguna fuerza que obligue a la esfera a

separarse de la barra.

Las sustancias que se comportan como el metal se denominan conductores. Las

sustancias cuya conducta es similar a la del plástico se llaman aislantes o dieléctricos. Todos los

conductores tienen partículas eléctricas libres y los aislantes no.

En los metales, la conductividad es debida exclusivamente al movimiento de las

partículas negativas, es decir, los electrones.

4.1.2.1- Carga eléctrica por contacto.

Si se pone en contacto un cuerpo cargado con otro neutro, parte de la carga del

primero pasa al segundo, quedando ambos cargados con el mismo signo. Si el segundo cuerpo es

conductor, la carga que adquiere se distribuye por toda su superficie exterior.

Experimentalmente se verifica que si se ponen en contacto dos esferas conductoras

iguales, una cargada y la otra neutra, la carga se reparte mitad para cada una. Si una de las

esferas es más grande, la carga se reparte proporcionalmente, yendo la mayor cantidad de

carga a la esfera mayor.

4.1.2.2- Descarga a tierra:

Siendo la tierra un conductor enormemente mayor que cualquier otro cuerpo que se

encuentre sobre ella, todo objeto cargado que se conecte a tierra se descargará

inmediatamente.

4.1.2.3- Inducción eléctrica:

Supongamos que se tiene una barra conductora en estado neutro y se le acerca otra

barra que se encuentra cargada, por ejemplo, positivamente como indica la figura.

Experimentalmente se observa que la barra conductora se “polariza”, esto significa que en el

extremo que se encuentra más cercano a la barra cargada se concentra carga negativa y en el

más lejano se concentra carga positiva. Este hecho puede explicarse si recordamos que los

conductores tienen electrones libres que son atraídos por la carga positiva de la barra que

acercamos, de esta manera en el otro extremo se produce un defecto de electrones que dan

origen a la carga positiva.



4.1.2.4- Electroscopio de hojas:

El electroscopio es un instrumento cualitativo

empleado para demostrar la presencia de cargas

eléctricas. En la figura se muestra el instrumento tal como lo

utilizó por primera vez el físico Michael Faraday. El

electroscopio está compuesto por dos hojuelas de metal

muy finas (a,a) colgadas de un soporte metálico (b) en el

interior de un recipiente de vidrio u otro material no

conductor (c). Una esfera (d) recoge las cargas eléctricas

del cuerpo cargado que se quiere observar; las cargas,

positivas o negativas, pasan a través del soporte metálico y

llegan a ambas hojas. Al ser iguales, las cargas se repelen y

las láminas se separan. La distancia entre éstas depende de

la cantidad de carga.

4.1.3- Ley de Coulomb

Realizando una serie de experimentos con una balanza de torsión por él diseñada,

Charles de Coulomb (francés, 1736-1806) descubre la ley que permite calcular las fuerzas que se

ejercen entre cargas eléctricas.

4.1.3.1- Ley de Coulomb:

La fuerza de atracción o repulsión que ejerce una carga eléctrica sobre otra tiene una

dirección que coincide con la de la recta que las une y su módulo es directamente proporcional

al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las

separa.

(F representa la fuerza, d la distancia que separa los cuerpos y q la cantidad de carga

que tiene cada cuerpo. k0 es una constante de proporcionalidad que se denomina constante

electrostática)

Balanza de torsión de Coulomb

Coulomb empleó una balanza de torsión

para estudiar las fuerzas electrostáticas. Para ello

cargó una esfera fija con una carga q1, y una esfera

situada en el extremo de una varilla colgada con una

carga q2. La fuerza ejercida por q1 sobre q2 tuerce la

varilla y la fibra de la que cuelga. Girando el cabezal

de suspensión en sentido contrario se mantienen las

esferas a la distancia original. La fuerza se mide por el

ángulo que hay que girar el cabezal. Coulomb halló

que la fuerza ejercida por una carga sobre otra es

directamente proporcional al producto de ambas

cargas (q1q2). También observó que la fuerza era

inversamente proporcional al cuadrado de la

distancia r entre las esferas cargadas.



1 2

0 2

q qF k

d

La constante de proporcionalidad k0 depende del sistema de unidades adoptado

para definir la unidad de carga eléctrica. En el sistema internacional la unidad de carga se llama

Coulomb.

d se mide en metros (m).

q1 y q2 se miden en una unidad que se llama “Coulomb” y se indica con la letra “C”

mayúscula.

La constante electrostática, justamente por ser una constante tiene siempre el mismo

valor:

29

0 2

N mk = 9 10

C

4.1.3.2- Ejemplo:

Dos cargas puntuales q1= 5.10-5 C y q2 desconocida se encuentran separadas a 0,3 m

y se repelen con una fuerza de 2 N. Calcular el valor de q2

Solución:

Un cuerpo puntual es aquel cuyas dimensiones son despreciables frente a las

distancias que lo separan de los demás.

Planteamos la ley de Coulomb para el cálculo del módulo de la fuerza y despejamos

q2

C104

C

mN 109 C105

m 0,09 N 2

k q

r F q

r

q qk F 7-

2

295-

2

0 1

2

22

2 10

.

1.3.3- Carga del electrón

Robert Andrews Millikan, (1868-1953), físico y premio Nobel estadounidense, fue

conocido por su trabajo dentro de la física atómica. Millikan nació en Morrison (Illinois) y estudió en

las universidades de Columbia, Berlín y Göttingen. Se incorporó al cuerpo docente de la

Universidad de Chicago en 1896, y en 1910 fue profesor de física. Abandonó la universidad en

1921 al convertirse en director del laboratorio de física Norman Bridge en el Instituto de Tecnología



de California. En 1923 le fue concedido el Premio Nobel de Física por los experimentos que le

permitieron medir la carga de un electrón, comprobando que la carga solamente existe como

múltiplo de esa carga elemental.

El valor por el hallado es de 1,6.10-19C, es decir, que en 1C de carga habrá 6,25.1018

electrones.

4.1-4 Campo eléctrico

Cuando un cuerpo se encuentra cargado, el espacio que lo rodea se ve afectado por

su presencia, pues si se coloca una carga puntual en dicho espacio, sobre ella aparecerá una

fuerza. Entonces podemos decir que en el espacio existe “algo” provocado por el cuerpo

cargado que modifica sus propiedades; a ese “algo” lo denominamos Campo eléctrico. Por lo

tanto podemos decir que el campo eléctrico es una propiedad del espacio que le permite ejercer

fuerzas sobre cargas eléctricas en reposo.

Vector Campo Eléctrico:

Como dijimos, podemos hablar de una propiedad nueva del espacio y por lo tanto

debemos “inventar” una magnitud que nos permita medirla. Definiremos entonces el vector

campo eléctrico.

Si colocamos una carga puntual muy pequeña (carga exploradora) en reposo, en una

región del espacio podrán suceder dos cosas: que no experimente la acción de una fuerza o que

si lo haga. De ser así, existe un campo eléctrico. Si duplicamos el valor de la carga exploradora,

observamos que se duplica la fuerza que sobre ella actúa, si triplicamos el valor de la carga

también se triplica el de la fuerza, es decir, que la fuerza que aparece sobre la carga, en ese

punto del espacio, es directamente proporcional al valor de esta. Si se hace lo mismo para otros

puntos del espacio se encuentra que la relación de proporcionalidad continúa aunque el valor de

la constante podrá ser otro. Esto significa que cada punto del espacio tendrá asociada una

magnitud igual al cociente entre la fuerza que actúa sobre una carga eléctrica puesta en el y su

valor. Es evidente que se tratará de una magnitud vectorial pues es el resultado del producto de

un escalar por un vector.

Definición:

El vector campo eléctrico en un punto del espacio es una magnitud que se obtiene

como el cociente entre la fuerza que actúa sobre una carga exploradora colocada en el punto y

el valor de la carga.

Eq F q

FE

Es importante destacar que la dirección del vector campo eléctrico es el mismo que la

de la fuerza y su sentido también coincide siempre y cuando la carga exploradora sea positiva.



Veamos en el ejemplo gráfico como serían los vectores campo eléctrico en distintos

puntos del espacio que rodean a cuerpos cargados.

Espacio que rodea a un cuerpo cargado

positivamente

Espacio que rodea a un cuerpo cargado

negativamente

Obsérvese que en el caso que el campo lo genera un cuerpo cargado positivamente

los vectores campo eléctrico son salientes mientras que, si el cuerpo que genera el campo está

cargado negativamente los vectores son entrantes, es decir, se dirigen hacia el cuerpo.

Una forma de representar el campo eléctrico de manera concreta es el modelo de

líneas de fuerza. Michael Faraday imaginó al campo eléctrico representándolo con líneas que

nacían en cargas positivas y morían en cargas negativas. La intensidad del campo era

proporcional a la densidad de líneas de fuerza, es decir, en los lugares donde las lineas se

concentraban el campo era más intenso y donde las líneas estaban más dispersas el campo era

más débil. Veamos algunos ejemplos:

Campo generado por una carga positiva

infinitamente alejada de otras.

Campo generado por una carga negativa

infinitamente alejada de otras.

Campo generado por un dipolo eléctrico, es

decir dos cargas iguales pero de signo contrario.

Campo generado por dos cargas iguales.



Las líneas de fuerza eléctricas indican la dirección y el sentido en que se movería una

carga de prueba positiva de masa despreciable si se situara en un campo eléctrico.

4.1-5- Preguntas y Problemas

4.1.5.1- ¿Cuántos tipos de carga eléctrica existen y cuales son?

4.1.5.2- ¿Cuál es la carga que adquiere el vidrio frotado y cuál es la que adquiere el plástico?

4.1.5.3- ¿Por qué al frotar un globo con un paño de lana, se carga?

4.1.5.4- ¿Los cuerpos cargados eléctricamente siempre se rechazan?

4.1.5.5- ¿Hay algún principio que habla de esto?¿Cómo se llama?

4.1.5.6- ¿Los átomos tienen cargas eléctricas? ¿Explicalo?

4.1.5.7- ¿Todos los materiales se comportan del mismo modo cuando se los toca con otro cuerpo

que está cargado eléctricamente?¿Por qué?

4.1.5.8- ¿Qué diferencia hay entre un aislante (dieléctrico) y un conductor eléctrico?

4.1.5.9- Si tengo un cuerpo de metal cargado y lo pongo en contacto con otro cuerpo metálico

que se encuentra neutro. ¿Qué sucede?

4.1.5.10- ¿Qué tengo que hacer para descargar un cuerpo que se encuentra cargado

eléctricamente?

4.1.5.11- ¿Qué significa que un cuerpo metálico se ha polarizado?

4.1.5.12- ¿Por qué se produce este fenómeno?

4.1.5.13- ¿Qué partes componen un electroscopio?

4.1.5.14- ¿Qué sucede al acercar un cuerpo cargado al electroscopio?

4.1.5.15- ¿Qué sucedería si seguimos acercando el cuerpo hasta tocar el electroscopio?

4.1.5.16- ¿Si en lugar de acercar un cuerpo cargado negativamente se hubiera acercado uno

cargado positivamente ¿qué sucedería?

4.1.5.17- ¿Qué dice el segundo principio de la electrostática?

4.1.5.18- ¿Qué cosa permite calcular la ley de Coulomb?

4.1.5.19- ¿Con qué letra se indica la carga eléctrica y en qué unidad se mide?

4.1.5.20- ¿Quién midió la carga del electrón y cuál es su valor?

4.1.5.21- Dos cargas eléctricas puntuales q1 = 5 .10-3 C y q2 = - 8 .10-5 C se encuentran a una

distancia de 3 m. Indicar si se atraen o se repelen y con que fuerza lo hacen.

4.1.5.22- Una carga eléctrica puntual de 2 .10-6 C repele a otra desconocida que se encuentra

a 0,6 m de ella con una fuerza de 250 N. Calcular el valor y signo de la segunda carga.

4.1.5.23- Dos cargas eléctricas puntuales q1 = 7 .10-4 C y q2 = 1,2 .10-5 C se repelen con una

fuerza de 300N. Calcular la distancia que las separa.

4.1.5.24- Dos cargas eléctricas puntuales iguales están separadas 1,5 m y se repelen con una

fuerza de 20 N. Calcular el valor de cada carga.



4.1.5.25- Dos cargas eléctricas puntuales iguales de - 9 .10-7 C están colocadas a 20 cm de

distancia. Calcular la fuerza de repulsión sobre cada carga.

4.1.5.26- Dos cargas eléctricas iguales están ubicadas en el vacío a 2 m una de la otra y se

repelen con una fuerza de 400 N. Calcular el valor de cada carga.

4.1.5.27- Tres cargas eléctricas iguales de 4 .10-5 C. se encuentran en los vértices de un triángulo

equilátero de 30 cm de lado. Hallar la fuerza con que cada una repele a otra. Luego

hallar la fuerza resultante sobre una de las cargas. (aplicar el método del

paralelogramo)

Ver resultados



4.2- Electrodinámica

4.2.1- Fuerza electromotriz (fem)

Una fem es un dispositivo capaz de producir y sostener un campo eléctrico en el

interior de un conductor. Por ejemplo una pila, una batería, una dínamo, etc.

En un circuito se la indica con el siguiente símbolo:

Una Fem siempre transforma algún tipo de energía en energía eléctrica:

Fem

Pila: Transforma energía química en eléctrica

Dínamo y alternador: Transforman energía mecánica en eléctrica

Fotocélula: Transforman energía lumínica en eléctrica

Termocupla: Transforma energía térmica en eléctrica

4.2.1.1- Pila de Volta

Alessandro Volta (1745-1827), gran científico italiano, fue quien invento la primera pila

eléctrica, que hoy conocemos con el nombre de pila de Volta.

La pila de volta está compuesta de tres partes: un par de placas metálicas distintas,

llamadas electrodos, una solución ácida llamada electrolito y un recipiente no conductor,

llamado celda.

Se han probado y usado muy diversas combinaciones de materiales en estas celdas;

por ejemplo cinc y cobre como electrodos; ácido sulfúrico diluido en agua como electrolito y un

recipiente de vidrio o goma dura como celda.

Las moléculas individuales de ácido sulfúrico ( H2SO4 ) están compuestas de siete

átomos cada una: dos átomos de hidrógeno, uno de azufre y cuatro de oxígeno. Cuando se

vierte un poco de ácido concentrado en una celda llena de agua que tiene los electrodos de

cobre (Cu) y cinc (Zn) se produce una reacción química de manera que el cinc se combina con

el ácido formando sulfato de cinc ( ZnSO4 ), esta reacción, tiene como consecuencia la liberación

de electrones en el electrodo de cinc, quedando cargado entonces con carga negativa, a su vez

el electrodo de cobre tiene que ceder electrones quedando cargado positivamente.



4.2.1.2- Tensión (Diferencia de potencial)

El valor de una fem se mide a través de una magnitud denominada tensión.

La tensión de una fem, indica la cantidad de energía que dicha fem le entrega a

cada unidad de carga. La unidad en que se mide se denomina Volt y se indica con V.

Una tensión de 1 Volt indica que cada Coulomb de carga entregado dispone de

una energía de 1J para realizar trabajo. Es decir:

11

1

JV

C

Una batería de 9V indica que cada Coulomb empujado por ella dispone de una

energía de 9 Joule.

4.2.2- Corriente eléctrica

Si se unen los electrodos de una fem con un alambre conductor, observaremos que

en pocos instantes aumenta su temperatura y emite calor. La explicación de este fenómeno está

relacionada con lo que sucede en el interior del conductor a nivel microscópico.

La presencia de la fem genera en el interior del conductor un campo eléctrico que se

dirige desde el polo positivo al negativo, este campo aplica fuerzas sobre cada uno de los

electrones libres (cargados negativamente) obligándolos a moverse en el sentido opuesto al él.



De ésta manera comienza a circular un flujo de electrones continuo desde el electrodo

negativo al positivo, que continuará mientras la fem tenga energía para producir la diferencia de

potencial y por ende el campo. A éste flujo de electrones se lo denomina corriente eléctrica.

Entendamos que la fem es la que impulsa los electrones, cuanto mayor sea la

diferencia de potencial que produzca, mayor será el flujo de electrones que circule por el

conductor. Podemos concluir entonces que para que exista una corriente eléctrica deben existir

tres elementos:

1- Un conductor, es el medio por donde circulará la corriente.

2- Electrones, es el conductor quien aporta sus innumerables electrones libres.

3- Una fuerza electro motriz (fem), encargada de producir la tensión que impulsa a los

electrones a través del conductor.

Es claro que el flujo de electrones a través del conductor podrá ser más o menos veloz de

acuerdo a leyes que pronto estudiaremos. Por esa razón se hace necesario definir una magnitud

física que permita medir la rapidez con que fluyen los electrones.

4.2.2.1- Intensidad media de corriente eléctrica

La de corriente eléctrica ( I ) es una magnitud escalar cuyo valor se obtiene como el

cociente entre la cantidad de carga (Q) que atraviesa la sección de un conductor en un

intervalo de tiempo (t) y el valor de dicho intervalo.

QI

t

Unidades:

( ) Q C

I A Ampèret s

La intensidad de corriente que circula por un conductor es de 1A cuando una sección

del mismo es atravesada por 1 C de carga en cada segundo.



4.2.2.2- Corriente continua:

Cuando la intensidad y sentido de una corriente

permanece constante a lo largo del tiempo, la

corriente se denomina continua (CC o DC).

Esto se representa en el siguiente

gráfico de intensidad en función de tiempo.

4.2.3- Ley de Ohm

Al conectar un conductor a una fem se observa que la intensidad de corriente que

por él circula depende del valor de la tensión. Si se cambia el conductor para una misma tensión,

la intensidad de corriente también cambia. Un Profesor de Física alemán llamado Georg Simon

Ohm (1787-1854) estableció experimentalmente una ley, que si bien no es una ley fundamental de

la física, por sus aplicaciones prácticas, cambió la historia de la electricidad.

4.2.3.1- Ley de Ohm:

La intensidad de corriente que circula por un conductor es directamente proporcional

a la tensión a la que se lo conecta, siendo la constante de proporcionalidad que las relaciona,

una magnitud que depende de las características físicas del conductor denominada resistencia

eléctrica ( R ).

I

VR

R

VIRIV

Unidades

A

V

I

VR (Ohm)

La resistencia eléctrica de un conductor es de 1 cuando al conectarlo a una tensión

de 1 V circula por él una intensidad de 1 A.

4.2.3.2- Resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica es la propiedad que tienen los conductores de transformar la

energía eléctrica en calor, todas las sustancias conductoras ofrecen resistencia al pasaje de

corriente, pues, al desplazarse los electrones por el interior del conductor, van siendo atraídos por



los átomos que lo conforman produciendo sucesivos choques que se manifiestan a través del

aumento de su temperatura.

Fue precisamente Ohm quien también experimentalmente descubrió de qué factores

dependía la resistencia de un conductor estableciendo que:

a- A mayor longitud de conductor mayor resistencia.

b- A mayor sección de conductor (grosor), menor resistencia.

c- Distintas sustancias tienen distintas resistencias específicas, por ejemplo el cobre

tiene menor resistencia específica que el aluminio.

d- Algunas sustancias aumentan su resistencia eléctrica con la temperatura y otras la

disminuyen.

4.2.3.3- Resistor

El resistor es un elemento especialmente construido de manera que su resistencia

eléctrica sea muchísimo mayor que la del resto de los conductores que forman un circuito

eléctrico. Los resistores se utilizan en un gran numero de aparatos electrodomésticos para

transformar la energía eléctrica en calor y o luz, por ejemplo en planchas, cafeteras eléctricas,

estufas, bombillas, etc.

En general, para un circuito, la resistencia de los alambres que se utilizan para hacer

las conexiones es despreciable frente a la resistencia de los resistores.

Veamos un circuito elemental en donde simbolizaremos los elementos básicos que lo

componen: un resistor, una fem, una llave interruptora y los correspondientes alambres

conductores.

Cuando el circuito está abierto no hay circulación de corriente pero cuando la llave se

cierra, la fem obliga a los electrones a circular atravesando el resistor.

El resistor puede estar representando la resistencia de una estufa, la lamparilla de un

velador, etc. La llave L, un interruptor de tecla, o la perilla del velador. La fem, una batería, una

pila o simplemente el toma corriente de la red domiciliaria.



4.2.3.4- Ejemplo:

Un velador se conecta a la red domiciliaria de 220 V, si la resistencia de la lamparita

con que está construido es 1100 , calcular:

a- El valor de la tensión que suministra la fem y la intensidad de corriente cuando la

llave interruptora está abierta.

b- Ídem cuando la llave interruptora está cerrada.

Solución:

a- Cuando el interruptor esta abierto, no circula corriente por el circuito, es decir I=0,

sin embargo, la tensión suministrada por la fem es 220 V, pues ésta, en condiciones ideales, no

depende de que el circuito este cerrado o abierto.

b- Cuando la llave se cierra, comienza a circular corriente, y el valor de la intensidad

se calcula con la ley de Ohm.

2200,2

1100

V VI A

R

4.2.4- Potencia disipada por una resistencia

La potencia, para un circuito eléctrico elemental, es una magnitud que mide la

cantidad de energía que se transforma en calor en la unidad de tiempo. Como sabemos, se mide

en Watt (W).

Para una resistencia conectada a una fem la potencia se calcula como el producto

de la tensión aplicada por la intensidad de corriente que circula:

P V I

Unidades:

P V I V A W

4.2.4.1- Ejemplo:

Una plancha que se conecta a la red domiciliaria tiene una resistencia de 50 ,

Calcular :

a- La intensidad de corriente que circula por ella.



b- La potencia que transforma en calor.

Solución:

a- La intensidad de corriente la obtenemos aplicando la ley de Ohm, teniendo en

cuenta que la red domiciliaria tiene una tensión de 220 V.

2204,4

50

V VI A

R

b- Ahora aplicamos la ecuación para calcular potencia:

220 4,4 968 P V I V A W

4.2.5- Voltímetro y Amperímetro

4.2.5.1- Voltímetro

El voltímetro es un instrumento que permite medir la tensión entre dos puntos de un

circuito. Se conecta en paralelo con los puntos del circuito entre los cuales se desea medir la

tensión.

4.2.5.2- Amperímetro

El amperímetro es un instrumento que permite medir la intensidad de corriente

eléctrica que circula por un elemento de un circuito. Se conecta en serie con el elemento en

cuestión:



4.2.5.3- Tester o Multímetro

El tester es un instrumento que puede ser usado como voltímetro y como amperímetro

(también puede medir otras magnitudes eléctricas como la resistencia, en este caso actúa como

ohmetro). Una perilla de control permite seleccionar la función requerida y dar al mismo varias

escalas o alcances máximos de medición.

4.2.6- Asociación de resistencias.

Un conjunto de resistencias pueden asociarse con distintos fines en el diseño de un circuito.

Las formas básicas de asociarlas son dos, en serie y en paralelo.

4.2.6.1- Asociación en serie:

En este caso las resistencias están conectadas una a continuación de la otra de

manera que la suma de las tensiones aplicadas en cada una de ellas es igual a la tensión

aplicada a todo el conjunto. Consideremos tres resistencias conectadas en serie como indica la

figura.



La intensidad de corriente que circula por cada resistencia es la misma pues, una vez

cerrado el circuito, se establece una única corriente. Todos los electrones que pasan por R1 luego

lo harán por R2 y por R3. Sin embargo cada resistencia tendrá una tensión diferente. La suma de las

tensiones en cada resistencia dará como resultado la tensión aplicada por la fem.

Observen que si se abre el circuito en cualquier punto, dejará de circular corriente por

todas las resistencias. Las guirnaldas de luces de un árbol de navidad están conectadas de esta

manera. Por esta razón, si se quema una lamparita no anda ninguna.

La resistencia total de un conjunto de resistencias asociadas en serie es igual a la suma

de cada una de las resistencias conectadas.

321 RRRRT

4.2.6.2- Asociación en Paralelo:

En este caso las resistencias están conectadas a la misma tensión como indica el

ejemplo de la figura para tres resistencias:

Pero la corriente total al llegar al punto “A” se divide en

tres. Una parte pasará por R1, otra por R2 y otra por R3 luego, al llegar al

nodo “B”, volverán a unirse conformando nuevamente la I total.

321 IIIIT

La resistencia total del conjunto en paralelo puede calcularse del siguiente modo:

321

1111

RRRRT

En este tipo de conexión, si se quema una resistencia, solo ella dejará de funcionar, y

las demás continuarán funcionando como si nada hubiera pasado.

Todos los artefactos que conectamos en nuestra casa, están conectados en paralelo.

En un circuito real, las resistencias se suelen conectar en muchas combinaciones de

serie y paralelo



4.2.7- Preguntas y problemas

4.2.7.1- ¿ Cómo se define la intensidad de corriente eléctrica?

4.2.7.2- ¿ Qué es el Ampère?

4.2.7.3- ¿ Qué es una pila de Volta y cuales son sus componentes principales?

4.2.7.4- ¿ Qué es una fem y en qué unidades se mide?

4.2.7.5- ¿ Qué dice la ley de Ohm y en qué unidades se miden las magnitudes que intervienen en

ella?

4.2.7.6- ¿ Qué es un voltímetro y cómo se conecta?

4.2.7.7- ¿ Qué es un amperímetro y cómo se conecta?

4.2.7.8- ¿ De qué factores depende la resistencia de un conductor?

4.2.7.9- ¿ Qué es un resistor?

4.2.7.10- Calcular el valor de la resistencia eléctrica de un resistor que al ser conectado a una fem

de 60 V deja circular una intensidad de corriente de 180 A.

4.2.7.11- Una plancha se conecta a 220 V y por ella circula una corriente de 5 A. ¿Cuál es el valor

de su resistencia eléctrica?

4.2.7.12- ¿ Qué corriente circulará por un resistor de 24 que se conecta a 120 V?

4.2.7.13- Calcular la tensión que habrá que aplicar a un resistor de 50 , para que por él circule

una intensidad de corriente de 3,5 A.

4.2.7.14- Por una resistencia de 20 pasa una carga de 120 C en un minuto. Suponiendo que la

corriente es continua, calcular su valor y el valor de la tensión a la que esta conectada la

resistencia.

4.2.7.15- Un calentador eléctrico tiene una resistencia de 50 y se lo conecta a una fem de 200 V.

Calcular cual es su potencia.

4.2.7.16- Calcular la intensidad de corriente que circula por una equipo de aire acondicionado

que tiene una potencia de 2000 W.

4.2.7.17- Calcular la resistencia eléctrica del filamento de una lámpara de 100 W que se conecta a

la red domiciliaria. (Sugerencia: Primero calcular la intensidad de corriente)

4.2.7.18- En el siguiente circuito que re representa en el dibujo, cada resistencia representa una

lamparita eléctrica. Qué lamparitas se encenderán si:

a) Solo se cierra el interruptor L1

b) Se cierran todos los interruptores menos L1

c) Se cierran solo L1 y L2

d) Se cierran solo L1 y L3

e) Se cierran solo L1, L2 y L4



f) Se cierran todos menos L2

g) Se cierran todos

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4.3- Trabajo práctico Nº 7:

Electrostática

4.3.1- Objetivos:

1) Observar la interacción entre cargas eléctricas.

2) Observar el comportamiento de aislantes y conductores.

3) Observar el funcionamiento de una máquina electrostática y los fenómenos

eléctricos que con ella se producen.

4.3.2- Interacciones eléctricas

Desarrollo:

1) Tomen una de las barras de plástico, frotarla con el paño de lana y suspéndanla,

por su parte media, del broche que está colgado del soporte.

2) Froten la otra varilla de plástico con el paño de lana y acérquenla al extremo de

la varilla suspendida que había sido frotado anteriormente, como indica la figura.

3) Relaten lo que sucede:

4) Realicen la misma operación pero con las varillas de vidrio frotadas con un paño

de seda y relaten lo sucedido:



5) Froten ahora la varilla de vidrio con la seda y suspéndala del broche, luego froten

una varilla de plástico con el paño de lana y acérquenla a la de vidrio.

¿Qué sucede?

Podemos realizar experimentos semejantes con un gran número de otras sustancias.

Y en todos los casos, o se comportan como la barra de plástico o se comportan como la de vidrio.

Por consiguiente sólo existen dos estados eléctricos. Uno semejante al de la barra de

vidrio y otro semejante al de la barra de plástico. Siguiendo la notación común, creada por

Benjamín Franklin (1706-1790), diremos que la barra de vidrio y todos los objetos que se comportan

de igual manera, están cargados positivamente. Del mismo modo, diremos que la barra de

plástico y los restantes objetos que se comportan del mismo modo están cargados

negativamente.

6) ¿Qué conclusiones pueden sacar de estas observaciones ¿qué sucede con

cuerpos cargados con el mismo signo? ¿Y con signo contrario?

4.3.3- Dieléctricos y conductores

1) Tomen la varilla metálica, colóquenla sobre el vaso de precipitado y acérquenla

al péndulo eléctrico como indica la figura.



2) Frote la varilla de plástico con el paño de lana y póngala en contacto con la

varilla de metal. ¿Qué sucede?

3) Realicen el mismo procedimiento pero utilizando la barra de vidrio en lugar de la

de metal. ¿Qué sucede?

Para explicar ésta diferencia observada basta admitir que en un metal existan algunas

partículas eléctricas libres que son capaces de desplazarse de un punto a otro, cosa que no

ocurre con el vidrio o el plástico. Supongamos, por ejemplo, que las partículas libres del metal son

negativas. Cuando el plástico cargado negativamente toca la barra metálica neutra, algunas de

estas partículas que se encuentran en exceso en la primera pasan al metal y se dispersan a lo

largo de toda la barra hasta llegar al extrmo que se encuentra cerca del péndulo que

inmediatamente siente la interacción eléctrica y se mueve.

¿Qué ocurre al sustituir la barra metálica por otra de vidrio? En este material no hay

posibilidad de que las partículas negativas se muevan libremente, por esto, las cargas que le pasa

la primera barra quedan alojadas en el punto de contacto. El resto, permanece eléctricamente

neutro al igual que la esferadel péndulo; por lo tanto, no existe ninguna fuerza que obligue a la

esfera a moverse.

Las sustancias que se comportan como el metal se denominan conductores. Las

sustancias cuya conducta es similar a la del plástico se llaman aislantes o dieléctricos. Todos los

conductores tienen partículas eléctricas libres y los aislantes no.



En los metales, la conductividad es debida exclusivamente al movimiento de las

partículas negativas, es decir, los electrones.

4.3.4- Generador de Van de Graff

El generador de Van de Graff es una máquina electrostática que sirve para

producir enormes cantidades de carga eléctrica. En esta máquina, una banda de goma frota

contra unos rodillos que la arrastran. Este frotamiento hace que la banda de goma se cargue.

Debido a un fenómeno llamado inducción, un peine metálico en la parte inferior del aparato que

se encuentra conectado a tierra, suministra carga eléctrica en forma permanente que la misma

cinta transporta hasta otro peine que se encuentra en la parte superior de la máquina y que esta

en contacto con el interior de un cuerpo conductor hueco, como indica la figura.

La carga pasa entonces, por conducción, a la superficie exterior del cuerpo

conductor, no pudiendo regresar al interior debido a la repulsión entre cargas de igual signo. De

esta manera, la superficie del cuerpo adquiere más y más carga hasta que la acumulación es

tanta que comienza a escapar carga eléctrica en forma de chispas por el aire.

1) Acerquen la mano al cuerpo hueco del generador. Relaten lo que sucede:



2) Un alumno voluntario Suba arriba de una placa aislante, de manera que su

cuerpo no haga contacto con tierra y ponga una mano sobre el cuerpo hueco del generador.

Luego póngalo en funcionamiento. Relaten lo sucedido.

3) Conecten al generador el cuerpo para demostrar el poder de puntas.

Acérquenlo primero de un lado y luego del otro. ¿Qué sucede?

4) Conecten ahora la placa chispeante. ¿Qué observa?

5) Conecten el molinete eléctrico ¿Qué sucede?



4.4- TRABAJO PRÁCTICO Nº 8:

Ley de Ohm

4.4.1- Objetivos:

1- Aprender a utilizar el tester para medir tensión e intensidad de corriente.

2- Obtener una ley experimental a partir de las mediciones realizadas.

3- Verificar la ley de Ohm.

4.4.2- Procedimiento:

Enchufen la fuente al tablero y verifiquen que se encuentra apagada.

Conecten a la fuente un conductor rojo y otro negro.

Preparen un tester en la función “Voltímetro” y en la escala de 20V

Preparen otro tester en la función “Amperímetro”, en la escala de 200 mA

(mili Ampere)

Armen el circuito que se representa en el siguiente esquema:



Verifiquen con el profesor o el ayudante que el circuito este bien

armado.

Coloquen la perilla de la fuente en un valor cualquiera de tensión y

enciéndanla.

Anoten en la tabla el valor de tensión e intensidad correspondiente.

Cambien el valor para la tensión y hagan dos mediciones más,

anotándolas luego en la tabla.

Agreguen una resistencia intercalada en el circuito como indica la

figura:

Seleccionen con la perilla de la fuente tres valores más y anoten las

mediciones de tensión e intensidad.

Ley de Ohm

V I I R

Nº V(Volt) mA A Ω

1

2

3

4

5

6

Para establecer que tipo de relación existe entre las magnitudes Tensión e

intensidad de corriente, realicen un gráfico cartesiano en papel cuadriculado, donde el eje de

abscisas representará la Intensidad I y el eje de ordenadas representará la Tensión V.

En este gráfico marquen los puntos obtenidos experimentalmente.



Como ya discutimos cuando hicimos el TP de ley de Hooke, una recta que pasa por el

origen en un gráfico cartesiano, nos indica una relación directamente proporcional; por lo tanto si

nuestros puntos se encuentran aproximadamente alineados (teniendo en cuenta que debido al

error es muy difícil que se encuentren exactamente alineados), significará que la relación entre la

Intensidad de corriente y la tensión es directamente proporcional.

Dado que los puntos no están exactamente alineados, no es posible trazar una recta

que pase por todos los puntos, por esta razón se debe trazar una recta que a simple vista pase

equidistante de todos los puntos, a la que se denomina recta más probable.

Deben ahora hallar la constante de proporcionalidad entre las magnitudes Tensión e

intensidad, esta constante es igual a la pendiente de la recta trazada. Su valor lo hallarán si

buscan un punto cualquiera de la recta, que no sea ninguno de los medidos y que corte en un

cuadriculado de la hoja. Tomando sus valores de abscisa y ordenada calculen el cociente, que

no es otra cosa que la constante de proporcionalidad que buscamos. Ohm llamó a esta

constante “Resistencia eléctrica” R.

Dado que este valor se obtiene de la recta más probable lo denominaremos valor más

probable de la resistencia pues el valor exacto nunca lo podremos conocer.

Colocaremos este valor en la última columna de la tabla.

Por último, realicen el gráfico en Excel y obtengan la ecuación para hallar la

pendiente de la recta como lo hicimos para la ley de Hooke



Respuestas

4.1.5.21- 400N , se atraen.

4.1.5.22- 5 .10-3 C

4.1.5.23- 0,5 m

4.1.5.24- 7 .10-5 C.

4.1.5.25- 0,18 N.

4.1.5.26- 4,2 10-4 C

4.1.5.27- F= 160 N R ≈ 277 N

4.2.7.17- 484

4.2.7.16- 9,1 A

4.2.7.15- 800 W

4.2.7.14- 2 A , 40V

4.2.7.13- 175 V.

4.2.7.12- 5A.

4.2.7.11- 44

4.2.7.10- 0,333

ALUMNO: AUTOR: Prof. Lic. CLAUDIO NASO - Dattatec le informa que su cuenta de...

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