Módulo de Física EléctricaDocente Mg Jimmy Daniel Peña Triana
2018
Ingeniería de Seguridad y Salud en el Trabajo
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.
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Módulo de Física Eléctrica
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:
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Módulo de Física Eléctrica
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.
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Alrededor del 550 A.C.
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Una característica Eléctrica y Magnética
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.
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Alrededor del 1750 D.C.
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Una característica Eléctrica y Magnética
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.
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Una característica Eléctrica y Magnética
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
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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.
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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.
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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
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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.
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Si este es el modelo de un átomo de Helio que posee dos electrones, ¿Cuál es su carga?
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La Carga Eléctrica
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La Carga Eléctrica
Estática
Puede estar:
Dinámica
• Carga por Inducción• Interacciones entre cargas.
• Campo Eléctrico
• Corriente Eléctrica• Campos Magnéticos• Ley de Inducción
Trabaja
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¿Cómo Cargar un Cuerpo?
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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:
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¿Cómo Cargar un Cuerpo?
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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.
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¿Cómo Cargar un Cuerpo?
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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.
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¿Cómo Cargar un Cuerpo?
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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
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¿Cómo Cargar un Cuerpo?
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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.
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¿Cómo Cargar un Cuerpo?
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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.
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¿Cómo Cargar un Cuerpo?
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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.
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Módulo de Física Eléctrica
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.
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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
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Interacción entre las cargas
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.
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Módulo de Física Eléctrica
Interacción entre las cargas
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.
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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
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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?
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𝐾 = 9 𝑥 109𝑁 𝑚2
𝐶2
𝐹31 =𝐾𝑞3𝑞1𝑟2
=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 =𝐾𝑞3𝑞2𝑟2
=9 𝑥 109 5 𝑥 10−9 −3 𝑥 10−9
0,040 2 = − 8,4 𝑥 10−5 𝑁
𝐹𝑥 = 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
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Interacción entre las cargas
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.
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Interacción entre las cargas
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.
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Interacción entre las cargas
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
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Interacción entre las cargas
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 .
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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
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Interacción entre las cargas
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
Módulo de Física Eléctrica
Interacción entre las cargas
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
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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.
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El Potencial Eléctrico
𝑈 = 𝑚𝑔ℎ0
𝑈 = 𝑚𝑔ℎ𝑓
Módulo de Física Eléctrica
El Potencial Eléctrico
∆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.
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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
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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
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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
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La Corriente Eléctrica
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
Módulo de Física Eléctrica
La Corriente Eléctrica
Módulo de Física Eléctrica
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.
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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.
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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.
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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?
Módulo de Física Eléctrica
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.
Módulo de Física Eléctrica
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.
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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.
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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.
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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.
Módulo de Física Eléctrica
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
Módulo de Física Eléctrica
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?
Módulo de Física Eléctrica
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.
Módulo de Física Eléctrica
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.
Módulo de Física Eléctrica
La ley de Ohm
Módulo de Física Eléctrica
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?
Módulo de Física Eléctrica
Efectos de la corriente en el 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.
Módulo de Física Eléctrica
Efectos de la corriente en el cuerpo humano
Módulo de Física Eléctrica
Efectos de la corriente en el cuerpo humano
Módulo de Física Eléctrica
Efectos de la corriente en el cuerpo humano
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
Módulo de Física Eléctrica
Efectos de la corriente en el cuerpo humano
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.
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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.
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Efectos de la corriente en el cuerpo humano
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.
Módulo de Física Eléctrica
Efectos de la corriente en el cuerpo humano
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.
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Efectos de la corriente en el cuerpo humano
Observando el cuerpo
humano podemos evidenciar
que tenemos órganos vitales,
únicos e irremplazables, tan
frágiles que cualquier
alteración deja consecuencias
de por vida.
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Efectos de la corriente en el cuerpo humano
Módulo de Física Eléctrica
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.
Módulo de Física Eléctrica
El Campo Magnético
Módulo de Física Eléctrica
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.
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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.
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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.
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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
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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
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Campo Eléctrico y Magnético
Cuando tenemos un campo eléctrico que oscila junto a un
campo magnético, tenemos un campo electromagnético.
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Campo Eléctrico y Magnético
La luz es un campo electromagnético, el cual podemos estudiar
en el denominado espectro electromagnético.
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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.
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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
Módulo de Física Eléctrica
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.
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La Bomba Atómica
Este tipo de artefactos produce mucha radiación e isotopos
radiactivos que pueden afectar los seres vivos: platas, animales,
humanos.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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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Imágenes
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