Este blog habla sobre los temas relacionados con Campo eléctrico...
-Campo eléctrico
-Intensidad de corriente eléctrica
-Densidad de carga
-Permitividad
-Corriente eléctrica
El equipo está conformado por los alumnos:
*Helín Valeria Lugo Olivarría
*Aizlu Corrales Martínez
*Uriel Hurtado Quintana
*Manuel Quintana Verdugo
*Alberto Arce Vega
lunes, 15 de noviembre de 2010
domingo, 7 de noviembre de 2010
Campo Eléctrico
El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. Así, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, es decir, de atracciones o de repulsiones sobre ella.
La fuerza eléctrica que en un punto cualquiera del campo se ejerce sobre la carga unidad positiva, tomada como elemento de comparación, recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico y se representa por la letra “E”. Por tratarse de una fuerza la intensidad del campo eléctrico es una magnitud vectorial que viene definida por su módulo E y por su dirección y sentido. En lo que sigue se considerarán por separado ambos aspectos del campo E.
(9.2)Puesto que se trata de una fuerza electrostática estará aplicada en P, dirigida a lo largo de la recta que une la carga central Q y el punto genérico P, en donde se sitúa la carga unidad, y su sentido será atractivo o repulsivo según Q sea negativa o positiva respectivamente.
Si la carga testigo es distinta de la unidad, es posible no obstante determinar el valor de la fuerza por unidad de carga en la forma:
(9.3)Donde F es la fuerza calculada mediante la ley de Coulomb entre la carga central Q y la carga de prueba o testigo q empleada como elemento detector del campo. Es decir:
E=KQq/rª /=KQ/rª
Expresión idéntica a la (9.2).
A partir del valor de E debido a Q en un punto P y de la carga q situada en él, es posible determinar la fuerza F en la forma:
F = q · E (9.4)
Expresión que indica que la fuerza entre Q y q es igual a q veces el valor de la intensidad de campo E en el punto P.
Esta forma de describir las fuerzas del campo y su variación con la posición hace más sencillos los cálculos, particularmente cuando se ha de trabajar con campos debidos a muchas cargas.
La unidad de intensidad de campo E es el cociente entre la unidad de fuerza y la unidad de carga; en el SI equivale, por tanto, al newton (N)/coulomb (C).
Intensidad de Corriente Eléctrica
Se denomina a la carga eléctrica que pasa por cada sección del conductor en un segundo. Sus unidades son los amperes (A).
La intensidad de la corriente eléctrica es la cantidad de carga (q) que pasa por una sección del conductor en una unidad de tiempo (t).
Si en un tiempo T pasan N partículas, cada una con carga q a través de una sección del conductor, la carga total Q que ha pasado es: Q= N. q y la intensidad de la corriente es la cantidad de carga eléctrica (q) que pasa a través de una sección del área (A) de un conductor, por una unidad de tiempo T.
Esta definición puede escribirse en forma de ecuación así:
En donde:
· I: es la intensidad de de la corriente.
· q: es la carga que pasa por la sección del conductor.
· t: es el tiempo que tarda en pasar dicha carga.
Densidad de Carga
Aunque la carga eléctrica es una magnitud cuantizada, cualquier volumen contiene un número tan elevado de partículas eléctricas (electrones o protones) que podemos considerar la carga eléctrica como una magnitud continua.
Densidad lineal de carga:
Densidad superficial de carga:
Densidad volumétrica de carga:
La densidad de carga linear, superficial o volumétrica es una cantidad de carga eléctrica en una línea, superficie o volumen respectivamente. Ella es medida en coulombs por metro (C/m), metro cuadrado (C/m²), o metro cúbico (C/m³), respectivamente. Como existen cargas positivas y negativas, la densidad puede tomar también valores negativos. Así como cualquier densidad, ella depende de su posición. Ella no debe ser confundida densidad de portadores de carga. Como relatado en la química, la densidad de carga puede referirse la distribución sobre el volumen de una partícula, átomo o molécula. Así, un catião de lítio posee más densidad de carga del que un catião de sódio, pues el sódio posee rayo atómico mayor.
Permitividad
La permitividad (o impropiamente constante dieléctrica) es una constante física que describe cómo un campo eléctrico afecta y es afectado por un medio. La permitividad del vacío es 8,8541878176x10-12 F/m.
La permitividad está determinada por la tendencia de un material a polarizarse ante la aplicación de un campo eléctrico y de esa forma anular parcialmente el campo interno del material. Está directamente relacionada con la susceptibilidad eléctrica. Por ejemplo, en un condensador una alta permitividad hace que la misma cantidad de carga eléctrica se almacene con un campo eléctrico menor y, por ende, a un potencial menor, llevando a una mayor capacitancia del mismo.
Explicación
En electromagnetismo se define un campor de desplazamiento eléctrico D, que representa cómo un campo eléctrico E influirá la organización de las cargas eléctricas en el medio, por ejemplo, redistribución de cargas y reorientación de dipolos eléctricos. La relación de ambos campos (para medios lineales) con la permitividad es:
donde ε es un escalar si el medio es isótropo o una matriz de 3 por 3 en otros casos.
La permitividad, tomada en función de la frecuencia, puede tomar valores reales o complejos. Generalmente no es una constante ya que puede variar con la posición en el medio, la frecuencia del campo aplicado, la humedad o la temperatura, entre otros parámetros. En un medio no lineal, la permitividad puede depender de la magnitud del campo eléctrico.
La unidad de medida en el Sistema Internacional es el faradio por metro (F/m). El campo de desplazamiento D se mide en culombios por metro cuadrado (C/m2), mientras que el campo eléctrico E se mide en voltios por metro (V/m).
D y E representan el mismo fenómeno, la interacción entre objetos cargados. D está relacionado con las densidades de carga asociada a esta interacción. E se relaciona con las fuerzas y diferencias de potencial involucradas. La permitividad del vacío ɛ0, es el factor de escala que relaciona los valores de D y E en ese medio. ɛ0 es igual a 8.8541878176...×10-12 F/m. Las unidades de ɛ0 en el Sistema Internacional de Unidades es farad por metro (F/m). En el Sistema Internacional de Unidades, la fuerza se mide en newtons (N), la carga en coulombs (C), la distancia en metros (m), y la energía en julios (J). Como en todas las ecuaciones que describen fenómenos físicos, usar un sistema consistente de unidades es esencial.
LOS DIFERENTES TIPOS DE PERMITIVIDAD:
· Permitividad del vacío:
La permitividad del vacío
Donde c es la velocidad de la luz y μ0 es la permeabilidad magnética del vacío. Estas tres constantes están totalmente definidas en unidades del SI.
· Permitividades absoluta y relativa:
La permitividad de un material se da normalmente en relación a la del vacío, denominándose permitividad relativa,
Material | Material | ||
19,5 | de | ||
191 | de | ||
8,84 | 49,5 | ||
81 | de | ||
de | de | ||
· Permitividad en los medios:
Cuando un campo eléctrico es aplicado a un medio, una corriente fluye. La corriente total que discurre por un material real está, en general, compuesta de dos partes: una corriente de conducción y una de desplazamiento. La corriente de desplazamiento puede pensarse como la respuesta elástica de un material al campo eléctrico aplicado. Al aumentar la magnitud del campo eléctrico, la corriente de desplazamiento es almacenada en el material, y cuando la intensidad del campo disminuye, el material libera la corriente. El desplazamiento eléctrico se puede separar entre una contribución del vacío y una del material:
Donde P es la polarización del medio y χ es la susceptibilidad eléctrica. Se deduce que la permitividad relativa y la susceptibilidad de un material están relacionadas.
· Permitividad de un dieléctrico:
Es el producto entre la constante dieléctrica de un dieléctrico y la permitividad eléctrica del vacío.
Corriente Eléctrica
Se denomina corriente eléctrica al flujo de carga eléctrica a través de un material sometido a una difernecial de potencial. Históricamente, se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y se desplazan en sentido contrario al convencional.
A partir de la corriente eléctrica se definen dos magnitudes: la intensidad y la densidad de corriente. El valor de la intensidad de corriente que atraviesa un circuito es determinante para calcular la sección de los elementos conductores del mismo.
Si la intensidad de corriente es constante, entonces
Corriente continúa.
Se denomina corriente continua al flujo de cargas eléctricas que no cambia de sentido con el tiempo. La corriente eléctrica a través de un material se establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre sí. Es errónea la identificación de la corriente continua con la corriente constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por una batería). Es continua toda corriente cuyo sentido de circulación es siempre el mismo, independientemente de su valor absoluto.
Corriente alterna
La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los problemas de trasmisión de potencia, viene determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua. La energía eléctrica trasmitida viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la intensidad, se puede, mediante un transformador, modificar el voltaje hasta altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente. Esto permite que los conductores sean de menor sección y, por tanto, de menor costo; además, minimiza las pérdidas por efecto Joule, que dependen del cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para permitir su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.
Las frecuencias empleadas en las redes de distribución son 50 y 60 Hz. El valor depende del país.
Ley de Gauss
Esta es una de las leyes mas importares de las leyes de Maxwell. Esta ley permite calcular de forma más fácil y eficiente el campo eléctrico para algunos cuerpos que se encuentren cargados y sean geométricamente regulares
Para que pueda aplicarse la ley de Gauss es necesario el requerimiento de ver la consideración de la superficie imaginaria que es llamada “Superficie Gaussiana”, la cual casi siempre tiene la forma de la configuración del cuerpo que se encuentra cargado. Esta superficie tiene que encerrar al cuerpo completamente.
En algunas materias tales como la física y en el análisis matemático, esta ley llamada “Ley de Gauss” relaciona el flujo eléctrico que pasa a través de una superficie cerrada y la carga eléctrica que se encuentra encerrada en esta superficie. De la misma forma, también relaciona la divergencia del campo eléctrico con la densidad de carga.
Teorema de Gauss y Flujo Eléctrico
El concepto de flujo tiene su origen en problemas de mecánica de fluidos, como una manera de cuantificar la cantidad de fluido que sale o entra por una determinada superficie por unidad de tiempo. En electrostática el flujo no mide nada 'material'; sin embargo, se puede imaginar que se mide el flujo de un 'fluido eléctrico'. Hay que tener cuidado de no llevar la analogía demasiado literalmente.
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