Electrcidad y magnetismo - created from Mind Map

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Carga eléctrica

propiedad conocida como carga eléctrica (medida en Coulomb [C]). Un atributo intrínseco y fundamental como lo es la masa.

Benjamín Franklin sugirió llamar a estas dos clases de carga negativa y positiva, respectivamente.

De esta forma, comprendemos que dos cargas positivas o dos cargas negativas se repelen mutuamente y que una carga negativa y una positiva se atraen una a la otra. Es decir, cargas del mismo signo se repelen y cargas de diferente signo se repelen.

electron

La carga eléctrica de un electrón es la unidad de carga elemental y se designa como e y es aproximadamente igual a -1.602176462 x 10-19 C. La carga del protón es exactamente el mismo número, pero de signo opuesto.

proton

La carga del protón es exactamente el mismo número, pero de signo opuesto.

neutron

Ley de coulomb

ómo se determina la magnitud de esta fuerza

El físico Charles Coulomb dedicó parte de su vida responder esta pregunta y estableció la siguiente ecuación, conocida como la ley de Coulomb:

La fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Ley de conservación de la carga eléctrica

La suma algebraica de todas las cargas eléctricas de cualquier sistema cerrado es constante.

si un objeto adquiere una carga negativa (o positiva), entonces una cantidad igual de carga eléctrica positiva (o negativa) se encontrará en alguna otra región del espacio. La carga se conserva.

Eletroestatica

esto no era magia, sino es la electrostática en acción; es decir, las interacciones entre cargas eléctricas en reposo. En este caso, se dice que el globo ha adquirido una carga eléctrica neta o se ha cargado, por lo que ahora tiene la propiedad, temporalmente, de atraer pequeños pedazos de papel.

Corriente electrica

al flujo de cargas eléctricas lo llamamos corriente eléctrica.

para que exista un flujo de cargas dentro del conductor hace falta un par de ingredientes: Primero, es necesario tener una fuente que genere una diferencia de potencial eléctrico. Es esta diferencia de potencial eléctrico la que da esa fuerza que “impulsa” a las cargas eléctricas y hace que se muevan generando un flujo (corriente). Segundo, es necesario tener un circuito eléctrico; es decir, un camino conductor que forme una espira cerrada o una trayectoria continua de conducción.

Ley de Ohm

la corriente eléctrica en un hilo conductor (o alambre) se define como la cantidad de carga neta que pasa a través de la sección transversal completa del alambre por unidad de tiempo. se llama ampere y de denota como [A].

la magnitud de esta corriente depende no sólo de la diferencia de potencial aplicada, sino también de la resistencia que ofrece el alambre al movimiento de las cargas eléctricas; por lo que a mayor resistencia la corriente fluye con mayor dificultad.

La unidad de la resistencia recibe el nombre de ohm y se denota como [Ω].

Conductores eléctricos

Un conductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de la carga eléctrica y permite que éstas se desplacen de manera ordenada y con facilidad de una región a otra dentro del material (si se dan las condiciones necesarias para que esto suceda) generando así un flujo neto de carga al que llamamos corriente eléctrica. A los materiales que no permiten esto se les llama aislantes.

Ecuaciones de maxwell

Ley de Ampére

una corriente eléctrica produce un campo magnético

Específicamente, las líneas del campo magnético producidas por una corriente eléctrica que circula en un largo alambre recto tienen la forma de círculos centrados en el alambre. La dirección de las líneas de campo dependerá de la dirección en que circula la corriente convencional (de la terminal positiva a la negativa). En la figura 4 se muestra La regla de la mano de derecha establece si tomas el alambre con tu mano derecha de manera que el pulgar apunte en dirección de la corriente, entonces el resto de tus dedos que enrollan el alambre apuntarán en la dirección de las líneas de campo magnético generadas por esta corriente.

la magnitud del campo magnético generado por una corriente que circula en un largo alambre recto,

La intensidad del campo magnético en un punto dado es mayor mientras mayor es la corriente eléctrica que fluye a través de él. Así mismo, mientras más lejos nos encontremos del alambre el campo magnético disminuye en intensidad. De hecho, el campo magnético generado por un largo alambre recto por el que circula una corriente I es directamente proporcional a la corriente I e inversamente proporcional a la distancia r desde el alambre. La magnitud del campo magnético generado queda definido como:

Campo magnético

Al igual que con las cargas eléctricas, los imanes también tienen un campo asociado. El campo magnético es la agitación que produce un imán a la región que lo envuelve. Se representa con líneas de campo que no se cruzan y que parten por el exterior del imán del polo norte al polo sur, y por su interior a la inversa, del polo sur al norte.

Un imán, una carga en movimiento o una corriente eléctrica generan un campo magnético en el espacio circundante.

Tal campo magnético ejerce una fuerza sobre cualquier otro imán, carga en movimiento o corriente eléctrica presente en el campo.

Campo magnético de un solenoide

Una larga bobina de alambre que consiste en muchas espiras se llama solenoide. Puede tener cientos o miles de espiras muy próximas unas de otras, cada una de las cuales produce su propio campo magnético cuando circula una corriente Ι.

En el centro del solenoide, los campos generados por las espiras se suman y forman un campo mucho más grande y uniforme. Afuera del solenoide, las líneas de campo magnético están dispersas y el campo magnético es débil. Si l es la longitud del solenoide, N el número de espiras, el campo magnético dentro del solenoide es:

Campo magnético de un toroide

n toroide es un solenoide doblado en círculo en forma de dona. Para este caso, a diferencia del solenoide, el campo magnético no es uniforme dentro del toroide: es más grande a largo del borde interior e inferior conforme nos vamos acercando al centro. De esta forma, el campo magnético está en función del radio r del toroide:

Intensidad magnética

i existe un material diferente del aire dentro del solenoide, por ejemplo un trozo de hierro, el campo magnético dentro del mismo cambiará. De hecho, para este caso el campo magnético aumentará considerablemente.

el campo magnético dentro del solenoide depende del material dentro de él. No es lo mismo si tenemos aire a si tenemos un trozo de hierro.

Ley de Gauss campo electrico.

Si colocamos la carga en el centro de una esfera imaginaria (una superficie cerrada) de radio R, la magnitud del campo eléctrico E en cualquier punto de la superficie está dada como:

esta condición se cumple no sólo para la esfera sino para cualquier superficie irregular que contenga cualquier distribución de carga. Podemos dividir la superficie en pequeños elementos dA, donde cada uno de estos elementos tiene un vector unitario normal (n) a él y un vector área , calcular el flujo eléctrico EdA cosϕ correspondiente a cada uno y sumar los resultados por integración.

Flujo eléctrico

l campo eléctrico que atraviesa una superficie dada. Para un campo eléctrico uniforme E que atraviesa un área A, el flujo eléctrico ΦE, queda definido como:

Sin embargo estas superficies no siempre son planas o el campo eléctrico no siempre es uniforme, por lo que para estos casos es necesario dividir la superficie en pequeños elementos dA, donde cada uno de estos elementos tiene un vector unitario normal (n) a él y un vector área Se calcula el flujo eléctrico a través de cada elemento y se integran los resultados para obtener el flujo total.

Ley de Gauss para campo magnético

las líneas de campo magnético siempre forman espiras cerradas que salen siempre del polo positivo hacia el polo negativo. Dado que todas las líneas que salen del polo positivo siempre regresan al polo negativo, si encerramos la fuente de campo magnético en una superficie cerrada, encontraremos que el flujo magnético a través de tal superficie cerrada siempre será igual a cero. Ya que las líneas que entran siempre son las mismas que las líneas que salen, el flujo magnético en la superficie cerrada debe de ser cero

Imanes

Ley de Biot Savart

La Ley de Biot-Savart es el equivalente magnético de la Ley de Coulomb en su forma infinitesimal. ndiciones de no simetría una corriente I que fluye a lo largo de cualquier trayectoria se puede considerar como muchos pequeños (infinitesimales) elementos portadores de corriente. Si ⃗representa cualquiera de estos elementos de longitud infinitesimal a lo largo de la cual fluye la corriente, entonces el campo magnético en cualquier punto P del espacio, debido a este elemento de corriente, está dado por:

Ley de inducción de Faraday

a fem inducida es proporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético ϕB a través de la bobina. El sentido de la fem depende de si el flujo aumenta (el imán se acerca) o disminuye (el imán se aleja). Si el flujo es constante (el imán no se mueve), no hay fem constante.

aunque un campo magnético constante no genera corriente en un conductor, un campo magnético variable sí es capaz de generar una corriente eléctrica; fenómeno que llamó inducción electromagnética

Mientras más rápidamente cambie el campo magnético, mayor es la fem inducida.

La fem inducida depende del área de la bobina o espira. Por ende, se dice que la fem es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético ϕB que pasa a través de la bobina de área A.

Inducción electromagnética

e mueve el imán hacia la bobina o se aleja, se genera una corriente eléctrica en la bobina (figura 1, a y b).

A ésta se le llama corriente inducida, y la fem correspondiente que se requiere para crearla se conoce como fem inducida.

flujo magnético

cambia el número de líneas de campo magnético, o el flujo magnético, que atraviesa la bobina. Mientras más lejos se encuentre el imán de la bobina menos líneas de campo la atravesarán, por el contrario mientras más cercano se encuentre el imán de la bobina mayor será el flujo magnético que la atraviesa. Si el imán se mantiene en reposo el flujo no variará. El flujo magnético ϕB sólo varía cuando existe un movimiento relativo entre el imán y la bobina, y es justamente esta variación en el flujo lo que genera una corriente en la bobina, por lo que para inducir una fem debe de existir un flujo ϕB magnético que esté constantemente variando su magnitud en el tiempo.

Fuerza electromagnetica.

Ley Lenz.

a fem inducida se mueve en una dirección de manera que el campo magnético creado por esa corriente (la fem inducida) se opone al cambio original en el flujo. A este enunciado se le conoce como la Ley Lenz.

En otras palabras, la fem inducida siempre está en una dirección opuesta que se opone al cambio original en el flujo que la produjo, y por ende lleva signo negativo.

ondas electromagnéticas

un campo magnético variable actúa como fuente de campo eléctrico, y que un campo eléctrico que varía en el tiempo actúa como fuente de campo magnético. En estos términos, cuando un campo ya sea eléctrico o magnético cambia en el tiempo, se induce un campo de otra clase regiones adyacentes del espacio.

Estos campos y se sustentan mutuamente y el resultado neto de su interacción es una onda de campos eléctrico y magnético que puede propagarse a través del espacio: una onda electromagnética. Estas ondas transportan tanto energía como cantidad de movimiento En las ondas sinusoidales, los campos y son funciones sinusoidales del tiempo y la posición, con frecuencia y longitud de onda definidas. De esta forma, los diversos tipos de ondas electromagnéticas (la luz visible, radio, televisión, rayos X) difieren en cuanto a estos parámetros.

se crean campos y . Por lo que siempre que existe un campo eléctrico variable existirá un campo magnético asociado (que a su vez es variable), y siempre que exista un campo magnético variable existirá un campo eléctrico asociado (que a su vez es variable).

transmision

se crean campos y . Por lo que siempre que existe un campo eléctrico variable existirá un campo magnético asociado (que a su vez es variable), y siempre que exista un campo magnético variable existirá un campo eléctrico asociado (que a su vez es variable).

Las ondas electromagnéticas transportan energía de una región del espacio a otra. Esta energía se asocia con los campos eléctrico y magnético en movimiento. Los transmisores de televisión o radio, utilizan la energía de estas ondas para transmitir señales a miles de kilómetros de distancia.

Los campos y avanzan en el tiempo hacia regiones donde originalmente no había campos, y llevan consigo la densidad de energía u a medida que avanzan.

recepcion

recepción de señales electromagnéticas en una antena. Un tipo de antena consiste en una bobina tubular que detecta el campo magnético de la onda, el campo magnético variable induce una fem en la bobina. La fem inducida puede ser calculada usando la Ley de Faraday.

Sin embargo, esta bobina tubular que detecta el campo magnético no puede ser muy grande (es del orden de 3-4 cm de diámetro) debido a cuestiones de diseño de fabricación. Entonces, ¿cómo podemos maximizar la recepción de la señal si no podemos variar el tamaño de la bobina?}

Antenas parabólicas

Un platillo parabólico consiste en un reflector parabólico que enfoca las ondas electromagnéticas transmitidas por el satélite hacia la bobina tubular localizada en el foco del platillo. De esta forma, (en el caso ideal, donde no hay pérdidas de energía) todas las ondas electromagnéticas que caigan sobre el platillo serán reflejadas hacia la bobina tubular que sirve como antena receptora, por lo que la intensidad de onda en el platillo será la misma que la intensidad en la bobina.

el campo magnético y el flujo magnético deberá ser el mismo tanto en el platillo como en la bobina.