viernes, 15 de marzo de 2013

CIRCUITOS ELECTRICOS

    En este concepto empezaremos el tema de, intensidad de la corriente eléctrica que es la cantidad de la carga eléctrica por cada sección de los conductores en un segundo, esto para entenderlo mejor lo podemos expresar matemáticamente de la siguiente manera:
    En donde:
 I = intensidad de la corriente eléctrica en ampere = A = c/s
q = carga eléctrica que pasa por cada sección transversal del campo ( C )
t = tiempo en que tarda en pasar la carga ( s ) 

   Si el circuito se le administra energía  esta fluye a travez de el f a la energía suministrada se le denomina fuerza electromotriz, que se representa ( fem ). cada materia posee una capacidad de conducir la corriente eléctrica  a esto se le llama resistividad, se expresa de la siguiente manera matemáticamente: 
   En donde:
R = resistencia (Ω)
ρ = resistividad (Ωm)
l = longitud del conductor (m)
A = area de la seccion trasversal del conductor (m2


Circuitos eléctricos

      En el circuito eléctrico es un sistema por el cual fluye la corriente a través de un conductor en una trayectoria completa debido a una diferencia de potencia o voltaje. En cualquier circuito eléctrico identificamos tres elementos: voltaje de corriente y resistencia.

Los circuitos eléctricos en serie tienen la siguiente característica: los elementos se conduce uno después de otro, a si la corriente tiene una misma trayectoria; el circuito se interrumpe si se abre en cualquier punto, esto se aprovecha para proteger y controlar el sistema eléctrico; los fusibles y los centros de cargas se conecta en serie. En este tipo de circuito existe la misma cantidad de corriente en todos los elementos del circuito, el voltaje se distribuye entre todos sus elementos la suma de la caída del voltaje de cada elemento es igual al voltaje aplicado (ley de kichhoff)

Un ejemplo de cómo se representa un circuito en serie con sus elementos simbolizados.

circuito eléctrico con tres resistencia conectado en serie

Para poder calcular un circuito en serie podemos calcular la resistencia equivalente con el siguiente ecuación matemáticamente:





En donde:

Re = resistencia equivalente del circuito
R1 + R2 + R3 +… + Rn = suma del valor de cada una de las resistencia hasta n numero de ella.
Para hallar voltaje total del circuito en serie:







  La potencia eléctrica se refiere a la rapidez con la se realiza el trabajo de mover una carga a travez de un conductor; para la energía que consume cualquier aparato en un segundo. Para poder determinar se utiliza las siguientes ecuaciones:
Como V = IR tenemos:


    Los circuitos eléctricos en paralelo o también llamado de conexión en derivación, presenta las siguientes características: los elementos se conectan entre dos alambres conductores que conduce hacia la fuente de voltaje; la corriente se divide entre los elementos conectados al circuito; el voltaje pertenece con la misma cantidad en todos los elementos del circuito; si el valor de la resistencia es  pequeño, la intensidad de la corriente será grande.

Donde podemos encontrar un circuito en paralelos en los que tenemos en casa el tipo de circuito que manejamos en casa es paralelo ya que gracias a esto podemos conectar nuestros aparatos electrónicos en lo enchufes que tenemos.

Te presentare un ejemplo de un diagrama en circuito en paralelo:

circuito eléctrico con tres resistencia conectado en paralelo

Para poder calcular la resistencia en serie total del circuito utilizamos la siguiente expresión matemática:




    Para poder calcular de la intensidad de la corriente en cada una de ellas, nos ayudamos de la ley de ohm, con esto podremos encontrar la intensidad de la corriente en todo el circuito, con la siguiente ecuación:

Como I =V / R tenemos que:



Los circuitos mixtos son aquellos en los que se conectan las siguientes las resistencia agrupadas tanto en el serie como en paralelo, para la forma de resolver este tipo de circuito es necesario calcular las resistencias equivalentes parte por parte en cada conexión, ya que ya que esto se encuentra en  serie y en paralelo, ya con esto simplificamos el circuito hasta encontrar la resistencia equivalente de todo el sistema eléctrico, y para empezar a resolver se empieza por la parte contraria a la entradad del voltaje al circuito eléctrico.

Se te presentara un ejemplo de un diagrama de un circuito mixto:

circuito eléctrico con siete resistencia conectado en mixto 

  La potencia eléctrica se refiere a la rapidez con la se realiza el trabajo de mover una carga a travez de un conductor; para la energía que consume cualquier aparato en un segundo. Para poder determinar se utiliza las siguientes ecuaciones


En donde:

P = potencia eléctrica (w)
W = trabajo o energía eléctrica consumida ( w/s = J )
t = tiempo (s)
V = voltaje (V)
I = intensidad de corriente ( A )
R = resistencia ( Ω )

   La ley de joule afirma que : el calor produce una corriente eléctrica al circular por un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente, a la resistencia y al tiempo que dura circulando la corriente, se expresa de la siguiente manera:




En donde:

Q = cantidad de calor ( cal )
0.24 cal = 1 joule de trabajo
I = intensidad de corriente ( A )
R = resistencia del aparato ( Ω )
t = tiempo que dura funcionando ( s )




Agradecimientos a las fuentes: 
Física conceptos y aplicaciones ; sexta edición. Paul E. Tippens.
Enciclopedia de la maestra.
Guía didáctica de física II del colegio de bachilleres del estado de yucatan.

miércoles, 13 de marzo de 2013

CAPACITANCIA

    El concepto de capacitancia se denomina como la capacidad del condensador para almacenar cargas eléctricas y se detiene por:


Donde: 
MICHAEL FARADAY

C = capacitancia ( F )
Q = carga eléctrica ( C )
V = diferencia de potencial ( V )

   La unidad de medida de la capacitancia en el SI es el de farad representado con (F) en honor al físico ingles MICHAEL FARADAY un condensador tiene un farad de capacitancia, al recibir una carga de un coulomb, ya que su diferencia de potencia o tencion aumenta en un volt, para poder entenderlo mejor se representa de la siguiente manera: 1 faradio (F) = 1 coulomb / volt.

   




 Por llegar a ser una unidad muy grande farad, se representa de la siguiente manera:



      Y cuando existe la permitividad del medio se determina por: 


   Donde: 
 C = capacitancia
 ε= permitividad del medio ( F/m)
 A = área de una placa (m2)
d = distancia entre placas ( m ) 

    La permitividad (ε)se determina de la siguiente formula:

ε0 = permitividad al vació 8.85x10-12 F / m = 1 / 4πk 
εr = permitividad relativa del medio 

   Ejemplos:

     1.) Un capacitor tiene una capacitancia de 8μF se conecta a una batería de 5 V. ¿ cual es la carga que adquiere el capacitor ?

Datos: 
c = 8x10-6 F
v = 5 v
Q = ?


procedimiento:
   El resultado de la carga que adquiere el capacitor es de 2.4x10-5 c


     2.)  Un condensador posee dos placa que tienen unas medidas de 25 cm x 35 cm, en la que se encuentran separada a 20 cm por una capa de vidrio ¿ cual es su capacitancia ? 

  Datos:
A: 25 cm x 35 cm = .25 m x .35 m = .0875 m2 
d: 5 cm = .05 m
εr (vidrio) = 4 
ε8.85x10-12 F / m   

procedimiento:


1 m    = 100 cm                                   
.25 m = 25 cm
 
1 m      = 100 cm
 .35 m  = 35cm


A = .25 m x .35 m =
A = 0.0875 m2





   El resultado de la capacitancia es de 6.195-11F


    los capacitores se dividen de dos formas en serie y en paralelo, para tener una idea clara definiremos los términos de ambos mostrando las formas a aplicar.
   
   Los capacitores en serie se encuentran conectados en serie como el nombre lo dice, es decir consecutivos  uno tras uno ya que a esto se le llama serie, ya que para poder determinar la capacitancia total, tenemos que hallar la suma de los intervalos de cada uno de los capacitores, ya que el voltaje se encuentran divididos en los capacitores con distintos voltajes conectados en el capacitor de serie. 

             La formula para poder hallar los capacitores en serie es la siguiente:


   Capacitancia total:


carga total



voltaje total

   Los capacitores en paralelo es parecido al de la serie nada mas  que aparte de estar en serie se encuentra conectada a la vez en ramas, para poder hallar la capacitancia total es la suma de todos lo capacitores, ya que en esta los voltajes son las misma en los capacitores conectados en  paralelo.

     La formula para poder hallar los capacitores en paralelo es la siguiente

capacitancia total
 carga total
 voltaje total

     En siguiente ejemplo haremos un sistema de capacitancia en paralelo y en serie ejerciendo las formulas mostradas. 
    
 Ejemplos: 

   Las capacitancias poseen un valor de C1 = 3μF, C2 = 5μ5, C3 = 2μF. determina la capacitancia total, carga total en cada capacitor, el voltaje total.

paso 1. resolver la conexion en paralelo.



paso 2. resolver la conexion en serie.




paso 3. la carga total apartir de Ce.

Entonces: 

paso 4. determinamos el voltaje de capacitancia.
paso 5. para determinar las cargas paralelos a partir de V1,2.




Agradecimientos a las fuentes: 
Física conceptos y aplicaciones ; sexta edición. Paul E. Tippens.
Enciclopedia de la maestra.
Guía didáctica de física II del colegio de bachilleres del estado de yucatan.

lunes, 11 de marzo de 2013

Acción de las cargas

    Campo eléctrico es una región de atracción o repulsión que posee cada carga eléctrica  el campo eléctrico de las cargas se pueden representar gráficamente mediante lineas de fuerza. a continuación te presentamos en las siguientes figuras , ejemplos de esta representación.


 Otro manera de representar gráficamente un campo eléctrico, se representa en un plano.


  Para poder encontrar la intensidad del campo eléctrico producido por una carga eléctrica  se emplea una carga positiva llamada carga de prueba y se representa matemáticamente de la siguiente manera:


 Donde:

 E= Intencidad del campo electrico (N/c)
F  = fuerza que recibe la carga de prueba ( N )
q = valor de la carga de prueba (c )

   Ahora bien, si deseamos calcular el campo eléctrico a una determinada distancia del centro de una carga eléctrica utilizamos la siguiente expresión matemática:

 Donde:
E = intensidad del campo eléctrico ( N/c )
k =  constante de proporcionalidad = 9x109Nm2/c2
q = valor de carga (c )
r = distancia desde un punto hacia el centro de la carga ( m )

    Ahora analizaremos el potencial eléctrico, esta energía es equivalente al trabajo realizado para mover dicha carga, si la carga es positiva, el potencial eléctrico es positivo debido a lo que realiza un trabajo en contra del campo eléctrico  cuando la carga es negativa el potencial es negativo, lo que significa que se realiza un trabajo favor al campo eléctrico.

    El potencial eléctrico se determina por cada carga en el sistema:


   Donde:
V = potencial eléctrico ( J/c = V )
E = energía potencial ( J )
k = constante  de coulomb 9x109Nm2/c2
q = carga eléctrica ( c ) 
r = distancia ( m )



miércoles, 6 de marzo de 2013

COULOMB Y LA ELECTROSTATICA

charles coulomb  14 de junio 1736
grandes aportaciones a la electricidad
        charles coulomb, nació angulema, francia el 14 de junio de 1736. charles aporto a la electricidad grandes teorías  gracias a sus experimento sobre las cargas eléctricas, la ley fundamental de las fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas, la cual afirma lo siguiente: "la fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre dos cargas puntales q1 y q2, es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadro de la distancia r que las separa".



Cantidad  con prefijo
Equivalencia
Cantidad con símbolo
1 milicoulomb
1x10-3C
1mC
1 microcoulomb
1X10-6C
1μC
1 nanocoulomb
1X10-9C
1nC



matemáticamente se expresa de la siguiente manera para poder buscar la fuerza eléctrica entre dos cargas en una distancia determinada y tomando en cuenta si las dos cargas se repelen o se atraen. 



   En donde:
F = fuerza eléctrica en newtons (N)
K = contaste de proporcionalidad 
qy q2 = cargas eléctricas en coulomb (c)
r = distancia entre las cargas en metros (m) 

Para el concepto de permitividad relativa o coeficiente dieléctrico del medio o sustancia como la relación que existen entre la fuerza eléctrica de dos cargas situadas al vació y en otro medio medio o sustancia aislante.

En donde:
εr= permitividad relativa
F= fuerza del vació(N) 
F´= fuerza en el medio (N)

Ahora para poner en practica lo visto unos ejemplos en el que se este usando las formulas dichas.

Ejemplo:

  1. un niño a cerca el brazo a la pantalla de una televisor, y siente como los vellos del brazo se levantan dirigiéndose al televisor. suponiendo que la carga eléctrica de la pantalla es de 4x10-9 coulomb y la pantalla del televisor tiene -6x10-9 coulomb, encuentra la fuerza electrostática con la que se atrae hacia la pantalla, si esta separado el brazo de la pantalla a una distancia de 5 cm.


datos:                                                                                                                  formula:
K = 9x109Nm2/c2                               
q1 = 4x10-9c
q2 = -6x10-9c
r = 5 cm = .05 m
F= ?

procedimiento:


entonces la fuerza con la que atrae es de y el signo menos indica que la fuerza electrostática es de atracción. 


otro ejemplo que se va a hacer es en uso de vectores y permitividad del medio, pongan mucha atención como resolverlo y se utilizaran las siguientes formulas. 


En el siguiente diagrama se aprecia cuatro cargas eléctricas  si se desea determinar la fuerza sobre la carga 1, entonces se considera como la carga prueba, es decir se representan los vectores de atracción o repulsión que tiene esta carga con respecto a las demás.
   


Para resolver se determina la fuerza correspondiente a la interacion de cada una de las cargas con respecto a la carga 1.

para determinar la fuerza total, puedes realizar un diagrama señalado, por medio de vectores, atracción de la carga 1 sobre la carga en el sistema.







para determinar la dirección de la resultante

lo que indica que la fuerza resultante sobre la carga 1 es de 3.15x1022N y la dirección de esta fuerza se encuentra a 25o 10´ sobre el eje x negativo.

    2. ¿cual es la permitividad relativa del medio en donde se encuentran sumergidas dos cargas una de 3x10-6c y la otra de 5x10-6c con una distancia de .10m entre ellas, tomando en cuenta que la fuerza eléctrica  cuando se encuentran en el medio  es de 2.0215 N ?

Datos:
k = 9x109Nm2/c2
q1 = 3x10-6
q2 = 5x10-6c
r = .10 m
F´ = 2.0215 N


procedimiento:


la permitividad relativa del medio donde se encuentra las dos cargas es de 6.67.






Agradecimientos a las fuentes: 
Física conceptos y aplicaciones ; sexta edición. Paul E. Tippens.
Enciclopedia de la maestra.
Guía didáctica de física II del colegio de bachilleres del estado de yucatan.