Electricidad

Electricidad

Los Rayos son un ejemplo de fenómeno eléctrico natural.

La electricidad (del griego ήλεκτρον élektron, cuyo significado es ‘ámbar’)¹​ es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. Es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.²​

La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas:

·         Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos.

·         Corriente eléctrica: el flujo de electrones que circula por un conductor en un determinado momento. Se mide en amperios.

·         Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica, incluso cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además, las cargas en movimiento producen campos magnéticos.

·         Potencial eléctrico: es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria que desde el punto de referencia hasta el punto considerado, en contra de la fuerza eléctrica y a velocidad constante.

·         Magnetismo: la corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.

La electricidad se usa para generar:

·         luz, mediante bombillas en lámparas y otros objetos lumínicos.

·         calor, aprovechando el efecto Joule

·         movimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica en energía mecánica

·         señales, mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos integrados) y componentes pasivoscomo resistores, inductores y condensadores.

·         Carga eléctrica

Tipo de interacción (atractiva o repulsiva) entre cargas de igual y distinta naturaleza.

La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas a través de campos electromagnéticos. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo, a su vez, generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones.

Una de las principales características de la carga eléctrica es que, en cualquier proceso físico, la carga total de un sistema aislado siempre se conserva. Es decir, la suma algebraica de las cargas positivas y negativas no varía en el tiempo.

La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e. A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se los ha podido observar libres en la naturaleza.¹​

Unidades

En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio o coulomb (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio, y se corresponde con:

·         1 culombio = 6,242 x 10 ¹⁸ electrones libres.²​

Campo eléctrico

Concepto: Toda región del espacio que rodea una carga eléctrica estática, tal que al acercar otra carga eléctrica positiva de prueba, se manifiesta una fuerza de atracción o de repulsión.

Campo eléctrico. Toda región del espacio que rodea una carga eléctrica estática, tal que al acercar otra carga eléctrica positiva de prueba, se manifiesta una fuerza de atracción o de repulsión. El campo eléctrico se manifiesta alrededor del espacio volumétrico de una carga electrostática como un campo de fuerzas conservativas, el cual se puede detectar mediante la ubicación de una carga positiva de prueba en esta región. El campo eléctrico es una cantidad vectorial y por lo tanto tiene magnitud, dirección y sentido. 

Sumario

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Conceptos generales

Michael Faraday fue el primero a proponer el concepto de campo eléctrico y también contribuyó con otros trabajos para el electromagnetismo, posteriormente este concepto fue mejorado con los trabajos de Maxwell quien fue discípulo de Faraday.

El concepto de campo eléctrico surgió de la necesidad de explicar la acción de fuerzas a distancia. El campo eléctrico existe en una región del espacio cuando, al colocar una carga eléctrica en esta región, tal carga es sometida a una fuerza eléctrica.

El campo eléctrico puede ser comprendido como una entidad física que transmite a todo el espacio la información de la existencia de un cuerpo electrificado y al colocar otra carga en esta región, será constatada la existencia de una fuerza de origen eléctrico actuando sobre esta carga.

Definición matemática

Campo eléctrico producido por un conjunto de cargas puntuales.

Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor (q) sufre los efectos de una fuerza eléctrica (F) dada por la siguiente ecuación:

Donde (E) es la sumatoria vectorial de la intensidad de cada una de las cargas puntuales presentes en la gráfica. La fuerza a la que la carga queda sometida será de atracción o de repulsión, dependiendo del signo de dicha carga. La dirección del vector campo eléctrico tendrá la misma dirección de la recta que une el punto considerado y la carga generadora.

La unidad del campo eléctrico en el Sistema Internacional de Unidades es: Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m) o, en unidades básicas, kg·m·s⁻³·A⁻¹ y la ecuación dimensional es MLT^-3I^-1.

Bibliografía

·         Landau & Lifshitz, Teoría clásica de los campos, Ed. Reverté, ISBN 84-291-4082-4.

·         Segura González, Wenceslao, Teoría de campo relativista, eWT Ediciones, 2014, ISBN 978-84-617-1463-6.

• Jackson, J. D. (1975). Classical Electrodynamics. John Wiley & Sons, Inc. 2.ª edición. ISBN 978-0-471-43132-9.
• Feynman, R. y Leighton, R. B. (1987). Física Vol. II: Electromagnetismo y materia. Addison-Wesley Iberoamericana, cop. ISBN 0-201-06622-X.
• Gérardin, Lucien (1968). Bionics. World University Library. ISBN.

·         ·  Landau & Lifshitz, Teoría clásica de los campos, Ed. Reverté, ISBN 84-291-4082-4.

·         ·  Segura González, Wenceslao, Teoría de campo relativista, eWT Ediciones, 2014, ISBN 978-84-617-1463-6.