Conceptos Fundamentales de Electrostática
Potencial Eléctrico
Definición de Potencial Eléctrico
Se llama potencial eléctrico en un punto del campo eléctrico al trabajo necesario para transportar la unidad de carga positiva desde fuera del campo hasta dicho punto.
Diferencia de Potencial entre Dos Puntos
Se le llama diferencia de potencial entre dos puntos (A y B) de un campo eléctrico al trabajo por unidad de carga que tiene que realizar un agente externo para llevar la unidad de carga desde A hasta el punto B sin que cambie la energía cinética.
Potencial Creado por una Carga Puntual
Una carga puntual produce alrededor de ella y en cada punto del espacio un potencial eléctrico.
Potencial Creado por Varias Cargas
Para calcular el potencial resultante creado por varias cargas puntuales en un punto dado, solo se necesita calcular por separado cada uno de los potenciales para luego sumarlos algebraicamente.
Superficies Equipotenciales
Se llama superficie equipotencial a cualquier superficie que contiene una distribución continua de puntos que se encuentran al mismo potencial eléctrico. La diferencia de potencial en este tipo de superficie siempre será cero.
Energía y Unidades de Medida
Energía Potencial Electrostática
La energía potencial electrostática de un sistema de cargas puntuales es el trabajo necesario para trasladar las cargas desde una separación infinita hasta sus posiciones finales sin aceleración.
Unidad del Potencial Eléctrico: El Voltio
El voltio se define como la diferencia de potencial entre dos puntos en un campo eléctrico, cuando un agente externo realiza el trabajo de un joule para transportar la carga de un coulomb entre dichos puntos.
El Electrovoltio (eV)
El electrovoltio (eV) es una unidad de energía utilizada en la física, química y nuclear, y se define como la energía que un electrón gana al moverse a través de una diferencia de potencial de un voltio.
El Faradio
El Faradio se define como la capacidad de un condensador que adquiere la carga de un coulomb cuando se le aplica la diferencia de potencial de un voltio.
Resistencia Dieléctrica
La resistencia dieléctrica es igual al campo eléctrico máximo que puede existir en un dieléctrico sin que ocurra una ruptura eléctrica.
Corriente Eléctrica y Circuitos
Teoría General de la Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica es el movimiento ordenado y permanente de las partículas cargadas en un conductor bajo la influencia de un campo eléctrico. Se escoge por convención que el sentido de la corriente eléctrica es el sentido en el cual fluyen las cargas positivas, aun cuando los portadores de carga son los electrones.
Unidad de Corriente: El Ampere
El Ampere se define como la corriente que circula por la sección transversal de un conductor cuando atraviesa una carga de 1 coulomb en 1 segundo.
Tipos de Corriente Eléctrica
- Corriente Continua (CC): Es aquella en la cual las cargas eléctricas dentro de un conductor se desplazan en un solo sentido.
- Corriente Alterna (CA): Es aquella cuyas cargas eléctricas dentro de un conductor circulan en uno u otro sentido (ejemplo: la corriente que llega a nuestros hogares a través del tendido eléctrico).
Efectos de la Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica es de gran importancia y utilidad por el conjunto de efectos que produce en los conductores que atraviesa. Entre los efectos principales se encuentran:
- Térmicos (Efecto Joule)
- Químicos
- Magnéticos
- Lumínicos
Energía Eléctrica (Ley de Joule)
Su efecto consiste en el proceso de transformación de energía eléctrica en energía térmica en una resistencia por la que circula una corriente eléctrica.
Leyes y Medición de Circuitos
Ley de Ohm
Esta ley es llamada así en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, quien fue su descubridor. Su enunciado es:
“La resistencia de un conductor es proporcional a la diferencia de potencial aplicada en sus extremos e inversamente proporcional a la intensidad de la corriente que circula por él.”
Limitaciones de la Ley de Ohm
- Solo es válida para conductores sólidos.
- Es aplicable en corriente continua.
- Es preciso tener en cuenta el calentamiento de los circuitos, pues estos, al variar la temperatura, alteran la resistencia eléctrica.
- No se cumple en rectificadores ni amplificadores.
Factores de los que Depende la Resistencia
- La resistencia es directamente proporcional a la longitud del conductor.
- La resistencia es inversamente proporcional al área del conductor.
Resistencia vs. Temperatura
La resistencia de los conductores metálicos es producto de los choques de los portadores de carga dentro del conductor. Al chocar, estos pierden velocidad y energía, pero el campo eléctrico dentro del conductor les permite recuperar la velocidad. Esta energía del campo, gastada en lograr que los portadores de carga recuperen energía, provoca que el conductor aumente su temperatura debido al aumento de la vibración de sus átomos.
Aparatos de Medición
- Amperímetro: Instrumento utilizado para medir la intensidad de la corriente de un circuito. Por esta razón, se debe conectar en serie con el circuito.
- Voltímetro: Instrumento utilizado para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito.