Conceptos Fundamentales de Electricidad
¿Qué son los electrones, protones y neutrones?
Los electrones son la carga eléctrica negativa, constituyen la parte exterior del átomo. Tienen una masa aproximada de 1840 veces menor que la de los protones y neutrones (9,1091 x 10-31 Kg). Los neutrones son partículas de materia que, como lo indica su nombre, no contienen energía eléctrica y son ligeramente más pesados que los protones (1,67482 x 10-27 Kg). Los protones son la carga eléctrica positiva, son partículas constituidas por una pequeña porción de materia (1,67252 x 10-27 Kg).
¿Qué es un átomo eléctricamente neutro?
Significa que el número de electrones es igual al número de protones.
¿Qué dice la ley fundamental de la electricidad?
Cuerpos que tienen cargas similares se repelen y cuerpos que tienen cargas diferentes se atraen.
¿Qué son los cuerpos conductores y aisladores?
Todos los cuerpos pueden ser electrizados por algún procedimiento. Aquellos en los cuales la electrización se extiende a todo el cuerpo y no queda limitada solo a la zona en que se produce, se llaman “conductores” y reciben el nombre de “aislantes” o “aisladores” aquellos que se caracterizan porque la electrización no se extiende sino que se localiza en la zona en que se produce. En los conductores eléctricos, las cargas se pueden mover libremente a través del material, mientras que en los aisladores no pueden hacerlo. Mediante una experiencia llamada (efecto Hall) se demuestra que solo la carga negativa se puede mover, la carga positiva es inmóvil. Los transportadores de carga en los metales son los electrones libres, en algunos conductores tales como los electrolitos, se pueden mover las cargas positivas como las negativas.
Procesos de electrización de los cuerpos
Electrización por frotamiento:
El roce o fricción entre dos cuerpos permite un íntimo contacto entre sus partículas, por lo cual se producen alteraciones en las órbitas electrónicas que hacen que algunos átomos pierdan electrones de sus niveles que están más alejados del núcleo, electrones que son ganados por otros cuerpos. De este modo, al separar los cuerpos estos aparecen electrizados, uno positivamente y otro negativamente.
Electrización por contacto:
Si un cuerpo eléctricamente neutro se pone en contacto con otro electrizado, este le transfiere parte de su carga, cediéndole o quitándole algunos electrones. Por este procedimiento siempre quedarán ambos cuerpos con cargas de igual nombre. *dibujo1
Electrización por inducción:
Si a un cuerpo eléctricamente neutro se le acerca uno electrizado, este último ejerce una atracción sobre las cargas de distinto signo del cuerpo neutro y una repulsión entre las cargas de igual signo. El cuerpo inducido sigue estando eléctricamente neutro, pero sus cargas se encuentran polarizadas. Si se retira el cuerpo inductor las cargas del cuerpo neutro se redistribuyen. Existen dos instrumentos que permiten verificar si un cuerpo se encuentra o no electrizado: el péndulo electrizado y el electroscopio.
¿Cómo se distribuye la carga eléctrica de los cuerpos conductores?
En los cuerpos cargados (conductores), la carga eléctrica se distribuye en la superficie externa. Si el conductor tiene forma regular, por ejemplo esfera o cilindro, la distribución de cargas sobre la superficie externa es uniforme, en cambio si se trata de un cuerpo de forma irregular la carga se acumula en las regiones en que la superficie presenta una mayor irregularidad.
¿A qué se refiere la cuantización de la carga eléctrica?
En la época de Franklin se creía que la carga eléctrica era un fluido continuo, idea que fue útil para muchos fines. En la actualidad la teoría de la materia ha demostrado que los fluidos mismos, tales como el agua y el aire no son continuos sino que están hechos de átomos. El experimento demuestra que el fluido eléctrico está hecho de múltiplos enteros de una cierta carga mínima. Esta carga fundamental es la carga correspondiente a un electrón y equivale a e = 1,60209 x 10-19 (C). Por lo tanto cualquier carga que exista físicamente puede escribirse como “ne” siendo “n” un entero positivo o negativo, esta es la razón por la cual se dice que la carga está cuantizada.
¿Qué expresa la conservación de la carga eléctrica?
Cuando se frota una barra de vidrio con seda, aparece en la barra una carga positiva. Los experimentos demuestran que aparece en la seda una carga de igual magnitud. Esto hace pensar que el frotamiento no crea carga, sino que la transfiere de un objeto a otro, alterando la neutralidad de ambos. Esta hipótesis constituye la ley de conservación de la carga eléctrica.
¿Qué dice el enunciado de la ley de Coulomb y qué expresión matemática da lugar?
La fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos cargados eléctricamente es directamente proporcional al producto entre las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. (La expresión matemática de la ley de Coulomb se presenta a continuación).
¿Qué es el átomo y de qué está compuesto?
El átomo es la partícula más pequeña de la materia, que no puede descomponerse en otras y está compuesto de protones, electrones y neutrones.
Dinámica de Fluidos
Dinámica de fluidos: estudia las leyes aplicadas a los líquidos en movimiento.
Línea de corriente: es la trayectoria que describe una partícula de fluido en movimiento.
Tubo de flujo: es el conjunto de infinitas líneas de corriente.
Flujo laminar o estacionario: es aquel en que una partícula de fluido describe una igual trayectoria de otra partícula que haya pasado antes que él por el mismo punto.
Flujo turbulento: es aquel en que las partículas de fluido se mueven desordenadamente cambiando su velocidad tanto en magnitud como en dirección.
Ecuación de continuidad: en un tubo de flujo de sección variable, como no hay ingreso ni salida del líquido al exterior, la cantidad de fluido que debe pasar por cada sección transversal debe ser constante. Por lo tanto se debe cumplir que [A x V = cte]. Si en el tubo de flujo tomamos los puntos 1 y 2 en las partes anchas y estrechas, el resultado anterior se puede anotar A₁V₁ = A₂V₂.
Caudal: volumen de agua que pasa por una sección transversal de un tubo de flujo por unidad de tiempo.
Ecuación de Bernoulli: hasta ahora hemos considerado únicamente líquidos que se desplazan horizontalmente, sin embargo los líquidos pueden moverse verticalmente hacia arriba o hacia abajo, como el caso de un río que desciende de la cordillera. La ecuación de Bernoulli establece que la suma de volumen y potencial a lo largo de la tubería siempre es constante. Este resultado en forma matemática se escribe (La fórmula de la Ecuación de Bernoulli se presenta a continuación).
Cantidad de Movimiento e Impulso
Cantidad de movimiento de un cuerpo es el producto de su masa por su velocidad. Es una cantidad vectorial que tiene la misma dirección que la velocidad.
Impulso de una fuerza es una cantidad vectorial que tiene la misma dirección que la fuerza y se expresa en N·s. Como la masa del objeto es constante, entonces el cambio de velocidad implica un cambio en la cantidad de movimiento o momentum.
Teorema del impulso: la fuerza que actúa sobre una partícula no es constante durante el tiempo que dura la interacción. En este caso, al aplicar las ecuaciones anteriores, se debe considerar la fuerza media, de modo que el impulso será el producto de la fuerza media por el intervalo de tiempo durante el cual actúa la fuerza.