miércoles, 3 de noviembre de 2010

Fuerza electrica



Es la fuerza que se encuentra entre 2 o mas cargas, la cual tiene un módulo el cual depende de el valor de las cargas y de la distancia entre ellas, mientras que su signo depende de la carga. Las cargas que tienen signos iguales se repelen entre sí, mientras que las que tienen  signos contrarios se atraen.
Esta fuerza es una magnitud vectorial, por lo que no solo se determina el módulo, si tambien se deben determinar la dirección y el sentido.


La dirección de la fuerza es colineal a la recta que une ambas cargas, si solo se encuentran 2 cargas.
Mientras que el sentido de la fuerza actuante entre dos cargas es de repulsión si las 2 cargas tienen el mismo signo y de atracción si ambas cargas son de signo contrario, como ya se dijo.



CARGA ELECTRICA

Esta es de naturaleza discreta. La carga se presenta en 2 tipos que son los electrones que son de carga negativa (e-), y los protones tienen carga positiva (p+).
Con la ayuda de la teoría cuántica relativista, se demostró formalmente que las partículas, además de presentar carga eléctrica (sea nula o no), presentan un momento magnético intrínseco, denominado "spin".


En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de la carga eléctrica se denomina culombio (C). La cual se define como la cantidad de carga que pasa por la sección transversal de un conductor eléctrico en un segundo.



ELECTRON e ION



* El electrón comúnmente representado por el símbolo: e-, es una partícula subatómica. En un átomo los electrones rodean el núcleo.
Los electrones tienen una masa pequeña con respecto a la del protón, y su movimiento genera corriente eléctrica, aunque dependiendo del elemento o compuesto en el que se genere, necesitará más o menos energía para crear esta corriente eléctrica.

Los electrones son uno de las partículas subatómicas mas importantes. Estos se combinan con protones y (generalmente) con neutrones para crear átomos, ademas de ser mas pequeños que los protones y neutrones, tiene una masa de 9.11x10-28 gramos. Los e- poseen una carga eléctrica negativa, con una magnitud llamada carga elemental o fundamental. Por esto se dice que un electrón tiene una carga de -1.



* Un ion es una partícula cargada constituida por un átomo o molécula que no es eléctricamente neutra. Es decir que a partir de un estado neutro se han ganado o perdido electrones, y este fenómeno se conoce como ionización. Los iones cargados negativamente, (ganancia de electrones), se conocen como aniones  y los cargados positivamente, (pérdida de electrones), se conocen como cationes.
"Anión" y "catión" significan:
  • Anión: "el que va hacia arriba". Tiene carga eléctrica negativa.
  • Catión: "el que va hacia abajo". Tiene carga eléctrica positiva.
"Ánodo" y "cátodo" utilizan el sufijo "-odo", que significa camino o vía.
  • Ánodo: "camino ascendente".
  • Cátodo: "camino descendente".
Clases de iones:
  • Aniones: iones negativos.
  • Cationes: iones positivos.
  • Plasma: fluido gaseoso de iones.



AISLANTES, CONDUCTORES Y SEMICONDUCTORES

* Semiconductor: Este no es más que un material ya sea sólido o liquido con una resistividad intermedia entre la de un conductor y la de un aislador.

Existen dos tipos de semiconductores los de tipo N y los de tipo P, ademas la unión de estos dos llamado unión PN.

 Semiconductores tipo N.- Este tipo de semiconductor trata de emparejar los materiales con respecto a sus cargas y lo realiza con enlaces de impurezas. Por lo que, la impureza puede donar cargas negativas al cristal, lo cual nos explica el nombre de tipo N (por negativo).
Este semiconductor se hace añadiendo a un cristal de silicio pequeñas cantidades de impureza. Las impureszas de tipo N mas comunes son el fósforo, arsénico y antimonio. A estos semiconductores se les conoce también como donadores, pasan cargas a el material que le hace falta para así poder emparejarlo.



Semiconductor tipo P.- Este se produce también  por el proceso de contaminación, pero en este caso el contaminante tiene una carga menor que la del semiconductor tipo N, entre las impurezas mas comunes podemos encontrar el aluminio, boro, galio y el indio. Conocidos como aceptores el cual contiene espacios y necesita que sean llenados para emparejar el material.





Semiconductor union NP.- Se compone de tres regiones semiconductoras, la región tipo P, una región de agotamiento y la región tipo N.
La región de agotamiento se forma al unir estos dos materiales y aquí es donde los átomos que le sobran al tipo N pasan a llenar los espacios que deja el tipo P así complementándose uno con otro. Lo mas importante de la unión es su capacidad para pasar corriente en una sola dirección.



 * Aislante: Material que conduce mal el calor o la electricidad y que se emplea para suprimir su flujo, o sea, que las cargas se mueven con mucha dificultad. Son aquellos materiales en los cuales los electrones no se desprenden fácilmente, aún aplicando una diferencia de potencial, es decir, una presión eléctrica elevada.
Las dos clases de aislantes mas importantes que existen son:
  • Aislantes Eléctricos.
  • Aislantes Térmicos.

 Aislantes electricos.- Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos. Un buen aislante apenas posee electrones, permitiendo así el flujo continuo y rápido de las cargas.



 Aislantes termicos.- Estos materiales se emplean para reducir el flujo de calor entre zonas calientes y frías. El aislamiento térmico puede cumplir una o más de estas tres funciones: reducir la conducción térmica en el material, reducir las corrientes de convección térmica que pueden establecerse en espacios llenos de aire o de líquido, y reducir la transferencia de calor por radiación.






Conductor: Son, generalmente, metales esto se debe a que estos poseen pocos electrones en sus últimas órbitas y, por lo tanto, tienen la tendencia a perderlos con gran facilidad. De esta forma, cuando varios átomos de un metal, se acercan los electrones que se encuentran en su última órbita se desprenden y circulan desordenadamente entre una "red de átomos". Este hecho (libertad de los electrones) favorece en gran medida el paso de la corriente eléctrica.




CARGA POR INDUCCION


Si acercamos un objeto con carga a una superficie conductora, aún sin contacto físico los electrones se mueven en la superficie conductora.
La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo.
Cuando permitimos que las cargas salgan de un conductor por contacto, decimos que lo estamos poniendo a tierra.Por ejemplo durante las tormentas eléctricas se llevan a cabo los procesos de carga por inducción. Esto sucede por que la parte inferior de las nubes, que se encuentra con carga negativa, induce una carga positiva en la superficie terrestre.
Benjamín Franklin fue el primero en demostrar este hecho a través de su famoso experimento de la cometa, lo que le permitió comprobar que los rayos son un efecto eléctrico.



LEY DE COULOMB

Puede expresarse como:
"La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo, es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa".
Expresado esto matematicamente es: 
                                                               F = \kappa \frac{q_1 q_2}{d^2} \,\!
Donde:
 F= Magnitud de la fuerza
 q1 y q2= Cargas puntuales
 d= distancia
 k= constante de Coulomb




CHARLES-AUGUSTIN DE COULOMB

Físico e ingeniero militar francés. Se recuerda por haber descrito de manera matemática la ley de atracción entre cargas eléctricas. En su honor la unidad de carga eléctrica lleva el nombre de coulomb (C).

Coulomb fue el primer científico en establecer las leyes cuantitativas de la electrostática, además de realizar muchas investigaciones sobre: magnetismo, rozamiento y electricidad. Sus investigaciones están recogidas en siete memorias, en las que expone teóricamente los fundamentos del magnetismo y de la electrostática. En 1777 inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o repulsión que ejercen entre sí dos cargas eléctricas, y estableció la función que liga esta fuerza con la distancia. Con este invento, culminado en 1785, Coulomb pudo establecer el principio, que rige la interacción entre las cargas eléctricas, actualmente conocido como ley de Coulomb.

Coulomb también estudió la electrización por frotamiento y la polarización, e introdujo el concepto de momento magnético.