FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMOPor:Julio Csar Chinchilla GuarnCdigo:223141Carrera:Ingeniera ElctricaTIPOS DE CARGASSe podra decir que todo empez cuando Benjamn Franklin observ la interaccin entre algunos materiales sin tener contacto fsico, se pregunt el por qu ocurra eso; intent frotar diferentes tipos de materiales y mirar qu ocurra, y se dio cuenta de 2 reacciones: la atraccin entre los objetos y cuando se repelan; obteniendo as una idea de lo que pasaba internamente en cada material.TIPOS DE CARGASl estableci una convencin de signos para explicar ste fenmeno, dijo que la carga en una barra de vidrio frotado es positiva, mientras la carga en una regla de plstico frotado es negativa, convencin que se mantiene hoy en da.TIPOS DE CARGASFranklin argument que siempre que cierta cantidad de carga se produce en un objeto, una cantidad igual del tipo opuesto de carga se produce en otro objeto, por ejemplo, cuando una regla de plstico se frota con una toalla de papel, el plstico adquiere una carga negativa y la toalla adquiere una cantidad igual de carga positiva, las cargas estn separadas, pero su suma es cero.RELACIN CARGAS-DISTANCIAEn 1784 Charles Agustn Coulomb dedujo la relacin entre dos cargas puntuales.Pero cmo dedujo esto?, l colg dos materiales en unos hilos, los frot y se observaban diferentes sucesos: se atraan los materiales, se repelan o simplemente no ocurra nada; este experimento recibi el nombre de la mquina de torsin.+-+-RELACIN CARGAS-DISTANCIARELACIN CARGAS-DISTANCIAAs Coulomb dedujo la relacin entre la distancia de dos cargas y la magnitud de stas:

Siendo F la fuerza, k la constante de Coulomb (K = 9 * 109 [N * m2 / C2]), q cada una de las cargas y r la distancia entre las cargas.

PRIMERA ANTENALa primera antena que transmita seales por medio del viento fue la torre Eiffel, la cual transmita esas seales a toda Francia.

RECEPTOR LEJANOA medida que fue avanzando el tiempo ocurri un hecho muy peculiar, las seales transmitidas desde Londres llegaban a Canad, todos se preguntaban el por qu de ese suceso, agregando que por la curvatura de la Tierra la seal no llegaba a un receptor lejano.RECEPTOR LEJANOPero en 1901 a alguien se le ocurri que la capa de ozono se ionizaba con los rayos del sol, pero slo hasta la poca de 1925 a 1947 se realiz un experimento para comprobar la conductividad de la capa de ozono, debido a ste descubrimiento obtuvo en 1947 el premio Nobel.ECUACIONES DE MAXWELLMuchos hemos escuchado hablar de Coulomb, Ampere, Faraday y Gauss, pero no se haba encontrado una relacin entre cada una de las leyes que ellos estipularon.Fue cuando apareci Maxwell y relacion las cuatro leyes mencionadas, denominndolas las ecuaciones de Maxwell.ECUACIONES DE MAXWELL

Siendo variacin de los campos elctrico y magntico en el espacio tridimensional, E campo elctrico, B campo magntico, j corriente elctrica, densidad de las cargas elctricas, es la permeabilidad magntica, es la permitividad del medio, es el ritmo de cambio del campo elctrico y `B es el ritmo de cambio del campo magntico.ECUACIONES DE MAXWELLLa primera ecuacin expresa cmo un campo elctrico, debido a las cargas elctricas, vara con la distancia. La segunda ecuacin nos dice que los monopolos magnticos de Mesmer no existen, por ejemplo, si se sierra un imn por la mitad, no habr un polo norte aislado y un polo sur aislado, sino que cada mitad tendr sus polos norte y sur.La tercera ecuacin nos dice que un campo magntico cambiante induce un campo elctrico.La cuarta ecuacin describe cmo un campo elctrico cambiante induce un campo magntico.ECUACIONES DE MAXWELL

A su vez dedujo esas mismas cuatro ecuaciones pero en el vaco:No hay cargas elctricas en el vaco.No hay monopolos magnticos en el vaco.Un campo magntico cambiante genera un campo elctrico.Un campo elctrico cambiante genera un campo magntico.

As pudo demostrar que E y B se propagan por el vaco como si fueran ondas, incluso pudo calcular su velocidad: 1 dividido por la raz cuadrada de y .ONDASA pesar de que Maxwell haba comprobado la propagacin de E y B y medir la velocidad de las ondas, no las haba demostrado experimentalmente; fue cuando lleg Heinrich Hertz y comprob por medio de varios experimentos la propagacin de dichas ondas tanto en el vaco como en el aire.LEY DE COULOMBLa ley de Coulomb bsicamente dice que hay una carga q y existe un campo elctrico E alrededor de ste.

Siendo el flujo del campo elctrico, la permitividad del medio, r el radio de la carga, Qin la carga interna y E el campo elctrico.Si existe una carga Q=> existe un campo elctrico E->.Cadena de conceptos: q, E, superficie, .

LEY DE COULOMB

QELEY DE AMPERELa ley de ampere dice que existe una intensidad de corriente I y existe un campo magntico B.

Si existe una corriente elctrica I=> existe un campo magntico B->.Cadena de conceptos: I, B, circunferencia, circulacin.

LEY DE AMPEREI

BBBPRINCIPIO DE SUPERPOSICINComo hemos visto anteriormente en alrededor de una carga hay un campo elctrico que lo rodea, pero cmo ste no es fcil de ver se ha hecho una representacin grfica de ste mismo, son las llamadas lneas de campo; por convencin se ha dicho que las lneas de campo de una carga positiva salen de la carga, mientras que en una carga negativa las lneas de campo van hacia el centro de la carga.

PRINCIPIO DE SUPERPOSICINAhora se explica con mayor claridad el por qu unas cargas se atraen y otras se repelen.

Cuando hay dos cargas del mismo signo, las lneas de campo como van en direccin opuesta van a cancelarse algunas, otras se desviarn, mientras las restantes intentarn buscar otra carga de signo diferente.PRINCIPIO DE SUPERPOSICIN

Cuando se tienen cargas de signo diferente las lneas de campo tendern a sumarse, por lo cual se observa que ambas cargas se atraen.+-++++ESPECTRO ELECTROMAGNTICOConjunto de ondas electromagnticas que se propagan de manera ondulatoria y con velocidad constante, que es la de la luz, aproximadamente de 300.000 km/s. Las ondas electromagnticas se dividen en luz visible, infrarroja, ultravioleta, rayos X, rayos gama, radiofrecuencia y microondas. Cada onda se diferencia en la frecuencia (nmero de vibraciones en la unidad de tiempo) y la longitud (distancia entre dos ondas sucesivas). Frecuencia y longitud de onda son inversamente proporcionales, por esto su producto siempre es constante e igual a la velocidad de la luz.ESPECTRO ELECTROMAGNTICO

ESPECTRO ELECTROMAGNTICOUn dato curioso es que las ondas de radio se dividen en dos: A. M. y F. M., en la primera las ondas tienen la misma frecuencia pero puede cambiar su amplitud, por lo que recibe el nombre de Amplitud Modulada. En la segunda las ondas poseen la misma amplitud, pero por medio de capacitores y bobinas cambian la frecuencia, por lo que recibe el nombre de Frecuencia Modulada.

98.5 F.M. Emisora de la Universidad Nacional de Colombia.CAMPO ELCTRICO Y MAGNTICO DE LA TIERRAEl campo elctrico (E) zonal del planeta Tierra va de occidente a oriente cuando es de da, de noche va en sentido contrario.

Las lneas del campo magntico (B) van del sur geogrfico (norte magntico) hacia el norte geogrfico (sur magntico).CAMPO ELCTRICO Y MAGNTICO DE LA TIERRANorte geogrficoSur geogrficoSur magnticoNorte magnticoIBCAMPO MAGNTICO EN UN IMNLas lneas del campo magntico de un imn en el exterior de el van de norte a sur, mientras en su interior van de sur a norte.NSNSBENERGA POTENCIALEnerga posicional de un cuerpo respecto a una referencia.

Energa que el sistema tom para optar por la configuracin que tiene.

ENERGA POTENCIALSe llama lnea equipotencial a la unin de los puntos donde la energa potencial es la misma.El punto de referencia ser el infinito si las dos cargas son del mismo signo, mientras si los signos son opuestos la referencia ser el centro de cualquiera.Las cargas buscarn el lugar con menor energa potencial.

LEY DE GAUSS PARA CAMPO ELCTRICO+-+++++-+++------+--IIE

dLEY DE GAUSS PARA CAMPO ELCTRICOSiendo la densidad de carga superficial, es el flujo de campo elctrico, E el campo elctrico, A el rea de la superficie y la permitividad del medio.

TIPOS DE DENSIDADESDensidad lineal:

Densidad superficial:

Densidad volumtrica:

ELEMENTOS DE CIRCUITOElementos activos: se define como aquel que proporciona una potencia promedio mayor que cero a cierto dispositivo externo, donde el promedio se toma en un intervalo infinito.

Elementos pasivos: se define como el que no puede suministrar una potencia promedio mayor que cero en un intervalo infinito.RESISTENCIAElemento de circuito que convierte la energa elctrica en energa trmica (calor).

Siendo R la resistencia, la resistividad del material, l la longitud y A el rea transversal.RESISTENCIA (CDIGO DE COLORES)

CAPACITANCIAUn capacitor se compone de dos superficies conductoras sobre las que puede almacenarse una carga, y estn separadas por una delgada capa aislante que tiene una resistencia muy grande.Si se supone que la resistencia es lo suficientemente grande como para que se pueda considerar infinita, entonces nunca podrn recombinarse cargas iguales y opuestas situadas sobre las placas del capacitor, o a menos no se har mediante ninguna trayectoria dentro del elemento.CAPACITANCIA

+-AdCapacitor: elemento de circuito que almacena carga elctrica.Se carga el elemento, luego se desconecta y sigue cargado, por lo que existe un campo elctrico dentro de ste.BIBLIOGRAFAGIANCOLI, Douglas, (2006), FSICA, PRINCIPIOS CON APLICACIONES, Pearson Education, 6 edicin, Mxico.

HAYT, William, KEMERLY, Jack y DURBIN, Steven, (2007), ANLISIS DE CIRCUITOS EN INGENIERA, 7 edicin, Mc Graw Hill, Mxico.