Se demuestra experimentalmente que si frotar una varilla de plástico sobre un
paño que es capaz de atraer pequeños trozos de papel.
Este hecho nos justificamos diciendo que la varilla de plástico
se carga con electricidad negativa, que ha adquirido una carga eléctrica
negativa por la fricción con el paño. Cuando nos acercamos
a la varita para el papel, se verifica que la tarjeta se carga con electricidad
positiva y se extrae de la varilla de plástico.
Así que la experiencia nos dice que hay cargas eléctricas.
La carga eléctrica puede ser un signo positivo, que denotamos por
+ o signo negativo
denota el -. Las
cargas eléctricas del mismo signo se repelen entre sí;
cargas eléctricas de signo contrario se atraen.
El electroscopio de hojas de oro es un instrumento que
detecta la presencia de cargas eléctricas.
Cuanto más te alejas del oro deja la mayor
es la carga eléctrica. La carga eléctrica se mide en
Coulomb.
Así que si tengo una bola cargada de
electricidad positiva la señalo con :
tiene una carga
Q en Coulomb;
es decir, Q es la cantidad de electricidad medida en Coulomb.
Del mismo modo, para una carga negativa
señalando:
Entre las dos cargas puestas en proximidad
presenta una cierta atracción.
Se dice que las dos cargas tienden a atraerse entre sí con una cierta fuerza F. Experimentalmente Coulomb ha demostrado que que esta fuerza es:
F = - 1 . Q1 Q2 .
La fuerza se mide en Newton. En esta fórmula
Q es la carga que posee un cuerpo,
d es la distancia medida en metrros,
e
(épsilon) es una constante. La constante e
depende del medio en el que se sumergen las
cargas eléctricas. De hecho, si las cargas eléctricas se
encuentran en el aire seco revelan una cierta atracción;
si el aire es húmedo la atracción es menor; entre las dos
esferas, si ponemos un aislante la fuerza cambia.
Dado que los fenómenos electrostáticos se
producen sólo en el aislamiento, como en los conductores de las cargas
eléctricas se anulan entre sí inmediatamente, e
se llama la constante dieléctrica, es decir,
aisladores constantes.
Así la ley de Coulomb dice que la fuerza de atracción o repulsión
que actúa sobre dos cargas eléctricas es proporcional al producto de las dos
cargas, es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia y depende de la
substancia del aislador. El signo
-
tene en cuenta el hecho de que si las cargas son del mismo signo
se repelen.
Supongamos que tenemos dos cargas eléctricas positivas, una muy pequeño y una muy grande. Por ejemplo, Q1 = 1000 Coulomb y Q2 = 10 Coulomb.
Consideremos ahora el espacio que rodea la carga
muy grande. Es desde el punto de vista de
la electrostática no es indiferente; de hecho si me acerco la carga Q2
me se rechaza.
Se dice que la carga Q1 ha creado a su alrededor un espacio en el que
se producen fenómenos de atracción electrostática o repulsión. En la práctica,
cualquier cuerpo cargado de electricidad crea un campo eléctrico alrededor de sí
mismo, que es un área de espacio en el que ejercer cierta influencia
electrostática, es decir, rechaza las cargas del mismo signo y atrae cargas de
signo opuesto.
Para hacernos más conscientes de los desarrollos en el campo que se dibujan las
líneas de fuerza, que son líneas imaginarias que indican cualitativamente la
evolución del campo.
Las líneas de fuerza tienen una marcha radial, que son como los rayos que pasan por el centro; la flecha es saliente a las cargas positivas y entrante a las cargas negativas.
Si se está acercando dos cargas de signo opuesto, el campo eléctrico es el siguiente:
Si los cuerpos son sus planes el campo eléctrico lo dibujan de esta manera:
La intensidad del campo eléctrico indica que el campo es fuerte o no es fuerte y se mide en Volt / metro o en kilovolt / cm.
La intensidad del campo eléctrico es definida por la fórmula:
E = V
que nos dice que la intensidad del campo eléctrico E es directamente proporcional a la tensión V e inversamente proporcional a la distancia d.
Es decir, si tengo dos armaduras (placas):
E = 220 = 220 V/cm E = 220 = 110 V/cm
1 2
La intensidad del campo eléctrico E no puede alcanzar valores muy altos. De hecho, para cada cuerpo aislante hay un valor máximo de campo eléctrico puede ser aplicado, pasa en la que hay una chispa, que es una descarga eléctrica que quema el aislamiento. En última instancia para la rigidez dieléctrica es el valor máximo del campo eléctrico que puede ser aplicado a un aislador antes de dispare el arco eléctrico. La unidad de medición de la rigidez dieléctrica se kV/cm. Para la rigidez dieléctrica del aire es de 24 kV/cm, lo que significa que si dos cuerpos en el aire que superar la tensión de 24.000 V y los cuerpos son de menos de 1 cm de chispa se produce con la destrucción del aislamiento.
El condensador es
un elemento de los circuitos eléctricos. Y consta de dos conductores separados
por un material aislante. El aislante puede ser de papel, mica o el aire.
El condensador considera un componente para el hecho de que es capaz de acumular
y almacenar las cargas eléctricas, es decir, el condensador permanece cargado
incluso cuando separamos la batería.
Un circuito para cargar el condensador es lo siguiente:
Si desconecto el generador de la tensión y
mido con el
Se define capacidades y se indica con la letra
C la actitud, a
saber, el hecho de que un condensador es capaz de almacenar una carga eléctrica
entre su armaduras. Para la armadura se entiende una de las dos superficies de
metal que forman el condensador.
La capacidad se mide en Farad, que acorta
F. Dado que el Farad es muy grande se utilizan los
prefijos :
mF = 1/1.000.000 F = 10-6 F lee microfarad.
nF = 1/1.000.000.000 F = 10-9 F lee nanofarad.
pF = 1/1.000.000.000.000 F = 10-12 F lee picofarad.
La ley fundamental de los condensadores es:
Q = CV
que nos dice que la carga Q que se puede
almacenar en un condensador es directamente proporcional a la capacidad C y a la
tensión V.
La fórmula para el proyecto de un condensador y la siguiente:
C = e S
donde S es la superficie de una armadura, d es la distancia entre las armaduras, e es la constante dieléctrica del aislamiento, medida en el F/m. En la práctica, la capacidad de un condensador es mucho más grande, cuanto más grande son las armaduras y la más pequeña es la distancia entre las dos armaduras.
Por lo general, en lugar de e uso la constante dieléctrica relativa, que se registró con respecto al aire.
er = e
e0
La constante dieléctrica relativa
er es un número puro sin unidades.En el borrador final la fórmula de proyecto se convierte en:
C = e0 er S
La capacidad total, una visión desde los terminales A y B, es la suma de tres capacidades:
CT = C1+ C2+ C3
La capacidad total es: CT = 1
1 + 1 + 1
C1 C2 C3
Cargar un condensador significa para conectar a un generador de tensión. Puede utilizar el siguiente circuito:
Dada la presencia de la resistencia R se
dice que el condensador se carga a través de una resistencia. En realidad,
R no puede ser eliminado en
la medida en que tiene en cuenta la resistencia interna del generador real que
es R0 y la resistencia de los cables de conexión.
Experimentalmente se observa que el condensador no se carga al
instante, pero se necesita algún tiempo; además, se
observó que cuanto mayor es el valor de la resistencia R tiene más tiempo para
cargar el condensador. Por último, cuanto mayor sea la
capacidad C y cuanto más tiempo se tarda el condensador en cargarse.
En última instancia, el tiempo necesario para la carga depende
del producto RC;
el producto RC
se dice constante de tiempo del circuito y se designa por la letra
t
griega (tau):
t = R C
La unidad de medida de t es el segundo. Queriendo para representar en un diagrama ya que varía el tensión a través del condensador para variar el tiempo, se obtiene:
Este diagrama muestra cómo el condensador no se
carga de inmediato, pero inicialmente tiene un cero de tensión, con el tiempo la
tensión crece a medida que una curva exponencial.
Una curva se dice exponencial cuando
el ecuación matemática muestra el número
e elevado
a un cierto exponente. El número
e es un número fijo:
e = 2,71828182845904590
La ecuación matemática del diagrama dibujado es:
t
Esta fórmula nos dice que la tensión a través
del condensador VC es
igual a la
t
tensión de la battería Eo
multiplicado por
( 1 - e - RC
) donde:
t t
e
- RC = 2,718 - RC
es decir, el número 2,718 elevado a el número negativo
es decir vc = 0
2,718
=
Eo . 0,632
Para t = 2RC llegar:
|
t |
t (1- e - RC ) |
|
0 |
0 |
|
RC |
0,632 |
|
2 RC |
0,864 |
|
3 RC |
0,950 |
|
4 RC |
0 ,981 |
|
5 RC |
0,993 |
|
6 RC |
0,997 |
|
7 RC |
0,999 |
|
........... |
.......... |
|
µ |
1 |
A partir de esta tabla vemos que cuando el tiempo es seis veces la constante de tiempo RC el condensador se carga hasta el 99%, en la práctica es casi carga. Sólo cuando el tiempo es µ (infinito) el condensador está completamente cargado.
La corriente tiene, sin embargo, un valor máximo en el instante inicial y es:
La ley que rige el funcionamiento de la corriente al paso del tiempo es:
|
t |
t e - RC |
|
0 |
1 |
|
RC |
0,367 |
|
2 RC |
0,135 |
|
3 RC |
0,049 |
|
4 RC |
0 ,018 |
|
5 RC |
0,006 |
|
6 RC |
0,002 |
|
7 RC |
0,0009 |
|
........... |
.......... |
|
µ |
0 |
De los que vemos que la corriente alcanza el
valor cero en un tiempo infinito.
Para descargar sólo hay que poner un condensador en paralelo con una resistencia R de acuerdo con el siguiente circuito:
Sólo tiene que insertar R, la tensión a través de C disminuye con el tiempo según la ley:
para que el diagrama será la siguiente:
En el momento inicial la
vC
tiene el valor más alto, es decir,
Eo;
a tiempo infinito vC
= 0, entonces
el condensador es descargado. La corriente, sin embargo,
inicialmente el valor máximo de E/R y luego disminuye con el tiempo hasta llegar
a cero en el tiempo infinito, de acuerdo con la ley:
t
iC = -
Eo e - RC
R
el signo menos indica que la corriente es descargar y tiene el signo opuesto a la carga.
El diagrama de la corriente es:
2014
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