Condensadores

Un condensador es un dispositivo constituido por dos conductores aislados próximos, con cargas iguales y de signo contrario, que permiten almacenar una gran cantidad de energía, y por consiguiente energía con un pequeño potencial. Los conductores que forman el condensador se llaman armaduras y según la forma de éstas los condensadores pueden ser planos, cilíndricos, esféricos. Etc

La cantidad de carga almacenada por un condensador es directamente proporcional a la diferencia de potencial que se haya establecido entre sus placas, pero puede ocurrir que dos condensadores de distinta forma o tamaño adquieran distinta carga cuando se someten a una misma diferencia de potencial. La capacidad del condensador es: . La representación y las unidades de capacidad de un condensador son las mismas que las correspondientes a la capacidad de un conductor.
Dieléctricos
Son aisladores, con una propiedad característica llamada constante dieléctrica k . Se le acredita Michael Faraday, el llevar a cabo el primer experimento que cuando un material aislante llena el espacio entre dos placas conductoras de un condensador el valor de la capacidad aumenta. Si C₀ es la capacidad en el vacío (o en el aire) de un condensador determinado, la capacidad , cuando se coloca un dieléctrico entre sus conductores es mayor que C₀ por al que al factor se le da el nombre de constante dieléctrica
k: C = K.C₀

Condensador de láminas paralelas sin dieléctrico

El condensador más sencillo que existe se compone de dos láminas planas conductoras paralelas A y B, con cargas iguales y de signo contrario, sin dieléctrico (entre las dos láminas o armaduras existe el vacío o el aire) separadas una distancia . Este tipo de condensador recibe el nombre de condensador plano.

Si V_A y V_B son los potenciales de las láminas y la intensidad del campo eléctrico entre ellas es de módulo E, la diferencia de potencial entre las láminas viene dada por: V_B - V_{A = E.d}

Por otra parte, el módulo de la intensidad del campo eléctrico entre dos láminas paralelas es:

Siendo e₀ el coeficiente de permisividad del espacio vacío, q la carga de una de las láminas tomada en valor absoluto y el área de una de dichas láminas.


Designando por C₀, la capacidad del condensador sin dieléctrico se tiene por definición:


Sustituyendo se concluye que:

Condensador de láminas paralelas con dieléctricos

Experimentalmente se comprueba que la capacidad de un condensador con dieléctrico es mayor que la capacidad C₀ de un condensador sin dieléctrico. La razón o cociente entre la capacidad C de un condensador con dieléctrico y la capacidad C₀ de un condensador sin dieléctrico se designa K por y recibe el nombre de constante dieléctrica del material colocado entre las dos láminas. Es decir: ; En consecuencia, la capacidad de un condensador de laminas con dieléctrico está dada por la ecuación:

Referencia bibliografica

Rena "condensadores" en linea consulta "junio 2012" disponible en  http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/fisica/Tema16.html



    

Potencial eléctrico

     El potencial eléctrico en un punto es el Trabajo requerido para mover una carga unitaria (trabajo por unidad de carga) desde ese punto hasta el infinito,  Matematicamente se expresa por:

V = W / q

     Considérese una carga de prueba positiva en presencia de un campo eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto B conservándose siempre en equilibrio. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga, la diferencia de potencial eléctrico se define como:

V_B - V_A = W_AB / q₀

     El trabajo WAB puede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el potencial eléctrico en B será respectivamente mayor, menor o igual que el campo eléctrico en A. La unidad mks de la diferencia de potencial que se deduce de la ecuación anterior es Joule/Coulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio = 1 Joule/Coulomb. Aplicando esta definición a la teoría de circuitos y desde un punto de vista más intuitivo, se puede decir que el potencial eléctrico en un punto de un circuito representa la energía que posee cada unidad de carga al paso por dicho punto. Así, si dicha unidad de carga recorre un circuito constituyendóse en corriente eléctrica, ésta irá perdiendo su energía (potencial o voltaje) a medida que atraviesa los diferentes componentes del mismo. Obviamente, la energía perdida por cada unidad de carga se manifestará como trabajo realizado en dicho circuito (calentamiento en una resistencia, luz en una lámpara, movimiento en un motor, etc.). Por el contrario, esta energía perdida se recupera al paso por fuentes generadoras de tensión. Es conveniente distinguir entre potencial eléctrico en un punto (energía por unidad de carga situada en ese punto) y corriente eléctrica (número de cargas que atraviesan dicho punto por segundo). Usualmente se escoge el punto A a una gran distancia (en rigor el infinito)de toda carga y el potencial eléctrico V_A a esta distancia infinita recibe arbitrariamente el valor cero. Esto permite definir el potencial eléctrico en un punto poniendo V_A=0 y eliminando los índices:

V=W/q₀

siendo W el trabajo que debe hacer un agente exterior para mover la carga de prueba q₀ desde el infinito al punto en cuestión. Obsérvese que la igualdad planteada depende de que se da arbitrariamente el valor cero al potencial V_A en la posición de referencia (el infinito) el cual hubiera podido escogerse de cualquier otro valor así como también se hubiera podido seleccionar cualquier otro punto de referencia. También es de hacer notar que según la expresión que define el potencial eléctrico en un punto, el potencial en un punto cercano a una carga positiva aislada es positivo porque debe hacerse trabajo positivo mediante un agente exterior para llevar al punto una carga de prueba (positiva) desde el infinito. Similarmente, el potencial cerca de una carga negativa aislada es negativo porque un agente exterior debe ejercer una fuerza para sostener a la carga de prueba (positiva) cuando la carga positiva viene desde el infinito. Por último, el potencial eléctrico queda definido como un escalar porque W y q₀ son escalares. Tanto W_AB como V_B - V_A son independientes de la trayectoria que se siga al mover la carga de prueba desde el punto A hasta el punto B. Si no fuera así, el punto B no tendría un potencial eléctrico único con respecto al punto A y el concepto de potencial sería de utilidad restringida.

     La diferencia de potencial es independiente de la trayectoria para dos puntos cualesquiera en cualquier campo eléctrico. Se desprende de ello el carácter conservativo de la interacción electrostática el cual está asociado a la naturaleza central de las fuerzas electrostáticas.

El concepto de voltaje o potencial en electricidad es similar al concepto de altura en la gravedad y el concepto de temperatura en termodinámica. La fuerza eléctrica al igual que la fuerza gravitacional, es consecuencia de las leyes fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas eléctricas conciernen a la interacción de una distribución de carga con otra carga. La energía potencial eléctrica es la energía de la distribución de la carga junto con la de una segunda carga. El potencial eléctrico tiene la misma relación con el campo eléctrico que la que tiene la energía potencial con la fuerza. La descarga de los rayos es una impresionante demostración de que hay energía en los campos eléctricos. Existe una gran diferencia de potencial entre la Tierra y las nubes, o entre nubes distintas, que provoca el rayo.                                                                                   Referencias bibliograficas Rena potencial electrico "en linea" consulta "junio de 2012" disponible en www.rena.edu.ve/cuarta etapa/fisica      Potencial electrico "en linea" consulta "junio de 2012" disponible en   www.mitecnologico.com/Main/DefinicionPotencialElectrico

    

LEY DE GAUSS

Carl Friedrich Gauss (1977-18559)

     Matemática, físico y astrónomo alemán a quien se debe el nombre de la unidad de inducción magnética en el sistema internacional, la famosa campana de Gauss (que es la curva estadística que representa la distribución de frecuencias de una variable aleatoria), el entero de Gauss (que es aquel número completo cuyas partes, tanto la real como la imaginaria, siempre son números enteros) y el teorema de Gauss, el cual es de gran importancia en el estudio del electromagnetismo. Este teorema expresa que el campo eléctrico creado por una superficie cerrada por la distribución de cargas distintas es igual a la suma algebraica de las cargas contenidas en el interior de esa superficie, el producto de cuya operación deberá dividirse por la constante dieléctrica del medio para obtener tal relación.

Flujo magnético

Si en punto cualquiera de P de un campo magnético consideramos un elemento de superficie ∆S perpendicular a la línea de campo en P, el flujo a través de ∆S es el valor de la inducción  magnética en P por el área del elemento de superficie. Representado el flujo magnético por φ, será:

∆φ= B.∆s

     Si el elemento de superficie considerado no fuese perpendicular a la dirección de                 →

B, seria:

∆φ= B.∆s.cosα.

      Reflexión

     La ley de coulomb formula, que la fuerza que existe entre dos cargas, es directamente proporcional a las cargas q y q',  inversamente proporcional al cuadrado de las distancias r que las separa, es importante también saber que las cargas eléctricas crean campos eléctricos, definidos como la fuerza por unidad de carga que experimenta una carga positiva cualquiera q' situada en el campo, los cuales son representados por lineas de tiempo, estas son continuas, tangentes al vector y no se cortan entre si.

      Es muy interesante, saber que fenómenos como, las chispas que a veces saltan al golpear un clavo con un martillo, o al peinarse son productos de la acumulación de cargas eléctricas libres en un cuerpo, todo esto según  las investigaciones realizadas , es debido a la repulsión o atracción  de cargas del mismo o distinto signo, ya que la materia esta constituida por átomos y estos poseen el mismo numero de cargas eléctricas positivas (protones) que negativas (electrones) de acuerdo con lo expuesto anteriormente la carga negativa corresponde a un exceso de electrones y la positiva a un efecto de electrón. 

Campo Electrico

Dos cargas eléctricas q y q´ se atraen o se repelen con una fuerza que vendrá dada por ley de Coulomb, pero podemos enfocar el problema considerando que la carga q crea lo que se denomina un campo de fuerza y que la fuerza que actua sobre q´ es debida a que se encuentra en el campo de fuerza creado por q. Por supuesto, tambien podemos considerar que la carga q´ crea un campo y que la fuerza que experimenta q es consecuencia de que se halla en el campo de fuerza creada por q´, los campos creados por cargas eléctricas se denominan campo eléctrico.  


                                                      .

Electrostática

Hoy en día vivimos rodeados de aparatos eléctricos, y sorprende pensar que hace mas o menos un siglo la electricidad no empezó a formar parte de la vida cotidiana de la gente. Sin embargo, la humanidad conoce desde siempre la existencia de un fenómeno eléctrico tan conspicuo como el rayo, y la tradición atribuye al filosofo Tales de Milato (600 a.C.) la observación de una barrita de ámbar, tras frotarla con una piel es capaz de atraer pedacitos de materiales ligeros.   

También son fenómenos eléctricos cotidianos las chispas que a veces saltan al golpear un clavo con un martillo o al peinarse, o el llamado por las marineros "Fuego de san Telmo" que iluminaba repentinamente las puntas de los mástiles de los veleros. Varios de los fenómenos mencionados se deben a la acumulación de cargas eléctricas libres en un cuerpo; de este tipo de fenómenos se ocupa la electrostática, cuyo estudio debe anteceder al de las ramas del electromagnetismo, puesto que, en ultima instancia, todos los fenómenos eléctricos tienen su origen en la repulsión o atracción entre cargas del mismo o de distinto signo.

Ley de coulomb

En 1785, Coulomb, utilizando la balanza de torción que el mismo había inventado, midió la fuerza de atracción o de repulción entre dos bolitas de médula de saúco revestidas de metal y cargadas eléctricamente.´

Como las bolitas eran de sólo 5 mm de diametro, es decir, lo suficientemente pequeñas para poder asimilarlas a cargas puntuales, Coulomb pudo formular sus resultados diciendo que la fuerza existe entre dos cargas eléctricas q y q´ que se encuentran a una distancia r una de otra es:

Directamente propolcional a las cargas q y q´;

Inversamente propolcional al cuadrado de la distancia r que las separa.

Estas afirmaciones constituyen la ley de Coulomb, que es formalmente idéntica a la ley de gravitación de Newton:

Donde k es una constante de propolcionalidad que depende tanto del medio en que se hallen inmersas las cargas como del sístema de unidades empleado.

La expresió´n anterior nos da la intensidad de la fuerza entre q y q´; La direccion es la recta que une las dos cargas, mientras que el sentido es de una a otra carga si las cargas son de distinto signo se atraen y hacia afuera de las dos cargas si éstas son del mismo signo se repelen.