Conceptos Fundamentales de Electricidad, Magnetismo y Gravitación

Temario

• Ley de Gravitación Universal
• Ley de Coulomb
• Campo Eléctrico
• Potencial Eléctrico
• Circuitos Eléctricos (Serie y Paralelo)
• Ley de Ohm
• Potencia Eléctrica

Ley de Coulomb

La Ley de Coulomb describe la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas puntuales. Esta fuerza actúa a lo largo de la línea que las une.

Fórmula de la Ley de Coulomb

F = K * (q₁ * q₂) / r²

Variables y Unidades

F

Fuerza de atracción o repulsión (Newtons, N)

q₁ y q₂

Cargas eléctricas (Coulombs, C)

r

Distancia de separación entre los centros de las cargas (metros, m)

K

Constante de Coulomb o constante electrostática de proporcionalidad (aproximadamente 9 × 10⁹ N·m²/C²)

Campo Eléctrico

El campo eléctrico es una región del espacio donde una carga eléctrica experimenta una fuerza. Se representa mediante líneas de campo:

• Cuando la carga que genera el campo es positiva, las líneas de campo eléctrico se expanden o divergen hacia afuera.
• Cuando la carga que genera el campo es negativa, las líneas de campo eléctrico convergen hacia ella.

La intensidad del campo eléctrico (E) es directamente proporcional a la fuerza (F) que experimenta una carga de prueba (q) e inversamente proporcional a dicha carga.

Fórmulas del Campo Eléctrico

E = F / q

q = F / E

F = E * q

Variables y Unidades

E

Intensidad del campo eléctrico (Newtons/Coulomb, N/C)

F

Fuerza (Newtons, N)

q

Carga eléctrica (Coulombs, C)

Potencial Eléctrico

El potencial eléctrico en un punto es la energía potencial por unidad de carga que una carga de prueba tendría en ese punto. Representa la interacción de una carga con respecto a un campo eléctrico.

El voltaje es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos.

Fórmula del Potencial Eléctrico

V = K * (q / r)

Variables y Unidades

V

Potencial eléctrico o Voltaje (Voltios, V)

q

Carga eléctrica (Coulombs, C)

r

Distancia de separación desde la carga fuente (metros, m)

K

Constante de Coulomb (aproximadamente 9 × 10⁹ N·m²/C²)

Equivalencias de Unidades

• 1 Voltio (V) = 1 Joule/Coulomb (J/C)
• 1 Voltio (V) = 1 Newton·metro/Coulomb (N·m/C)

Circuitos Eléctricos

Un circuito eléctrico es un camino cerrado por el que fluye la corriente eléctrica, permitiendo la transferencia de energía.

Circuito Eléctrico en Serie

En un circuito en serie, los componentes se conectan uno después de otro, formando una única trayectoria para la corriente. La corriente es la misma en todos los puntos del circuito.

Cálculo de la Resistencia Total en Serie

R_T = R₁ + R₂ + R₃ + ...

Circuito Eléctrico en Paralelo

En un circuito en paralelo, los componentes se conectan en puntos comunes, ofreciendo múltiples trayectorias para la corriente. El voltaje es el mismo en todos los componentes conectados en paralelo.

Cálculo de la Resistencia Total en Paralelo

1 / R_T = (1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃) + ...

o

R_T = 1 / ((1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃) + ...)

Ley de Ohm

La Ley de Ohm establece que la intensidad de corriente eléctrica (I) que circula por un conductor es directamente proporcional al voltaje (V) aplicado e inversamente proporcional a la resistencia (R) del conductor.

Fórmulas de la Ley de Ohm

I = V / R

R = V / I

V = I * R

Variables y Unidades

I

Intensidad de corriente eléctrica (Amperios, A)

V

Voltaje o Diferencia de Potencial (Voltios, V)

R

Resistencia eléctrica (Ohmios, Ω)

Potencia Eléctrica

La potencia eléctrica (P) es la cantidad de energía eléctrica transferida por unidad de tiempo. Se puede calcular aplicando la Ley de Ohm y otras relaciones fundamentales.

Fórmulas de la Potencia Eléctrica

P = V * I

P = I² * R

P = V² / R

Variables y Unidades

P

Potencia eléctrica (Vatios, W)

V

Voltaje (Voltios, V)

I

Intensidad de corriente (Amperios, A)

R

Resistencia eléctrica (Ohmios, Ω)

Ley de Gravitación Universal

La Ley de Gravitación Universal de Newton describe la fuerza de atracción mutua que experimentan dos cuerpos debido a sus masas. Se denomina gravedad a esta propiedad de atracción.

• Cuanta más masa tenga un cuerpo, mayor será su fuerza de atracción gravitacional.
• Cuanto más cerca estén dos cuerpos, mayor será su atracción gravitacional.

Fórmula de la Ley de Gravitación Universal

F = G * (m₁ * m₂) / r²

Variables y Unidades

F

Fuerza de atracción gravitacional (Newtons, N)

m₁ y m₂

Masas de los cuerpos (kilogramos, kg)

r

Distancia de separación entre los centros de los cuerpos (metros, m)

G

Constante de Gravitación Universal (aproximadamente 6.67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg²)