Estructura de la materia y fundamentos de circuitos eléctricos: conceptos esenciales
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Estructura de la materia
Estructura de la materia.
La materia es aquello de lo que están hechos los objetos que constituyen el Universo observable y el no observable.
Definición en el contexto de la física moderna
En el contexto de la física moderna se entiende por materia a cualquier campo, entidad o discontinuidad que se propaga a través del espacio‑tiempo a una velocidad inferior a la de la luz y a la que se pueda asociar energía. Así, todas las formas de materia tienen asociada una cierta energía, pero sólo algunas formas de materia tienen masa.
Estados y propiedades
La materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio. Es aquello que se forma a partir de átomos o moléculas, con la propiedad de estar en estado sólido, líquido o gaseoso.
Un circuito
Un circuito
Es una red eléctrica —interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores— que contiene al menos una trayectoria cerrada.
Elementos
Elementos
- Componente: Un dispositivo con dos o más terminales por los que puede fluir corriente. En la figura 1 se ven nueve componentes entre resistores y fuentes.
- Nodo: Punto de un circuito donde concurren más de dos conductores. A, B, C, D y E son nodos. Nótese que C no se considera un nuevo nodo, puesto que puede considerarse como el mismo nodo que A, ya que entre ellos no existe diferencia de potencial (VA − VC = 0).
- Rama: Conjunto de elementos comprendidos entre dos nodos consecutivos. En la figura 1 se hallan siete ramales: AB por la fuente, BC por R1, AD, AE, BD, BE y DE. Obviamente, por un ramal sólo puede circular una corriente.
- Malla: Cualquier camino cerrado en un circuito eléctrico.
- Fuente: Componente que transforma algún tipo de energía en energía eléctrica. En el circuito de la figura 1 hay tres fuentes: una de intensidad, I, y dos de tensión, E1 y E2.
- Conductor: Comúnmente llamado cable; es un hilo de resistencia despreciable (idealmente cero) que une los elementos para formar el circuito.
Tipos básicos de circuitos eléctricos
Los tipos de circuitos eléctricos son:
- Circuito abierto: Cuando el recorrido no es continuo; el conductor no está completo porque el interruptor o switch está desconectado, cortando el paso de la corriente.
- Circuito cerrado: Cuando el recorrido es continuo y el interruptor está conectado, permitiendo el paso de la corriente.
Circuitos según la posición de las lámparas (bombillos)
De acuerdo a la posición de los bombillos de un circuito, se dividen en:
- Circuito en serie: El circuito funciona de forma similar a una fila de personas que se pasan un balde lleno de agua para apagar un fuego. Así funciona el circuito en serie: los bombillos están conectados uno al lado del otro y la electricidad debe pasar por cada uno de ellos para volver al polo correspondiente. La intensidad de la luz depende de la potencia de la fuente. Si un bombillo se quema, se interrumpe el paso de la electricidad y se apagan los bombillos restantes.
- Circuito en paralelo: Los bombillos están conectados en forma independiente; de cada bombillo sale un cable. Todos los polos positivos se conectan a un solo cable y los negativos a otro; estos dos cables son los que se conectan a la fuente de energía. Si se quema algún bombillo, los demás seguirán encendidos.
Ley de Coulomb
La 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, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.
Ley de Ohm
Ley de Ohm
Es una ley válida para los materiales "óhmicos", que son la mayoría de los empleados en componentes eléctricos (si bien existen tipos de materiales y dispositivos que no satisfacen la ley de Ohm).
Campo eléctrico
El campo eléctrico es un campo físico representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.
Potencial eléctrico
El potencial eléctrico o potencial electrostático en un punto es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde dicho punto hasta el punto de referencia1, dividido por la unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica a velocidad constante.