Fundamentos de la Electricidad: Cargas, Conductores y Leyes Clave

La electricidad es una interacción natural que se origina en las partículas elementales que forman los átomos. Estas partículas poseen cargas eléctricas. Generalmente, hay partículas con carga neutra mayoritariamente, y las demás con carga positiva (+) o negativa (-).

Sin iones, no habría conducción eléctrica en los líquidos.

Conductores, Aislantes y la Movilidad de las Cargas

• Conductores: Poseen una gran cantidad de electrones móviles (principalmente los metales), lo que permite el desplazamiento de cargas eléctricas a través de ellos de forma rápida.
• Aislantes (Dieléctricos): Son medios materiales que no conducen electricidad. Es más difícil que los electrones se muevan a través de ellos.

Electroestática vs. Electrodinámica

• Electroestática: Las cargas no se mueven y se producen en materiales aislantes. Se rige por la Ley de Coulomb, que describe la fuerza eléctrica.
• Electrodinámica: Las cargas se mueven. Este movimiento ordenado produce una corriente eléctrica, que se caracteriza por la tensión eléctrica, la intensidad de corriente y la resistencia eléctrica.
• Electromagnetismo: Las cargas se atraen o repelen.

Cargas del mismo signo (++ o --) se repelen, mientras que cargas de signo opuesto (+-) se atraen (fuerza eléctrica de la Ley de Coulomb).

La fuerza eléctrica será mayor cuando las cargas estén cerca y menor cuando estén lejos. Al haber mayor magnitud de carga eléctrica, las fuerzas de repulsión aumentan.

Todas las cargas (q) se moverán si el medio material lo permite.

Todo material presenta una oposición al movimiento de las cargas, lo que hace que se detengan, incluso en los medios conductores.

En un material aislante, nunca ocurrirá un fenómeno electrodinámico, ya que para este fenómeno las cargas deben moverse.

Las cargas se mueven por una diferencia de potencial, tensión eléctrica o voltaje.

+ +--------->-------------------|

A-------------D ab ---------|

Diferencia de potencial, tensión eléctrica o voltaje.

Intensidad de Corriente (i)

i = q/t = 1 Amperio = 1 C/s

Resistencia Eléctrica

Los conductores poseen la menor resistencia u oposición al flujo de corriente.

R = (ρ * L) / A

Donde:

• R = Resistencia
• ρ = Resistividad
• L = Longitud
• A = Área

Los superconductores tienen resistividad 0 y no pierden energía en forma de calor.

Ley de Ohm

V = R * I

V = (F * D) / q

V = E * D

T = F * D

V = T / Q

R = constante

Donde:

• V = Voltaje
• R = Resistencia
• I = Corriente
• F = Fuerza eléctrica
• D = Distancia
• q = Carga eléctrica
• E = Campo eléctrico
• T = Trabajo
• Q = Carga

F = Fuerza eléctrica; K₀ = constante de proporcionalidad (9.0 * 10^9 Nm²/C²); Q = Cargas eléctricas; R = Distancia; K = Constante del medio dieléctrico.

Fórmula de la Fuerza Eléctrica

F = (K₀ * Q₁ * Q₂) / (K * R²)

El campo eléctrico es todo el espacio que rodea una carga eléctrica.

Electrización

• Electrización por frotamiento: Consiste en frotar dos cuerpos de ciertos materiales entre sí. Se produce una transferencia de electrones entre un cuerpo y otro. El cuerpo que gana electrones queda cargado negativamente (-).
• Electrización por contacto: Consiste en tocar un cuerpo neutro con otro electrizado. Aquí también hay transferencia de electrones.
• Otras formas de electrización: Polarización e inducción.