Fundamentos de Electricidad y Electromagnetismo: Conceptos Clave en Física

Conceptos Fundamentales de Electricidad y Electromagnetismo

Ley de la Conservación de la Carga Eléctrica

La carga eléctrica total de un sistema aislado permanece constante; no se crea ni se destruye, solo se transfiere.

Ley de Coulomb

Establece que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de sus magnitudes e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Unidad de Carga Eléctrica

La unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional (SI) es el Coulomb (C). Un Coulomb se define como la cantidad de carga que pasa por un punto de un conductor en un segundo cuando la corriente es de un Amperio (1 C = 1 A·s).

Características de la Fuerza Electroestática

Las fuerzas de atracción o repulsión entre cargas eléctricas son mutuas entre cada par de cargas, cumpliendo la Tercera Ley de Newton (acción y reacción). Sus propiedades principales son:

• Módulo (Magnitud): La intensidad de la fuerza entre dos cargas.
• Dirección: A lo largo de la línea que une a las dos cargas.
• Sentido:
  • Atracción: Si las cargas son de signo opuesto, la fuerza orienta una carga hacia la otra.
  • Repulsión: Si las cargas son del mismo signo, la fuerza orienta una carga alejándose de la otra.

Campo Eléctrico

Es la región del espacio que rodea a una carga eléctrica, donde se manifiestan fuerzas de atracción o repulsión sobre otras cargas.

Intensidad del Campo Eléctrico

Para cuantificar el grado de perturbación, se utiliza la Intensidad del Campo Eléctrico (E). Sus unidades en el SI son Newtons por Coulomb (N/C).

Corriente Eléctrica y Potencial

Corriente Eléctrica

Es el flujo o movimiento de cargas eléctricas a través de un conductor, generalmente desde un punto de mayor potencial eléctrico a uno de menor potencial.

Intensidad de la Corriente Eléctrica

Se define como la cantidad de carga eléctrica que atraviesa la sección transversal de un conductor por unidad de tiempo.

Resistencia Eléctrica

Es la oposición que presenta un material al flujo de la corriente eléctrica a través de él.

Diferencia de Potencial Eléctrico (Voltaje)

Es el trabajo por unidad de carga que se debe realizar para desplazar una carga eléctrica entre dos puntos en un campo eléctrico.

Potencial Eléctrico

Es el trabajo por unidad de carga que un campo electrostático realiza para mover una carga positiva desde un punto dado hasta un punto de referencia (generalmente el infinito, donde el potencial es cero).

Estructura Atómica y Propiedades de los Materiales

Modelo Atómico de Bohr

Propone que el átomo está formado por un núcleo central (compuesto por protones y neutrones) alrededor del cual los electrones giran en órbitas cuantizadas o niveles de energía definidos.

Electricidad

Es una propiedad fundamental y característica de la materia, asociada a la presencia de cargas eléctricas (positivas y negativas).

Tipos de Materiales según su Conductividad

• Conductores Eléctricos: Materiales que poseen electrones libres, lo que les permite transportar fácilmente la carga eléctrica a través de ellos.
• Aisladores Eléctricos (Dieléctricos): Materiales cuyos electrones están fuertemente ligados a sus núcleos atómicos, impidiendo el flujo libre de carga eléctrica.
• Semiconductores: Materiales con propiedades eléctricas intermedias entre los conductores y los aisladores, cuya conductividad puede ser controlada.

Métodos de Electrización

Electrización por Frotamiento

Proceso en el cual dos cuerpos, al ser frotados entre sí, adquieren cargas eléctricas de signos opuestos.

Electrización por Contacto

Proceso en el cual un cuerpo neutro adquiere carga eléctrica del mismo signo que un cuerpo cargado al entrar en contacto con él.

Electrización por Inducción

Proceso de redistribución o separación de cargas eléctricas en un conductor neutro, provocado por el acercamiento de un cuerpo cargado sin que haya contacto físico.

Dispositivos y Circuitos Eléctricos

Generador Eléctrico

Dispositivo que transforma energía mecánica en energía eléctrica, manteniendo una diferencia de potencial entre sus terminales.

Circuitos Eléctricos

Conjunto interconectado de elementos (fuentes, conductores, resistencias, etc.) que permiten establecer y mantener un flujo de corriente eléctrica.