Principios Fundamentales de la Electricidad y sus Aplicaciones

Introducción a los Fenómenos Eléctricos

Ley de Coulomb: Interacción entre Cargas Eléctricas

donde q y q' son las referidas cargas eléctricas, expresadas con su signo, el vector de posición r que se dirige de la una a la otra (separadas en la distancia r) y k una constante universal que establece la Ley de Coulomb. Así, si las cargas tienen signos contrarios, la fuerza tendrá la dirección y sentido de (atracción), mientras que si son del mismo signo tendrá sentido opuesto (repulsión).

Corriente Eléctrica y Conductividad de Materiales

Dependiendo de las distintas organizaciones orbitales entre los elementos, se manifestarán diferentes maneras de desprenderse de un electrón, lo que se conoce como conductividad de los materiales. Se consideran más conductores aquellos que ceden con facilidad sus electrones, dando origen a que la desestabilización de uno de sus átomos produzca la desestabilización del que se encuentre más próximo, produciéndose así un fenómeno de propagación en cadena, que se conoce con el nombre de corriente eléctrica.

Ley de Gauss: Flujo del Campo Eléctrico

“En un campo eléctrico creado por un sistema cualquiera de cargas, el flujo de la intensidad de campo a través de una superficie cerrada cualquiera, con tal que no corte la distribución de cargas, es igual al cociente entre la carga total que contiene dicha superficie Q, y la constante dieléctrica del medio, ε”

Gauss

Capacitancia de un Conductor Aislado

Se denomina “capacidad de un conductor” a la relación entre la carga Q y el potencial V que adquiere, si se encontrara aislado en el vacío:

Es, por tanto, una característica propia del conductor y depende exclusivamente de su forma y dimensiones.

Condensadores: Almacenamiento de Carga

Cuando dos conductores se disponen uno frente al otro, ejercen “influencia mutua” y constituyen un “condensador”, recibiendo así el nombre de “armaduras”.

A la relación existente entre la carga Q de un condensador y la diferencia de potencial que genera entre sus armaduras se le denomina “capacidad del condensador”, y es una característica que depende de su forma geométrica y dimensiones:

La capacidad de un condensador indica la cantidad de carga que es capaz de acumular para mantener una cierta diferencia de potencial entre sus armaduras.

Tipos de Condensadores

Condensador Plano

En consecuencia, la capacidad del condensador será:

Condensador Esférico

Por lo tanto, la capacidad del condensador resultará:

Condensador Cilíndrico

La capacidad del condensador será:

Densidad de Corriente, Conductividad y Resistividad

Se define el vector densidad de corriente J como el producto de la carga en movimiento, por unidad de volumen, por el vector velocidad v. Así, la densidad de corriente J se expresa como:

A la relación entre y se le denomina “conductividad eléctrica” (σ) del material y representa la facilidad con que puede producirse una corriente eléctrica en un conductor ante la aplicación de un campo :

Asimismo, se denomina “resistividad eléctrica” de un material al valor inverso de su conductividad: ; Por tanto, indica la oposición que el conductor presenta al paso de la corriente eléctrica a través de él.

Ley de Ohm: Resistencia y Potencial

Cuanto mayor sea la resistencia de un hilo conductor, tanto mayor habrá de ser la diferencia de potencial que hay que suministrarle a sus extremos para que circule una misma intensidad de corriente.