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DIFERENCIA ENTRE CAMPO ELÉCTRICO, ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA Y POTENCIAL
ELÉCTRICO
CAMPO ELÉCTRICO
El espacio que rodea a un objeto
cargado se altera en presencia de la
carga. Podemos postular la existencia de
un campo eléctrico en este espacio. Se
dice que existe un campo eléctrico en
una región de espacio en la que una
carga eléctrica experimenta una fuerza
eléctrica.
La intensidad del campo eléctrico E en
un punto se suele definir en términos de
la fuerza F que experimenta una carga positiva pequeña +q cuando está colocada
precisamente en ese punto. La magnitud del campo eléctrico está dada por:
F
E=
q
En el sistema métrico, una unidad de intensidad del campo eléctrico es el newton
por coulomb (N/C).
La dirección de la intensidad del campo eléctrico E en un punto en el espacio es la
misma que la dirección en la que una carga positiva se movería si se colocara en
ese punto.
Alrededor de un cuerpo cargado existe un campo eléctrico, haya o no una
segunda carga localizada en el campo. Si una carga se coloca en el campo,
experimentará una fuerza F dada por:
F = qE
El campo en la proximidad de una carga positiva tiene una dirección radial hacia
fuera en cualquier punto. El campo se dirige hacia adentro o hacia una carga
negativa.
Las líneas de campo eléctrico son líneas imaginarias trazadas de tal manera que
su dirección en cualquier punto es la misma que la dirección del campo eléctrico
en ese punto.
Campo eléctrico en cargas puntuales
ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA
Consideremos una carga positiva +q que se
encuentra en reposo en el punto A dentro de
un campo eléctrico uniforme E constituido
entre dos láminas con carga opuesta. Una
fuerza eléctrica qE actúa hacia abajo sobre la
carga. El trabajo realizado en contra del
campo eléctrico para mover la carga desde A
hasta el punto B es igual al producto de la
fuerza qE por la distancia d. Por consiguiente,
la energía potencial eléctrica en el punto B en
relación con el punto A es:
EP = qEd
Siempre que una carga positiva se mueve en contra del campo eléctrico, la
energía potencial aumenta, y siempre que una carga negativa se mueve en contra
del campo eléctrico, la energía potencial disminuye.
La energía potencial debida a una carga colocada en un campo eléctrico es igual
al trabajo realizado contra las fuerzas eléctricas que transportan la carga desde el
infinito hasta el punto en cuestión.
A menudo se considera que la energía potencial en el infinito es cero, por lo que la
energía potencial de un sistema compuesto por una carga q y otra carga Q
separadas por una distancia r es:
kQq
EP =
r
POTENCIAL ELÉCTRICO
El potencial “V” en un punto situado a una distancia r de una carga Q es igual al
trabajo por unidad de carga realizado contra
las fuerzas eléctricas para transportar una
carga positiva +q desde el infinito hasta dicho
punto.
El potencial en determinado punto es igual a
la energía potencial por unidad de carga. Las
unidades de potencial se expresan en joules
por coulomb, y se conocen como volt (V).
kQ
VA =
r
El potencial debido a una carga positiva es positivo, y el potencial debido a una
carga negativa es negativo.
Si se consideran dos o más cargas es posible calcular el potencial eléctrico en un
punto mediante la suma algebraica de los potenciales que corresponden a cada
carga.
V =
kQ
r
CARACTERÍSTICAS DE LOS CIRCUITOS CON RESISTENCIA EN: SERIE, PARALELO Y MIXTO
Hasta este momento se han mencionado las propiedades eléctricas en un punto
debido a la acción de una carga o conjunto de cargas. Ahora se deben considerar
como afectan estas características a un nivel mayor, es decir en equipos eléctricos
y electrónicos los cuales funcionan por medio de circuitos. Antes de definir el
concepto de circuito eléctrico es necesario comprender dos propiedades básicas
que forman parte de cualquier sistema eléctrico; la resistencia y la corriente.
RESISTENCIA
La resistencia es la oposición que presentan los
materiales al flujo de electricidad a través de ellos.
Considerando la resistencia como referencia es
posible clasificar todos los materiales en
conductores, semiconductores y aislante.
Los materiales conductores presentan baja
resistencia al flujo de la electricidad, en algunos casos incluso se considera
despreciable, por ejemplo el oro, la plata y el cobre son muy buenos conductores
de electricidad.
Los aislantes representan una barrera para el flujo eléctrico y se emplean
precisamente para detener la electricidad y como protección. En general, los
materiales plásticos y sus derivados son buenos aislantes, el vidrio y la madera
también son aislantes.
Finalmente, los semiconductores pueden
actuar como aislantes o conductores
dependiendo de algunas condiciones
físicas y químicas del material. Por medio
de investigaciones y experimentos se ha
logrado manipular los semiconductores
para fabricar componentes electrónicos.
Conductor de cobre aislado
CORRIENTE ELÉCTRICA
La corriente eléctrica “I” es la rapidez del flujo de la carga
“Q” que pasa por un punto dado P en un conductor
eléctrico. La corriente se origina a partir del movimiento de
los electrones y es una medida de la cantidad de carga que
pasa por un punto dado en una unidad de tiempo “t”.
Q
I =
t
La unidad de corriente eléctrica es el ampere. Un ampere “A” representa un flujo
de carga con la rapidez de un coulomb por segundo, al pasar por cualquier punto.
1C
1A =
1s
La dirección de la corriente convencional (empleada en los diagramas eléctricos)
siempre es la misma que la dirección en la que se moverían las cargas positivas,
incluso si la corriente real consiste en un flujo de electrones.
Fuerza electromotriz
Una fuente de fuerza electromotriz “fem” es un
dispositivo que convierte la energía química,
mecánica u otras formas de ella en la energía
eléctrica necesaria para mantener un flujo continuo
de carga eléctrica.
Puesto que la fem es trabajo por unidad de carga, se
expresa en la misma unidad que la diferencia de
potencial: el joule por coulomb, o volt.
Una fuente de fem de 1 volt realizará un joule de
trabajo sobre cada coulomb de carga que pasa a través de ella.
Ahora es posible retomar la ley de ohm, la cual es fundamental para entender el
comportamiento de cualquier circuito eléctrico. En esta ley se combinan la
corriente “I”, la resistencia “R” y el fem o voltaje “V” como se muestra a
continuación:
V
I =
R
La unidad de medida de la resistencia es el ohm, cuyo símbolo es la letra griega
mayúscula omega “”.
1V
1 =
1A
Una resistencia de un ohm permitirá una corriente de
un ampere cuando se aplica a sus terminales una
diferencia de potencial de un volt.
Representación de la ley Ohm