Investigacion Sobre A Electricidad Y Ejercicios Resueltos PDF

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Investigación sobre la electricidad y ejercicios resueltos de Electricidad ...

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La electricidad

ALUMNA Jovana Devora Campa

2 de junio del 2020

Antecedentes históricos de la electricidad La palabra electricidad proviene del vocablo griego “electrón”, que significa “ámbar”. El ámbar es una resina fósil transparente de color amarillo, producido en tiempos muy remotos por árboles que actualmente están convertidos en carbón fósil. Los primeros fenómenos eléctricos fueron descritos por el matemático griego Tales de Mileto, quien vivió aproximadamente en el año 600 a.C. Señalaba que, al frotar el ámbar con una piel de gato, podía atraer algunos cuerpos ligeros como polvo, cabellos o paja. El físico alemán Otto de Guericke (1602-1686) construyó la primera máquina eléctrica, cuyo principio de funcionamiento se basaba en el frotamiento de una bola de azufre que giraba produciendo chispas eléctricas. El holandés Pieter Van Musschenbroek (1692-1761) descubrió la condensación eléctrica, al utilizar la llamada botella de Leyden, que es un condensador experimental constituido por una botella de vidrio que actúa como aislante o dieléctrico. El norteamericano Benjamín Franklin (1706-1790) pudo observar que cuando un conductor cargado negativamente termina en punta, se acumulan los electrones en esa parte y por repulsión abandonan dicho extremo, fijándose sobre las moléculas de aire o sobre un conductor cercano cargado positivamente (tiene carencia de electrones). Aprovechó las propiedades antes descritas y propuso aplicarlas en la protección de edificios, mediante la construcción del pararrayos. Charles Coulomb científico francés (1736-1806), estudió las leyes de atracción y repulsión eléctrica. En 1777 inventó la balanza de torsión que medía la fuerza por medio del retorcimiento de una fibra fina y rígida a la vez. El científico italiano Alessandro Volta (1745-1827), también contribuyó notablemente al estudio de la electricidad. En 1775 inventó el electróforo, dispositivo que generaba y almacenaba electricidad estática. En 1800 explicó por qué se produce electricidad cuando dos cuerpos metálicos diferentes se ponen en contacto. Empleó su descubrimiento para elaborar la primera pila eléctrica del mundo; para ello, combinó dos metales distintos con un líquido que servía de conductor. Fue Georg Ohm, físico alemán (1789-1854), quien describió la resistencia eléctrica de un conductor, y en 1827 estableció la ley fundamental de las corrientes eléctricas al encontrar que existe una relación entre la resistencia de un conductor, la diferencia de potencial y la intensidad de corriente eléctrica. Por su parte, Michael Faraday, físico y químico inglés (1791-1867), descubrió como se podía emplear un imán para generar una corriente eléctrica en una espiral de hierro. Propuso la teoría sobre la electrización por influencia, al señalar que un conductor hueco (jaula de Faraday) forma una pantalla por las acciones eléctricas. A partir del descubrimiento de la inducción electromagnética, Faraday logro inventar el generador eléctrico. El físico inglés James Joule (1818-1889), estudió los fenómenos producidos por las corrientes eléctricas y el calor desprendido en los circuitos eléctricos. Otros investigadores que han contribuido al desarrollo de la electricidad son: el norteamericano Joseph Henry (1797-1878), que construyó el primer electroimán; el ruso Heinrich Lenz (1804-1865), quien enunció la ley

relativa al sentido de la corriente inducida; el escocés James Maxwell (18311879), quien propuso la teoría electromagnética de la luz y las ecuaciones generales del campo electromagnético; el yugoslavo Nicola Tesla (1856-1943), quien inventó el motor asincrónico y estudió también las corrientes polifásicas; y el inglés Joseph Thomson (1856-1940), quien investigó la estructura de la materia y de los electrones. En 1881, Thomas Alva Edison (1847−1931) produce la primera Lámpara Incandescente con un filamento de algodón carbonizado. Este filamento permaneció encendido por 44 horas. En 1881 desarrolló el filamento de bambú con 1.7 lúmenes por vatios. En 1904 el filamento de tungsteno con una eficiencia de 7.9 lúmenes por vatios. En 1910 la lámpara de 100 w con rendimiento de 10 lúmenes Arnold Sommerfeld. (Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld; Königsberg, 1868 - Munich, 1951) Físico y matemático alemán que introdujo en el modelo atómico de Bohr las órbitas elípticas de los electrones para explicar la estructura fina del espectro, de lo que resultó un modelo perfeccionado conocido como modelo atómico de Sommerfeld. Arnold Sommerfeld modificó el modelo atómico de Bohr admitiendo que las órbitas de los electrones, tal como había dicho Bohr, podían ser circulares, pero añadiendo que también podían ser elípticas; en tal caso, el núcleo se hallaría ubicado en uno de los focos de la elipse. Benjamín Thompson. (Benjamín Thompson, conde de Rumford; Woburn, 1753- Auteuil, 1814) Físico y químico británico. Inventó y desarrolló diversos instrumentos, tales como un termoscopio de aire, un calorímetro de agua y un fotómetro. Fundamentó la teoría mecánica del calor y demostró la falsedad de la teoría del calórico. En los últimos sesenta años, el estudio de la electricidad ha evolucionado intensamente. Ley de columb: En 1785, Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), físico e ingeniero francés que también enunció las leyes sobre el rozamiento, presentó en la Academia de Ciencias de París, una memoria en la que se recogían sus experimentos realizados sobre cuerpos cargados, y cuyas conclusiones se pueden resumir en los siguientes puntos: Los cuerpos cargados sufren una fuerza de atracción o repulsión al aproximarse. El valor de dicha fuerza es proporcional al producto del valor de sus cargas. La fuerza es de atracción si las cargas son de signo opuesto y de repulsión si son del mismo signo. La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Estas conclusiones constituyen lo que se conoce hoy en día como la ley de Coulomb.

La fuerza eléctrica con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las mismas, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y actúa en la dirección de la recta que las une.

donde:    

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F es la fuerza eléctrica de atracción o repulsión. En el S.I. se mide en Newtons (N). Q y q son los valores de las dos cargas puntuales. En el S.I. se miden en Culombios (C). r es el valor de la distancia que las separa. En el S.I. se mide en metros (m). K es una constante de proporcionalidad llamada constante de la ley de Coulomb. No se trata de una constante universal y depende del medio en el que se encuentren las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente 9·109 N·m2/C2 utilizando unidades en el S.I.

Si te fijas bien, te darás cuenta que, si incluyes el signo en los valores de las cargas, el valor de la fuerza eléctrica en esta expresión puede venir acompañada de un signo. Este signo será: positivo. cuando la fuerza sea de repulsión (las cargas se repelen). (+ · + = + o - · - = +) negativo. cuando la fuerza sea de atracción (las cargas se atraen). (+ · - = o - · + = -)

Por tanto, si te indican que dos cargas se atraen con una fuerza de 5 N, no olvides que en realidad la fuerza es -5 N, porque las cargas se atraen.

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Problemas de ley de columb:

Problema 1.- Una carga de 3×10^-6 C se encuentra 2 m de una carga de -8×10^-6 C, ¿Cuál es la magnitud de la fuerza de atracción entre las cargas?

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Vemos que hay un signo negativo, por ahora no nos sirve interpretar el signo, puesto que el problema nos pide la magnitud de la fuerza, esto quiere decir que tomaremos la fuerza como un valor absoluto, que vendría a ser nuestro resultado. o F=0.054N

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Problema 2.- Una carga de -5×10^-7 C ejerce una fuerza a otra carga de 0.237 N a una distancia de 3.5 metros, ¿cuál es el valor de la segunda carga?

Solución: En este caso, tenemos una incógnita diferente al primer ejercicio, puesto que ahora nos piden hallar el valor de la segunda carga, esto lo haremos despejando en nuestra fórmula, asumiendo lo siguiente:

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Que sería el valor de la segunda carga, para poder cumplir con los datos propuestos por el problema. Veamos ahora otro ejemplo, en este caso nuestra incógnita será la distancia.

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Problema 3.- Calcular la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: q1 = 3.5 milicoulombs, q2 = 6 milicoulombs, al estar separadas en el vacío por una distancia de 40 cm Solución: Si analizamos el problema, nos muestran dos cargas expresadas en milicoulombs, eso quiere decir que está expresada en notación científica de la siguiente forma:

Es decir, que cuando nos referimos a “milis” hacemos referencia a qué la base 10 está elevada a la “-3”. Ahora otro de nuestros datos, es la distancia, pero la distancia la tenemos en centímetros y no en metros, por lo cual debemos hacer nuestra pequeña conversión de unidades, ¿siempre lo tenemos que hacer?, si, se tiene que realizar la conversión porque el “metro” es la unidad de longitud en el Sistema Internacional de Unidades.

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Problema 4.- Determinar la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son q1 = -3 microcoulombs, y q2 = 5.5 microcoulombs, al estar separadas en el vacío por una distancia de 70 cm.

Solución: Bien, comencemos por analizar el problema. Nos pide calcular la fuerza eléctrica entre las cargas, nosotros si ya leímos la teoría sabemos que se trata de una fuerza de atracción ¿por qué de atracción?, porque al tener una carga con signo negativo, esto hace que las cargas se atraigan, así que, si sabemos eso, es momento de colocar nuestros datos y comenzar con la solución:

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Problema 5.- Una carga eléctrica de 3 microcoulombs se encuentran en el aire a 35 cm de otra carga. La magnitud de la fuerza con la cual se rechazan es de 6×10^-1 N. ¿Cuánto vale la carga desconocida?

Solución: Este es un problema un poco diferente a los otros dos que hemos resuelto. En este ejemplo se puede apreciar que no es la fuerza la que necesitamos calcular, sino a una carga desconocida, y eso implicará que nuestra fórmula principal tenga que despejarse....