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• INTRODUCCIÓN.

La electricidad se origina por las cargas eléctricas, las cuales se pueden encontrar en reposo o en movimiento. La electrostática es la rama de la física que estudia el comportamiento de la carga eléctrica o cantidad de electricidad presente en un cuerpo y los fenómenos asociados a las cargas eléctricas en reposo. La electrodinámica es la parte de la física que estudia los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento. 

• ELECTRICIDAD: ELECTROSTÁTICA Y ELECTRODINÁMICA.

La electricidad se encuentra en todas las actividades de la vida cotidiana de cualquier persona.                                                                                                                                                                    La corriente eléctrica que proporcionan los contactos eléctricos o las baterías se emplean para hacer funcionar un sinnúmero de aparatos.                                                                                            La electricidad es una forma de energía, esta puede transformarse de diferentes maneras, como lo es: iluminación, comunicación, imágenes en movimiento, sonido, información y datos y en calor. La electricidad se origina por las cargas eléctricas, las cuales se pueden encontrar en reposo o en movimiento.
La electrostática es la rama de la física que estudia el comportamiento de la carga eléctrica o cantidad de electricidad presente en un cuerpo y los fenómenos asociados a las cargas eléctricas en reposo.la electrodinámica es la parte de la física que estudia los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento.

• ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA ELECTRICIDAD.

Se dice que fue el filósofo griego Tales de Mileto el primero en estudiar los fenómenos eléctricos. Aproximadamente en el año 600 a.C. Tales observo que al frotar una barra de ámbar con un trozo de lana o cuero, aquella era capaz de atraer pequeños objetos, como hojas o paja. Los griegos observaron que ciertas piedras que contenían magnetita eran capaces de atraerse entre sí y a pequeños objetos de hierro. Hasta el siglo XVII cuando William Gilbert estableció la diferencia entre materiales conductores y aislantes, a partir de la atracción que tenían con los imanes.
En el siglo XVIII se establecen las bases de la electroestática: Watson introduce el concepto de corriente eléctrica; Benjamín Franklin inventó el pararrayos; Coulomb estableció una expresión matemática que relaciona la fuerza que existe entre dos cargas eléctricas.

• CARGA ELÉCTRICA E INTERACCIÓN ENTRE CARGAS.

La carga eléctrica, al igual que la masa, constituye una propiedad fundamental de la materia.
La carga eléctrica se puede transferir de un cuerpo a otro; por lo general un cuerpo con exceso de carga positiva cede electrones a otro, cargándolo negativamente.

• MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES.

La corriente eléctrica puede fluir a través de un cuerpo, sin embargo, todos los materiales tiene diferentes capacidades para permitir este flujo de corrientes es decir, conductividad de aquí se hable de conductores y aislantes.un material conductor permite el flujo de corriente a través de el, es decir la carga introducida fluye libremente y se distribuye.

• LEY DE COULOMB.

El físico francés Charles A. Coulomb (1736-1806) realizo una serie de experimentos utilizando una balanza de torsión, con la que percibió que entre 2 cuerpos cargados eléctricamente se ejercía una fuerza, misma que podía ser de atracción o de repulsión (dependiendo del signo de las cargas) y que estaba en relación con la distancia a la que se encontraban dichos cuerpos.

Coulomb enuncio la siguiente ley: la fuerza que ejercen entre sí dos cuerpos cargados eléctricamente, es directamente proporcional al producto de su carga eléctrica, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. 

• CAMPO ELÉCTRICO.

En el caso de la carga eléctrica es posible describir su influencia sobre otras definiendo el campo eléctrico como la fuerza eléctrica por unidad de carga (positiva). El campo eléctrico € que existe en un punto es la fuerza electroestática experimentada por una carga eléctrica colocada en ese punto y dividida entre la misma.
El campo puedo presentarse por las llamadas líneas de campo eléctrico, o línea de fuerza, las cuales fueron propuestas originalmente por el físico ingles Michael Faraday (1791-1867).En general las lineas de campo eléctrico siempre están dirigidas hacia afuera de las cargas positivas y hacia adentro de las negativas.Las lineas de campo eléctrico no siempre son rectas.

• POTENCIAL ELÉCTRICO.

Al trasladar una carga entre dos puntos A y B de un campo eléctrico, en sentido contrario a la línea de fuerza y a velocidad constante, esta realizara un trabajo para contrarrestar la fuerza que recibe. Este trabajo depende de la magnitud de la carga y es igual a la diferencia de energía potencial que existe entre ambos puntos.

• CORRIENTE ELÉCTRICA.

 La corriente eléctrica se mide Coulomb/ segundo, unidad que se le denomina Ampere (A). Cuando la corriente eléctrica pasa a través del conductor se producen algunos efectos, por ejemplo: la temperatura del conductor aumenta y se genera campo magnético alrededor de él.

•  RESISTENCIA ELÉCTRICA Y LEY DE OHM.

La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de corriente.

La resistencia de cualquier objeto depende únicamente de su geometría y de su resistividad, por geometría se entiende a la longitud y el área del objeto mientras que la resistividad es un parámetro que depende del material del objeto y de la temperatura a la cual se encuentra sometido. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón entre la caída de tensión y la corriente en dicha resistencia, así:

donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios.

La ley de Ohm establece que la intensidad eléctrica que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos, existiendo una constante de proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha constante de proporcionalidad es la conductancia eléctrica, que es inversa a la resistencia eléctrica.

La ecuación matemática que describe esta relación es:

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, G es la conductancia en siemens y Res la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.

• CIRCUITOS ELÉCTRICOS RESISTIVOS EN SERIE, PARALELO Y MIXTO.

Los circuitos eléctricos son representaciones graficas de elementos conectados entre sí para formar una trayectoria por la cual circula una corriente eléctrica, en la que la fuente de energía y el dispositivo consumidor de energía están conectados por medio de cables conductores, a través de los cuales circula la carga.
-Circuito en serie:
 Los circuitos eléctricos son representaciones gráficas de elementos conectados entre sí para formar una trayectoria por la cual circula una corriente eléctrica, en la que la fuente de energía y el dispositivo consumidor de energía están conectados por medio de cables conductores, a través de los cuales circula la carga.
 -Circuito paralelo:


En voltaje en un circuito eléctrico en paralelo es el mismo en todos sus elementos. La corriente eléctrica total del circuito será igual a la sumatoria de todas las corrientes individuales de los elementos que lo componen. La resistencia equivalente en un circuito eléctrico en paralelo es igual al inverso de la suma algebraica de los inversos de la resistencia que lo integran y su valor siempre será menor que cualquiera de la resistencia existentes en el circuito.
-Circuito mixto:

La intensidad total de la corriente es un circuito mixto depende de la resistencia total ofrecida por el circuito cuando se le conecta a una fuente de voltaje.

• POTENCIA ELÉCTRICA Y EL EFECTO JOULE.

Se conoce como efecto Joule al fenómeno por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor, el físico británico James Prescott Joule.

El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuos choques entre ellos y como consecuencia un aumento de la temperatura en el propio cable.

• INSTRUMENTOS ELÉCTRICOS DE MEDICIÓN.

El voltaje y la corriente eléctrica pueden ser medidos con instrumentos denominados voltímetros y amperímetros, respectivamente. Se pueden encontrar tanto digitales como análogos, en los cuales el dispositivo principal de su funcionamiento es el galvanómetro.
El amperímetro es un dispositivo para medir la corriente eléctrica y debe conectarse en el circuito de manera tal que la corriente pase directamente a través de él (serie). El voltímetro es un instrumento que mide el voltaje entre dos puntos A y B, en un circuito, y debe conectarse entre estos puntos (paralelo).

 Un amperímetro ideal debe tener una resistencia muy pequeña debido a que se conecta es serie con el circuito y es necesario que no afecte el valor de la medición. Un voltímetro debe tener una resistencia muy alta para que no se produzca un aumento de corriente y modifique el valor del voltaje.

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•  INTRODUCCIÓN.

Aquí se hablara de los temas referentes a el magnetismo y se vincula con electricidad, las características de los imanes, sus diferentes tipos y la importancia que tienen en la comprensión de la fuerza magnética. La definición de campo magnético y como calcular su intensidad, a partir de la fuerza magnética y la velocidad y ubicación de una carga. Las leyes de Faraday y Lenz, así como los fenómenos de inducción mutua y autoinducción, mismos que son el fundamento de los motores, generadores y transformadores eléctricos.

• MAGNETISMO.

El magnetismo como disciplina se desarrollo muchos siglos después con los experimentos de Ampere, Oersted, Faraday y Maxwell, quienes investigaron sobre las características de los fenómenos magnéticos.                                                                                                                                  El magnetismo representa un tópico de suma importancia en el estudio de la electricidad. Ambos fenómenos pueden separarse ya que siempre que aparece una corriente eléctrica, existe magnetismo debido a que las cargas en movimiento, es decir, la corriente eléctrica se comporta como imanes produciendo campos magnéticos. Cuando se habla de magnetismo es inevitable no hablar de los imanes los cuales son aquellos materiales que generan un campo magnético cuyo comportamiento pone de manifiesto que en ellos existe un par de zonas extremas o polos, donde la acción magnética es más intensa; estos polos magnéticos no son iguales, para comprobarlo basta colocar dos imanes idénticos uno contra el otro, observando la existencia de atracción o repulsión mutua al aproximar sus polos.                                                                                                                                                                  En términos de magnetismo, la tierra se comporta como si cerca de su centro existente una barra imantada. Por lo tanto el polo norte magnético de la tierra es en realidad el polo sur geográfico y viceversa. El polo norte geográfico de la tierra es el lugar donde el eje de rotación cruza la superficie del hemisferio norte, mientras que el polo norte magnético es la ubicación hacia la que apunta el extremo norte de la aguja de una brújula. Las líneas del campo magnético no son paralelas en todos los puntos, sino que entre más cerca se este de los dos polos, las líneas se vuelven casi perpendiculares a la superficie de la tierra y el ángulo que se genera se le denomina ANGULO DE INCLINACION.                                                                

Los imanes se comportan como las cargas eléctricas en el sentido de que sus polos se atraen o repelen, es decir, los polos del mismo tipo se repelen y los polos de distinto tipo se atraen. Esta característica pone de manifiesto la similitud existente entre el magnetismo y la corriente eléctrica.

• TIPOS DE IMÁN.

Existen dos tipos de imán: naturales y artificiales. Los primeros son aquellos materiales que poseen fuerzas magnéticas al ser extraídas de la tierra, como la magnética. Los segundos son materiales que han sido imantados de manera simulada, ya sea por frotación o inducción magnética.

Los imanes también se clasifican por su duración, convirtiéndolos en permanentes o temporales.los permanentes son imanes artificiales que han sido sometidos a algún tipo de tratamiento térmico y magnetizados por medio de corriente eléctrica. Los temporales son aquellos que, a a pesar de ser magnetizados artificialmente, pueden ser de barra o de herradura y se hallan con mucha frecuencia en los laboratorios escolares.

• CAMPO MAGNÉTICO.

Campo magnético es el espacio que rodea a un imán y donde se manifiestan las fuerzas de atracción o repulsión que este ejerce, siendo el medio a través del cual se propagan los efectos magnéticos. Las fuerzas magnéticas son fuerzas de acción a distancia que permiten recurrir a la idea física del campo eléctrico, se recurre a la noción de líneas de fuerza.

La intensidad de un campo magnético, también conocida como inducción magnética, se presenta con la letra B y es una cantidad vectorial con dirección en sentido expresados mediante las líneas de fuerza magnética. La magnitud del campo magnético B en cualquier punto del espacio se expresa mediante la siguiente ecuación:

En la ecuación anterior, F representa la magnitud de la fuerza magnética que se ejerce sobre una carga q₀ cuya velocidad v forma un ángulo con el campo. La dirección B es aquella en la que debe desplazarse la carga para que la fuerza magnética sea nula, es decir, la de las líneas de fuerza.

• ELECTROMAGNETISMO.

Hecht nos dice que las cargas eléctricas generan campos eléctricos. El electromagnetismo, el cual es junto con la interacción gravitaría y las interacciones nucleares, una de las cuatro interacciones fundamentales del universo.

• CAMPOS MAGNÉTICOS PRODUCIDOS POR MEDIO DE UNA CORRIENTE ELÉCTRICA.

Al inducir una corriente eléctrica atreves de un conductor, las líneas de fuerza del campo magnético resultante forman circunferencias concéntricas alrededor del mismo. Como lo menciona Cutnell, la regla de la mano derecha la cual le permite relacionar el sentido de una corriente eléctrica rectilínea con el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético B generado por la misma. 

• CAMPO MAGNÉTICO EN UNA ESPIRAL.

La relación entre la polaridad magnética de una espiral y el sentido de la corriente que circula a través de ella la establece la regla de la mano derecha No.2, donde una cara es norte cuando un observador situado frente a ella ve circular la corriente de derecha a izquierda, y en sur en el caso contrario.

• INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA.

Se conoce como inducción electro magnética al fenómeno de generar una fem inducida a partir de un campo magnético. Para ello, debemos tener en cuenta lo siguiente: entre más rápido cruce el conductor a través del campo, más vueltas existan en la bobina y más intenso sea el campo magnético, mayor será la fem inducida y el flujo de la corriente.

• LEY DE FARADAY.

La ley de Faraday establece que una fem es generada si el flujo cambia por alguna razón.

El flujo magnetico pasa a través de una bobina que tiene N numero de vueltas, por lo tanto la fem inducida en dicha bobina durante un intervalo de tiempo es N veces el cambio de flujo a través de cada vuelta dividido entre ese tiempo. Este fenómeno se describe mediante la ley de Faraday de la inducción magnética.

• LEY DE LENZ.

El físico ruso Heinrich Fridrich Emil Lenz, que expresa en la ley de Lenz: la dirección dela fem inducida y por consiguiente el flujo de corriente, es tal que el campo magnético formado se opone al movimiento que lo produce.

• GENERADOR MOTO ELÉCTRICO.

El generador eléctrico es el dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica, mientras que el motor hace lo contrario: transforma la energía eléctrica en mecánica ambos utilizan la interacción entre conductores en movimiento y campos magnéticos. La mayor cantidad de energía eléctrica que se suministra hoy en día se genera a partir de los generadores eléctricos.

Los generadores de corriente directa se clasifican según el método de excitación empleado.  Los generadores de excitación separada usan una fuente externa de corriente para magnetizar los campos.

Los polos de la armadura son atraídos hacia lospolos del campo produciendo el giro de la armadura.los motores de corriente directa se clasifican en:

-de excitación independiente

- de excitación serie

- de derivación

- de excitación compuesta.

La ley de Lenz, la fem inducida actúa en contra del voltaje aplicado, generando una fuerza contra  electromotriz que limita el flujo de la corriente de la armadura. Mientras mayor se la velocidad del motor, mayor será el cambio de flujo a través de la bobina y por ende la fuerza contra electromotriz. Se conoce como motor asíncrono al de corriente alterna cuya parte móvil gira a una velocidad distinta a la de sincronismo. Los motores de coriente alterna, tanto monofásicos como tarifasicos, son los de mayor aplicación gracias a su facilidad de uso, poco mantenimiento y bajo costo de fabricación y se clasifican de la siguiente manera:

-motores síncronos

-motores asíncronos

-monofasicos:

De bobinado auxiliar

De espiral en cortocircuito

Universal

_tarifasicos:

De rotor bobinado

Jaula de ardilla.

• INDUCCIÓN MUTUA Y AUTOINDUCCION.

La inducción mutua es el fenómeno por el cual una corriente variable en un circuito induce una fem en otro.  La variación de la intensidad de corriente en una bobina da lugar a un campo magnetico variable, el cual origina un flujo magnético también variable que atraviesa la otra bobina e induce en ella, de acuerdo con la ley de Faraday, una fem.

El fenómeno de la autoinducción consiste en una inducción de la propia corriente sobre si misma. Una bobina aislada por la que la circula una corriente variable puede considerarse atravesada por un flujo también variable debido a su propio campo magnetico, lo que dara lugar a una fem autoinducida.

• TRANSFORMADORES.

Los fenómenos de la autoinducción y la inducción mutua constituyen el fundamento del transformador eléctrico, un dispositivo sirve para aumentar o disminuir la tensión eléctrica. Un transformador consta en esencia, de dos bobinas arrolladas a un mismo núcleo de hierro. En los transformadores comerciales el rendimiento es muy elevado, lo que significa que se pierde poca energía en el proceso de transformación. El transporte de la electricidad a baja intensidad reduce la perdida considerablemente en forma de calor a lo  largo del trayecto que separa las centrales eléctricas de las ciudades.