martes, 8 de abril de 2014

Potencial electrico


POTENCIAL ELÉCTRICO
El potencial eléctrico sólo se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en movimiento debe recurrirse a los potenciales de Liénard-Wiechert para representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz. Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuenta con energía y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde el exterior del campo hasta el punto considerado. La unidad del Sistema Internacional es el voltio (V). Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman una superficie equipotencial. Una forma alternativa de ver al potencial eléctrico es que a diferencia de la energía potencial eléctrica o electrostática, él caracteriza sólo una región del espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca allí.

¿QUE ES POTENCIAL ELÉCTRICO?
El potencial electrico es una medida de la capacidad que tiene determinada carga para realizar trabajo eléctrico. Matematicamente, si haces el gradiente cambiado de signo del potencial eléctrico obtendras el campo electrico en un determinado espacio. Vale recordar ademas que se trata de un campo escalar. 






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CAMPO ELÉCTRICO 
El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.1 Se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica \vec F dada por la siguiente ecuación


¿En donde se forma el campo eléctrico?
el campo eléctrico es la perturbación que hay en el espacio debido a la presencia de una carga eléctrica que se encuentra en estado estacionario (reposo o en equilibrio, ya que los campos eléctricos solo se miden en condiciones electrostáticas). no necesariamente existe el campo por una interacion entre dos cargas, con que solo haya una carga presente ya hay campo eléctrico. esto es debido a que esta carga perturba el medio que lo rodea. esta perturbación es precisamente lo que llamamos campo eléctrico. 






Fuerza Electromotriz

 La  fuerza electromotriz(FEM) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico. Con carácter general puede explicarse por la existencia de un campo electromotor \xi \, cuya circulación, \int_S\xi ds \,, define la fuerza electromotriz del generador.
Se define como el trabajo que el generador realiza para pasar por su interior la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo, dividido por el valor en Culombios de dicha carga.
Esto se justifica en el hecho de que cuando circula esta unidad de carga por el circuito exterior al generador, desde el polo positivo al negativo, es necesario realizar un trabajo o consumo de energía (mecánica, química, etcétera) para transportarla por el interior desde un punto de menor potencial (el polo negativo al cual llega) a otro de mayor potencial (el polo positivo por el cual sale).
La FEM se mide en voltios, al igual que el potencial eléctrico.
Por lo que queda que:
P = \frac {R}{A} \,\!
Se relaciona con la diferencia de potencial V \,\! entre los bornes y la resistencia interna r \,\! del generador mediante la fórmula E = V + I r \,\! (el producto Ir \,\! es la caída de potencial que se produce en el interior del generador a causa de la resistencia óhmica que ofrece al paso de la corriente). La FEM de un generador coincide con la diferencia de potencial en circuito abierto.
La fuerza electromotriz de inducción (o inducida) en un circuito cerrado es igual a la variación del flujo de inducción \phi \, del campo magnético que lo atraviesa en la unidad de tiempo, lo que se expresa por la fórmula  \xi = - \frac {\Delta \Phi}{\Delta t} \,\! (Ley de Faraday). El signo - (Ley de Lenz) indica que el sentido de la FEM inducida es tal que se opone al descrito por la ley de Faraday ( \xi = \frac {\Delta \Phi}{\Delta t} \,\!).


Efecto Joule


Se conoce como efecto Joule al fenómeno irreversible por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor1 2 debido a loschoques 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.
Este efecto es utilizado para calcular la energía disipada en un conductor atravesado por una corriente eléctrica de la siguiente manera:
\left . \begin{array}{l} P = V \cdot I \\ E = P \cdot t \end{array} \right \} \; \longrightarrow \quad E = V \cdot I \cdot t
La potencia P disipada en un conductor es igual a la diferencia de potencial V a la que está sometido multiplicada por la intensidad de corriente I que lo atraviesa. La energía desarrollada E es el producto de la potencia P por el tiempo t transcurrido, luego la energía E es el producto de la tensión V por la intensidad I y por el tiempo t.
Si a esta expresión añadimos la Ley de Ohm tendremos:
\left . \begin{array}{l} E = V \cdot I \cdot t \\ I = \cfrac{V}{R} \end{array} \right \} \; \longrightarrow \quad \left \{ \begin{array}{l} E = I^2 \cdot R \cdot t \\ E = \cfrac{V^2}{R} \cdot t \end{array} \right .
La energía desarrollada es igual al cuadrado de la intensidad por la resistencia y por el tiempo, o lo que es lo mismo, el cuadrado de la tensión dividido por la resistencia y por el tiempo.

Microscópicamente el efecto Joule se calcula a través de la integral de volumen del campo eléctrico \vec{E} por la densidad de corriente \vec{J}:
P = \int\!\!\!\int\!\!\!\int_V \vec{J}\cdot \vec{E} dV \,
La resistencia es el componente que transforma la energía eléctrica en calor, (por ejemplo un hornillo eléctrico, una estufa eléctrica, una plancha etc.).





Capacitores 

Un condensador , es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga.
El valor de la capacidad de un condensador viene definido por la siguiente fórmula:
C=\frac{Q_1}{V_1-V_2} = \frac{Q_2}{V_2-V_1}
en donde:
C: Capacitancia o capacidad
Q_1: Carga eléctrica almacenada en la placa 1.
V_1-V_2: Diferencia de potencial entre la placa 1 y la 2.
Nótese que en la definición de capacidad es indiferente que se considere la carga de la placa positiva o la de la negativa, ya que
Q_2 = C(V_2-V_1) = -C(V_1-V_2) = -Q_1\,

Energía almacenada[editar]

Cuando aumenta la diferencia de potencial entre sus terminales, el condensador almacena carga eléctrica debido a la presencia de un campo eléctrico en su interior; cuando esta disminuye, el condensador devuelve dicha carga al circuito. Matemáticamente se puede obtener que la energía \mathcal{E}, almacenada por un condensador con capacidad C, que es conectado a una diferencia de potencial V_1-V_2, viene dada por:
Fórmula para cualesquiera valores de tensión inicial y tensión final: \mathcal{E} =\int_{q_1}^{q_2} V\mathrm{d}q =\int_{q_1}^{q_2} \frac{Q}{C}\mathrm{d}q= \frac{Q^2}{2C} = \frac{1}{2C}((CV_2)^2-(CV_1)^2) = \frac{1}{2}C(V_2^2-V_1^2) Donde q_1 es la carga inicial. q_2es la carga final. V_1 es la tensión inicial. V_2 es la tensión final.
Este hecho es aprovechado para la fabricación de memorias, en las que se aprovecha la capacidad que aparece entre la puerta y el canal de los transistores MOS para ahorrar componentes.








Electroquimica y Ley de Faraday


Electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química.1 En otras palabras, las reacciones químicas que se dan en la interfase de un conductor eléctrico (llamado electrodo, que puede ser un metal o un semiconductor) y un conductor iónico (el electrolito) pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales, un sólido.2
Si una reacción química es conducida mediante una diferencia de potencial aplicada externamente, se hace referencia a una electrólisis. En cambio, si la caída de potencial eléctrico es creada como consecuencia de la reacción química , se conoce como un "acumulador de energía eléctrica", también llamado batería o celda galvánica.
Las reacciones químicas donde se produce una transferencia de electrones entre moléculas se conocen como reacciones redox, y su importancia en la electroquímica es vital, pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo los procesos que generan electricidad o en caso contrario, son producidos como consecuencia de ella.
En general, la electroquímica se encarga de estudiar las situaciones donde se dan reacciones de oxidación y reducción encontrándose separadas, físicamente o temporalmente, se encuentran en un entorno conectado a un circuito eléctrico. Esto último es motivo de estudio de la química analítica, en una subdisciplina conocida como análisis potenciométrico.

Michael Faraday, Químico inglés considerado el fundador de la electroquímica actual.

La ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente ley de Faraday) establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:2
(*)\oint_C \vec{E} \cdot \vec{dl} = - \ { d \over dt } \int_S \vec{B} \cdot \vec{dA}
Donde \vec{E} es el campo eléctrico, d\vec{l} es el elemento infinitesimal del contorno C, \vec{B} es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de \vec{dA} están dadas por la regla de la mano derecha.
Esta ley fue formulada a partir de los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831. Esta ley tiene importantes aplicaciones en la generación de electricidad.




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