Conceptos Fundamentales de Electricidad

La electricidad es una rama fundamental de la física que estudia los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas. A continuación, se definen los conceptos esenciales:

Electroestática y Electrodinámica

Electroestática

Se refiere al estudio de las cargas eléctricas en reposo.

Electrodinámica

Se refiere al estudio de las cargas eléctricas en movimiento, es decir, la corriente eléctrica.

Carga Eléctrica y sus Interacciones

Carga Eléctrica

Es una propiedad fundamental e intrínseca de la materia. Existen cargas positivas (+) y negativas (-). Las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las de signo opuesto se atraen.

Unidad de Carga Elemental

Corresponde a la magnitud de la carga de un electrón o un protón.

Cuerpos Conductores

Son materiales cuyos electrones pueden moverse libremente a través de ellos, facilitando el flujo de corriente eléctrica.

Electrización

Es el proceso mediante el cual un cuerpo adquiere carga eléctrica, pudiendo atraer a otros cuerpos. Se clasifica en:

• Frotamiento: Transferencia de electrones por fricción.
• Contacto: Transferencia directa de carga al tocar un cuerpo cargado.
• Inducción: Redistribución de cargas en un cuerpo neutro por la proximidad de un cuerpo cargado, sin contacto directo.

Fuerza y Campo Eléctrico

Fuerza Eléctrica (F)

La fuerza de interacción entre cargas eléctricas depende de su magnitud, la distancia que las separa y la constante dieléctrica del medio. Su unidad en el Sistema Internacional (S.I.) es el Newton (N).

Ley de Coulomb

Establece que la fuerza de origen eléctrico entre dos cuerpos cargados, ya sea de atracción o repulsión, es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros.

Un Coulomb (1 C)

Es la cantidad de carga que, colocada en el vacío a un metro de otra carga idéntica, ejerce sobre ella una fuerza de 9 x 10⁹ N.

Campo Eléctrico

Es la región del espacio donde se manifiestan fuerzas eléctricas sobre una carga de prueba ubicada en esa zona.

Intensidad de Campo Eléctrico (E)

Es la fuerza ejercida por dicho campo eléctrico sobre cada unidad de carga positiva ubicada en ese punto.

Líneas de Fuerza

Son líneas imaginarias que representan la dirección y magnitud de un campo eléctrico. Parten de cargas positivas y se dirigen hacia cargas negativas o hacia el infinito.

Corriente Eléctrica y Resistencia

Conceptos de Corriente

Corriente Eléctrica

Es el movimiento ordenado de cargas eléctricas a través de un conductor entre dos puntos que están sometidos a una diferencia de potencial eléctrico.

Intensidad de Corriente

Corresponde a la cantidad de carga que pasa por una sección transversal del conductor en cada unidad de tiempo.

Corriente Continua (CC)

El sentido de circulación de las cargas eléctricas no cambia. Es el tipo de corriente que se encuentra en pilas y baterías.

Corriente Alterna (CA)

El sentido de circulación de las cargas eléctricas a través del conductor cambia periódicamente. Es la utilizada en la red eléctrica domiciliaria e industrial.

Resistencia Eléctrica y Ley de Ohm

Resistencia Eléctrica

Es la oposición que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica a través de él. La resistencia eléctrica es una característica intrínseca de cada conductor y depende de:

• Material: Caracterizado por su resistencia específica (resistividad, ρ).
• Longitud (L): Directamente proporcional a la resistencia.
• Sección Transversal (s): Inversamente proporcional a la resistencia.

La resistencia eléctrica de un conductor también es afectada por una variación de temperatura, ya que un cambio de temperatura produce variaciones en sus dimensiones y en la movilidad de los electrones.

Resistencia Específica (Resistividad, ρ)

También conocida como resistividad (ρ), es una propiedad intrínseca de cada material que permite comparar la resistencia eléctrica de diferentes conductores. Corresponde a la resistencia eléctrica de un conductor de un material dado, con unidad de longitud y unidad de área de sección transversal, a una temperatura específica (usualmente 0 °C).

Ley de Ohm

Establece que, para un conductor óhmico, la intensidad de corriente (I) que lo atraviesa es directamente proporcional a la diferencia de potencial (V) aplicada entre sus extremos, e inversamente proporcional a su resistencia (R). La mayoría de los metales cumplen con esta ley; aquellos que no lo hacen se denominan materiales no óhmicos.

Magnitudes Físicas: Clasificación y Tipos

Las distintas magnitudes físicas se clasifican bajo dos criterios principales: según cómo surgen y cómo se expresan.

Criterios de Clasificación

Magnitudes Fundamentales y Derivadas

Desde el punto de vista de cómo surgen, las magnitudes físicas pueden ser:

• Fundamentales: Son aquellas que se definen de forma independiente y sirven de base para otras. Para la mecánica, se eligen como fundamentales: longitud, masa y tiempo.
• Derivadas: Son todas aquellas que se definen a partir de las magnitudes fundamentales. Ejemplos incluyen: rapidez, impulso y velocidad.

Magnitudes Escalares y Vectoriales

Desde el punto de vista de cómo se expresan, las magnitudes físicas pueden ser:

• Escalares: Son aquellas que quedan definidas exclusivamente por una cantidad (un valor numérico y su unidad). Ejemplos: masa, temperatura, tiempo.
• Vectoriales: Son aquellas que quedan totalmente definidas con un módulo (tamaño o valor absoluto), una dirección y un sentido. Ejemplos: fuerza, velocidad, aceleración.

Parámetros Clave del Movimiento (Cinemática)

La cinemática es la rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo producen.

Conceptos Fundamentales del Movimiento

Trayectoria

Es el camino recorrido por un cuerpo en movimiento.

Posición

Es el lugar donde se encuentra un móvil respecto de un punto de referencia.

Distancia Recorrida

Corresponde a la longitud total de la trayectoria seguida por el móvil.

Desplazamiento

Es el cambio de posición de un cuerpo, representado por un vector que va desde la posición inicial hasta la final, y no depende de la forma de la trayectoria seguida.

Rapidez y Velocidad

Rapidez Media

Se define como el cociente entre la distancia recorrida y el tiempo empleado.

• V_m: Rapidez media
• X: Distancia recorrida
• T: Tiempo empleado

Velocidad Media

Se define como el cociente entre el desplazamiento producido y el tiempo empleado.

• V_m: Velocidad media
• 
  r: Desplazamiento
• 
  t: Tiempo

Dependencia del Marco de Referencia

La velocidad que lleva un cuerpo depende del marco de referencia desde el cual se observe su movimiento. Un mismo móvil puede tener distinta velocidad según el marco referencial.

Clasificación del Movimiento

Según la Trayectoria

El movimiento puede ser:

• Rectilíneo
• Circular
• Elíptico
• Parabólico

Según la Velocidad

Considerando la velocidad, el movimiento puede ser:

• Movimiento Uniforme
• Movimiento Uniforme Rectilíneo
• Movimiento Variado
• Movimiento Uniformemente Variado

Movimiento Uniforme (M.U.)

Ocurre cuando la rapidez es constante, lo que significa que el móvil recorre distancias iguales en intervalos de tiempos iguales.

Movimiento Uniforme Rectilíneo (M.U.R.)

La velocidad es constante, implicando tanto rapidez constante como dirección constante (movimiento en línea recta).

La sección transversal (s) de un conductor cilíndrico se calcula como: s = πr²
D