{"id":2005,"date":"2023-09-22T12:28:00","date_gmt":"2023-09-22T18:28:00","guid":{"rendered":"https:\/\/blogceta.zaragoza.unam.mx\/energia\/?page_id=2005"},"modified":"2025-05-21T13:59:15","modified_gmt":"2025-05-21T19:59:15","slug":"elec1","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/blogceta.zaragoza.unam.mx\/energia\/ingenieria-electrica\/elec1\/","title":{"rendered":"El\u00e9ctrica 1. Introducci\u00f3n"},"content":{"rendered":"
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La electricidad<\/strong> es un fen\u00f3meno f\u00edsico cuyo origen son las cargas el\u00e9ctricas y cuya energ\u00eda se manifiesta en fen\u00f3menos mec\u00e1nicos, t\u00e9rmicos, luminosos y qu\u00edmicos, entre otros. Es la base del funcionamiento de muchas m\u00e1quinas, desde peque\u00f1os electrodom\u00e9sticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta velocidad, y asimismo de todos los dispositivos electr\u00f3nico.<\/p>\n\n\n\n

Se denomina suministro el\u00e9ctrico al conjunto de etapas que son necesarias para que la energ\u00eda el\u00e9ctrica llegue al consumidor final. Como la energ\u00eda el\u00e9ctrica es dif\u00edcil de almacenar, este sistema tiene la particularidad de generar y distribuir la energ\u00eda conforme \u00e9sta es consumida. Por otra parte, debido a la importancia de la energ\u00eda el\u00e9ctrica, el suministro es vital para el desarrollo de los pa\u00edses y de inter\u00e9s para los gobiernos nacionales, por lo que estos cuentan con instituciones especializadas en el seguimiento de las tres etapas fundamentales: generaci\u00f3n, transmisi\u00f3n y distribuci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Contenido<\/h2>\n\n\n\n

1.1\u00a0Carga el\u00e9ctrica<\/a>.
1.2\u00a0Campo el\u00e9ctrico<\/a>.
1.3\u00a0Potencial el\u00e9ctrico<\/a>.
1.4\u00a0Capacitores y diel\u00e9ctricos<\/a>.
1.5\u00a0Corriente el\u00e9ctrica y resistencia<\/a>.
1.6\u00a0Fuerza electromotriz y circuitos<\/a>.
1.7\u00a0Campo magn\u00e9tico<\/a>.
1.8\u00a0Inductancia<\/a>.
1.9\u00a0Solenoides<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

1.10 Referencias<\/p>\n\n\n\n

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1.1 Carga El\u00e9ctrica<\/h2>\n\n\n\n

Los \u00e1tomos de un cuerpo son el\u00e9ctricamente neutros en su estado natural, tienen el mismo n\u00famero de protones con carga + que electrones con carga -, es decir la carga negativa de sus electrones se anula con la carga positiva de sus protones. <\/p>\n\n\n\n

 Los neutrones no tienen carga el\u00e9ctrica, solo masa.<\/p>\n\n\n

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\"carga<\/figure><\/div>\n\n\n

Podemos cargar un cuerpo positivamente (potencial positivo) si le robamos electrones a sus \u00e1tomos y <\/strong>podemos cargarlo negativamente (potencial negativo) si le a\u00f1adimos electrones. Como ves en la electricidad y en la carga el\u00e9ctrica de los cuerpos solo intervienen los electrones.<\/p>\n\n\n\n

Cuerpo en estado natural ==> Sin Carga El\u00e9ctrica.
Cuerpo con electrones a\u00f1adidos ==> Carga negativa. Tendr\u00e1 un potencial negativo
Cuerpo que le quitamos electrones ==> Carga Positiva. Tendr\u00e1 un potencial positivo.<\/p>\n\n\n\n

Se conoce como carga el\u00e9ctrica de un cuerpo al exceso o defecto de electrones que \u00e9ste posee: Carga negativa significa exceso de electrones. Carga positiva significa defecto de electrones. La unidad de carga el\u00e9ctrica es el Culombio.<\/p>\n\n\n\n

Este defecto o exceso de electrones ser\u00e1n los que puedan producir una corriente el\u00e9ctrica, que como ya debes saber es un movimiento de electrones. En definitiva, un cuerpo como mayor carga el\u00e9ctrica tendr\u00e1 capacidad de producir una corriente el\u00e9ctrica mayor que otro con menos carga el\u00e9ctrica.<\/p>\n\n\n\n

Tambi\u00e9n podemos definir la carga el\u00e9ctrica como la cantidad de electricidad almacenada en un cuerpo.<\/p>\n\n\n\n

Un culombio equivale aproximadamente a un exceso o defecto de 6 trillones de electrones.<\/p>\n\n\n\n

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1.2 Campo El\u00e9ctrico<\/h2>\n\n\n\n

Un campo el\u00e9ctrico es una regi\u00f3n del espacio que interact\u00faa con cargas el\u00e9ctricas o cuerpos cargados mediante una fuerza el\u00e9ctrica. As\u00ed, un campo el\u00e9ctrico es esa regi\u00f3n del espacio que se ha visto modificada por la presencia de una carga el\u00e9ctrica. Si esta carga es positiva, genera l\u00edneas de campo el\u00e9ctrico que \u00abnacen\u00bb en la carga y se extienden hacia fuera con direcci\u00f3n radial. Si, por el contrario, la carga es negativa, las l\u00edneas de campo \u00abmueren\u00bb en la carga. Si se acerca una carga a la regi\u00f3n del espacio donde existe un campo el\u00e9ctrico, \u00e9sta experimentar\u00e1 una fuerza el\u00e9ctrica con una direcci\u00f3n y sentido. Su representaci\u00f3n por medio de un modelo describe el modo en que distintos cuerpos y sistemas de naturaleza el\u00e9ctrica interact\u00faan con \u00e9l.<\/p>\n\n\n\n

El concepto de campo el\u00e9ctrico fue propuesto por primera vez por Michael Faraday, surgido de la necesidad de explicar la acci\u00f3n de fuerzas el\u00e9ctricas a distancia. Este fen\u00f3meno fue clave en su demostraci\u00f3n de la inducci\u00f3n electromagn\u00e9tica en 1831, con lo cual comprob\u00f3 los nexos entre magnetismo y electricidad.<\/p>\n\n\n\n

Unidades del campo el\u00e9ctrico<\/h2>\n\n\n\n

Los campos el\u00e9ctricos no son medibles directamente, con ning\u00fan tipo de aparato. Pero s\u00ed es posible observar su efecto sobre una carga ubicada en sus inmediaciones, es decir, s\u00ed es posible medir la fuerza que act\u00faa sobre la carga (intensidad). Para ello se emplean newton\/coulomb (N\/C).<\/p>\n\n\n\n

F\u00f3rmula del campo el\u00e9ctrico<\/h2>\n\n\n\n

La ecuaci\u00f3n que relaciona un campo el\u00e9ctrico E con la fuerza que ejerce sobre una carga q est\u00e1 dada por la siguiente ecuaci\u00f3n:<\/p>\n\n\n\n

F = qE<\/p>\n\n\n\n

Donde F es la fuerza el\u00e9ctrica que act\u00faa sobre la carga el\u00e9ctrica q introducida en el campo con una intensidad E. Notemos que tanto F como E son magnitudes vectoriales, dotadas de sentido y direcci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

A partir de all\u00ed, es posible avanzar matem\u00e1ticamente al incorporar la Ley de Coulomb, obteniendo que E = F\/q = 1\/4\u03c0\u03f50 = (qi\/r2).\u0213i, donde \u0213i son los vectores unitarios que marcan la direcci\u00f3n de la recta que une cada carga qi con cada carga q.<\/p>\n\n\n\n

Intensidad del campo el\u00e9ctrico<\/h2>\n\n\n\n

La carga el\u00e9ctrica positiva genera un campo el\u00e9ctrico hacia afuera y la negativa, hacia dentro.<\/p>\n\n\n

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La intensidad del campo el\u00e9ctrico es una magnitud vectorial que representa la fuerza el\u00e9ctrica F actuando sobre una carga determinada en una cantidad precisa de Newton\/Coulomb (N\/C). Esta magnitud suele denominarse sencillamente \u201ccampo el\u00e9ctrico\u201d, debido a que el campo en s\u00ed mismo no puede ser medido, sino su efecto sobre una carga determinada.<\/p>\n\n\n\n

Para calcularla se utiliza la f\u00f3rmula F = q.E, tomando en cuenta que si la carga es positiva (q > 0), la fuerza el\u00e9ctrica tendr\u00e1 el mismo signo que el campo y q se mover\u00e1 en el mismo sentido; mientras que si la carga es negativa (q < 0), ocurrir\u00e1 todo al rev\u00e9s.<\/p>\n\n\n\n

Ejemplo de campo el\u00e9ctrico<\/h2>\n\n\n\n

Un ejemplo sencillo del c\u00e1lculo de la intensidad de un campo el\u00e9ctrico es:<\/p>\n\n\n\n

Si introducimos una carga el\u00e9ctrica de 5\u00d710-6 C en un campo el\u00e9ctrico que act\u00faa con una fuerza de 0,04 N, \u00bfcon qu\u00e9 intensidad act\u00faa dicho campo?<\/p>\n\n\n\n

Aplicando la f\u00f3rmula E = F\/q, tenemos que E = 0,04 N \/ 5\u00d710-6 C = 8.000 N\/C.<\/p>\n\n\n\n

Un aporte posterior al campo el\u00e9ctrico fue el de James Maxwell, cuyas ecuaciones describieron m\u00faltiples aspectos de la din\u00e1mica el\u00e9ctrica de estos campos, especialmente en su Teor\u00eda din\u00e1mica del Campo Electromagn\u00e9tico (1865).<\/p>\n\n\n\n

Los campos el\u00e9ctricos pueden ser consecuencia de la presencia de cargas el\u00e9ctricas, o bien de campos magn\u00e9ticos variables, como lo demostraron los experimentos de los cient\u00edficos brit\u00e1nicos Michael Faraday y James C. Maxwell.<\/p>\n\n\n\n

Por esa raz\u00f3n, los campos el\u00e9ctricos, en las perspectivas f\u00edsicas contempor\u00e1neas, se consideran junto a los campos magn\u00e9ticos para formar campos electromagn\u00e9ticos.<\/p>\n\n\n

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\"\"<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n\n\n\n

1.3 Potencial el\u00e9ctrico<\/h2>\n\n\n\n

Diferencia de Potencial o Tensi\u00f3n<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Si tenemos un cuerpo con potencial negativo y otro con potencial positivo, entre estos dos cuerpos tenemos una diferencia de potencial (ddp), tambi\u00e9n llamada en electricidad \u00abTensi\u00f3n\u00bb o Voltaje. Se mide en Voltios.<\/p>\n\n\n\n

 Los \u00e1tomos de todos los materiales tienden a estar en estado neutro, es decir a no tener carga el\u00e9ctrica. Si por alg\u00fan motivo no lo est\u00e1n, siempre van intentar estarlo. Por ejemplo, un \u00e1tomo de un material que no est\u00e9 en estado neutro robar\u00e1 o ceder\u00e1 electrones al \u00e1tomo m\u00e1s cercano a \u00e9l. <\/p>\n\n\n\n

 Si le sobran electrones, los ceder\u00e1 al \u00e1tomo m\u00e1s cercano a el, si le faltan electrones (tendr\u00e1 huecos) robar\u00e1 electrones del \u00e1tomo mas cercano a el para conseguir estar en estado neutro.<\/p>\n\n\n\n

 Si conectamos dos cuerpos, uno con carga positiva y otro con carga negativa con un conductor (elemento por el que pueden moverse los electrones f\u00e1cilmente) los electrones sobrantes del cuerpo con potencial negativo pasar\u00e1n por el conductor al cuerpo con potencial positivo, para que los dos cuerpos tiendan a su estado natural, es decir neutro.<\/p>\n\n\n\n

 Acabamos de generar corriente el\u00e9ctrica, ya que este movimiento de electrones es lo que se conoce como corriente el\u00e9ctrica. <\/p>\n\n\n

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\"magnitudes<\/figure><\/div>\n\n\n

 L\u00f3gicamente la corriente cesar\u00e1 cuando todos los electrones de la parte negativa pasen a la parte positiva, o si existe un corte en el conductor.<\/p>\n\n\n\n

Si queremos mantener la ddp y la corriente el\u00e9ctrica entre los dos puntos, necesitamos una m\u00e1quina que sea capaz de robar los e- cuando lleguen a la parte positiva y los devuelva a la parte negativa.<\/p>\n\n\n\n

Las m\u00e1quinas que son capaces de mantener una ddp entre dos puntos con el paso del tiempo se llaman generadores el\u00e9ctricos.<\/p>\n\n\n

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\"generador<\/figure><\/div>\n\n\n

Tener una diferencia de potencial entre dos puntos y conectarlos por medio de un conductor permite la circulaci\u00f3n de la electricidad. Esto lo consiguen los generadores el\u00e9ctricos como las pilas, las dinamos o los alternadores.<\/p>\n\n\n\n

 La diferencia de carga entre los dos cuerpos, ser\u00e1 la causante de que tengamos m\u00e1s a menos corriente el\u00e9ctrica por el conductor cuando se conecten los cuerpos. Esta carga de un cuerpo recuerda que se mide en culombios (C).<\/p>\n\n\n\n

 A m\u00e1s tensi\u00f3n ==> mayor corriente el\u00e9ctrica por el circuito.<\/p>\n\n\n\n

 Realmente el sentido de la corriente el\u00e9ctrica es siempre del polo negativo al polo positivo, pero convencionalmente, para resolver ejercicios de electricidad, se considera al rev\u00e9s.<\/p>\n\n\n\n

 Este criterio se debe a razones hist\u00f3ricas ya que en la \u00e9poca en que trat\u00f3 de explicarse c\u00f3mo flu\u00eda la corriente el\u00e9ctrica por los materiales, la comunidad cient\u00edfica desconoc\u00eda la existencia de los electrones y decidi\u00f3 ese sentido, aunque podr\u00eda haber acordando lo contrario. No obstante en la pr\u00e1ctica, ese error no influye para nada en lo que al estudio de la corriente el\u00e9ctrica se refiere.<\/p>\n\n\n\n

 Para no liarnos podemos decir que la corriente de electrones es de negativo a positivo y la tensi\u00f3n es de positivo a negativo.  <\/p>\n\n\n\n

En un enchufe hay tensi\u00f3n, s\u00f3lo cuando conectemos el circuito al enchufe y empieza a circular la corriente (electrones) por el circuito y eso es gracias hay que hay tensi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Entre los dos polos de una pila hay tensi\u00f3n y al conectar la bombilla pasa corriente de un extremo a otro y la bombilla luce. Si hay mayor tensi\u00f3n entre dos polos, habr\u00e1 mayor cantidad de electrones y con m\u00e1s velocidad pasaran de un polo al otro, es decir habr\u00e1 mayor corriente el\u00e9ctrica y el brillo en la bombilla ser\u00e1 m\u00e1s intenso. <\/p>\n\n\n\n

La tensi\u00f3n se mide en Voltios. Cuando la tensi\u00f3n es de 0V (cero voltios, no hay diferencia de potencial entre un polo y el otro) ya no hay posibilidad de corriente y si fuera una pila, diremos que la pila se ha agotado. 

 El aparato de medida de la tensi\u00f3n es el volt\u00edmetro.<\/p>\n\n\n\n

 Los Generadores, que son los aparatos que mantienen la tensi\u00f3n entre dos puntos para que al conectar el circuito se genere corriente. Estos generadores pueden ser dinamos, alternadores, pilas, bater\u00edas y acumuladores.<\/p>\n\n\n\n

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\"\"<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n\n\n\n

1.4 Capacitores y diel\u00e9ctrico<\/h2>\n\n\n\n

Los capacitores<\/strong> son dispositivos que almacenan energ\u00eda, disponibles en muchos tama\u00f1os y formas. Consisten en dos placas de material conductor (generalmente un metal fino) ubicado entre un aislador de cer\u00e1mica, pel\u00edcula, vidrio u otros materiales, incluso aire.<\/p>\n\n\n\n

El aislante tambi\u00e9n se conoce como un diel\u00e9ctrico y aumenta la capacidad de carga de un capacitor. A veces, los capacitores se llaman condensadores en la industria automotriz, marina y aeron\u00e1utica.<\/p>\n\n\n\n

Las placas internas est\u00e1n conectadas a dos terminales externos, que a veces son largos y finos, y se asemejan a diminutas antenas o patas met\u00e1licas. Estos terminales se pueden conectar a un circuito.<\/p>\n\n\n\n

Los capacitores y las bater\u00edas almacenan energ\u00eda. Mientras que las bater\u00edas liberan energ\u00eda poco a poco, los capacitores la descargan r\u00e1pidamente.<\/p>\n\n\n\n

Ver tipos de capacitores<\/p>\n\n\n\n

Capacitancia<\/h2>\n\n\n\n

La capacitancia<\/strong> es la capacidad de un componente o circuito para recoger y almacenar energ\u00eda en forma de carga el\u00e9ctrica. Se expresa como la relaci\u00f3n entre la carga el\u00e9ctrica de cada conductor y la diferencia de potencial (es decir, tensi\u00f3n) entre ellos. El valor de la capacitancia de un capacitor se mide en faradios (F).<\/p>\n\n\n\n

En los circuitos el\u00e9ctricos, los capacitores se usan con frecuencia para bloquear la corriente continua (CC), a la vez que permiten el flujo de la corriente alterna (CA).<\/p>\n\n\n\n

Partes de un capacitor:<\/p>\n\n\n\n

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  • Placas met\u00e1licas:<\/strong> Estas placas se encargan de almacenar las cargas el\u00e9ctricas.<\/li>\n\n\n\n
  • Dial\u00e9ctico o aislante:<\/strong> Sirve para evitar el contacto entre las dos placas.<\/li>\n\n\n\n
  • Carcasa de pl\u00e1stico:<\/strong> Cubre las partes internas del capacitor.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n
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    \"Tecnolog\u00eda<\/figure><\/div>\n\n\n

    Diel\u00e9ctrico<\/h1>\n\n\n\n

    Los materiales diel\u00e9ctricos son aquellos donde todos los electrones de los \u00e1tomos o mol\u00e9culas, que se aglutinan para formar el agregado s\u00f3lido, l\u00edquido o gas, participan en el enlace, quedando fuertemente ligados a los n\u00facleos, de modo que no existen electrones de conducci\u00f3n (portadores de carga libres) capaces de desplazarse por el volumen del material.<\/p>\n\n\n\n

    Usos de los materiales diel\u00e9ctricos<\/p>\n\n\n\n

    Los materiales diel\u00e9ctricos que m\u00e1s se utilizan est\u00e1 el vidrio, el papel, la madera, la porcelana, la cer\u00e1mica, la cera, la mica y algunos pl\u00e1sticos. Estas sustancias s\u00f3lidas suelen tener m\u00e1s aplicaciones dentro de la ingenier\u00eda el\u00e9ctrica, para envolver los conductores magn\u00e9ticos de los embobinados.<\/p>\n\n\n\n

    Los diel\u00e9ctricos l\u00edquidos son el aceite mineral, el aceite de ricino y las siliconas, entre otros. Se utilizan como condensadores y selladores, y en el caso del aceite, se emplea en los transformadores para ayudar a prevenir descargas.<\/p>\n\n\n\n

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