No entendes fisica? Te doy una mano (II)

Primera parte NO ENTENDES QUIMICA? TE DOY UNA MANO CARGA ELÉCTRICA Y CAMPO ELÉCTRICO Carga eléctrica La carga eléctrica q está cuantizada, es decir la carga eléctrica se presenta en forma de “paquetes” discretos y se escribe que q = ±Ne. Donde N es un numero entero y e es la carga de un electrón/protón. Electrostática: es la interacción que surge entre cargas eléctricas en reposo (o casi reposo). Dos cargas positivas se repelen entre sí, al igual que dos cargas negativas. Una carga positiva y una negativa se atraen. Principio de conservación de la carga: establece que la suma algebraica de todas las cargas eléctricas en cualquier sistema cerrado es constante. En cualquier proceso de carga, ésta no se crea ni se destruye, solo se transfiere de un cuerpo a otro Conductores, aislantes y cargas inducidas Los conductores son aquellos materiales que permiten el movimiento fácil de las cargas a través de ellos, mientras que los aislantes no lo hacen. En los conductores (la mayoría de los metales) uno o más de los electrones externos de cada átomo se liberan y mueven con libertad a través del material; en cambio, en un material aislante no hay electrones libres, o hay muy pocos, y la carga eléctrica no se mueve con facilidad a través del material. Algunos materiales se denominan semiconductores debido a que sus propiedades eléctricas se ubican entre los conductores y los aislantes. Inducción: Es el proceso por el cual un cuerpo da a otro cuerpo una carga de signo contrario, sin que pierda una parte de su propia carga. Cargas inducidas: Se produce cuando un objeto cargado repele o atrae los electrones de la superficie de un segundo objeto. Esto crea una región en el segundo objeto que está con una mayor carga positiva, creándose una fuerza atractiva entre los objetos, este efecto se llama polarización Ley de Coulomb Establece que la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa; es decir: El sentido de la fuerza eléctrica dependerá de los signos de las cargas; dos cargas positivas se repelen entre sí, al igual que dos cargas negativas; una carga positiva y una negativa se atraen. La fuerza eléctrica ejercida por sobre es igual en magnitud pero en sentido opuesto que la ejercida por sobre ; es decir: Cuando dos cargas ejercen fuerzas de manera simultánea sobre una tercera carga, la fuerza total que actúa sobre esa carga es la suma vectorial de las fuerzas que las dos cargas ejercerían individualmente. El campo eléctrico y las fuerzas eléctricas El campo eléctrico ,una cantidad vectorial, es la fuerza por unidad de carga que se ejerce sobre una carga de prueba en cualquier punto, siempre que la carga de prueba sea tan pequeña que no perturbe las cargas que generan el campo. Básicamente, un cuerpo origina un campo en el espacio que lo rodea, y un segundo cuerpo responde a dicho campo. El campo eléctrico producido por una carga puntual está dirigido radialmente hacia fuera de la carga (positiva) o hacia ella (negativa). Un campo eléctrico, produce una fuerza sobre una carga puntual, cuyo valor esta dado por: Superposición de campos eléctricos Este principio establece que el campo eléctrico de cualquier combinación de cargas es la suma vectorial de los campos producidos por las cargas individuales. Para calcular el campo eléctrico generado por una distribución continua de carga, la distribución se divide en elementos pequeños, se calcula el campo producido por cada elemento, y luego se hace la suma vectorial o la suma de cada componente, por lo general con técnicas de integración. Las distribuciones de carga están descritas por la densidad lineal de carga (λ), densidad superficial de carga (σ) y densidad volumétrica de carga (ρ). Líneas de campo eléctrico Proporcionan una representación gráfica de los campos eléctricos. En cualquier punto sobre una línea de campo, la tangente a la línea está en dirección de en ese punto. El número de líneas por unidad de área (perpendicular a su dirección) es proporcional a la magnitud de en ese punto; en consecuencia, las líneas de campo estarán cercanas donde el campo eléctrico sea intenso y separadas donde el campo sea débil. Dipolos eléctricos Consisten es un par de cargas puntuales de igual magnitud y signos opuestos (una carga positiva q y una carga negativa -q) separadas por una distancia d. Por definición, el momento dipolar tiene magnitud La dirección de va de la carga negativa a la carga positiva. Un dipolo eléctrico es un campo eléctrico que experimenta un de torsión , igual al producto vectorial de y . La magnitud del par de torsión depende del ángulo entre y . La energía potencial, U, para un dipolo eléctrico en un campo eléctrico también depende de la orientación relativa de y. LEY DE GAUSS Flujo eléctrico Ley de Gauss La ley de Gauss establece que el flujo eléctrico total a través de una superficie cerrada, que se escribe como la integral de superficie de la componente de que es normal a la superficie, es igual a la carga total encerrada por la superficie dividida por la constante de permeabilidad del medio. La ley de Gauss es un equivalente lógico de la ley de Coulomb, pero su uso simplifica mucho los problemas con un alto grado de simetría y además de que es válida en situaciones no electrostáticas en las que la ley de Coulomb no es aplicable. La ley de Gauss es válida para cualquier distribución de cargas y cualquier superficie cerrada. POTENCIAL ELÉCTRICO Sea positiva o negativa la carga de prueba; U aumenta si la carga de prueba se mueve en la dirección opuesta a la fuerza eléctrica y U disminuye si se mueve en la misma dirección que Energía potencial eléctrica de dos cargas puntuales: La idea de la energía potencial eléctrica no se restringe al caso especial de un campo eléctrico uniforme; este concepto se puede aplicar a una carga puntual en cualquier campo eléctrico generado por una distribución de carga estática. Sabiendo que cualquier distribución de carga se representa como un conjunto de cargas puntuales; es útil calcular el trabajo realizado sobre una carga de prueba 􀀁􀀑 que se mueve en el campo eléctrico ocasionado por una sola carga puntual estacionaria q En primer lugar se considerará un desplazamiento a lo largo de una línea radial, desde el punto a al punto b. La fuerza radial será:Si q􀀁 y 􀀁􀀑 tienen el mismo signo (+ o -), la fuerza es de repulsión y es positiva; si las dos cargas tienen signos opuestos, la fuerza es de atracción y 􀀆es negativa. La fuerza no es constante durante el desplazamiento, y se tiene que integrar para obtener el trabajo , que resulta ser: Si se considera un desplazamiento más general: Pero es decir, que el trabajo realizado durante un desplazamiento pequeño dl depende sólo del cambio dr en la distancia r entre las cargas, el cual es la componente radial del desplazamiento. Potencial eléctrico El potencial eléctrico está estrechamente relacionado con el campo eléctrico . El potencial es la energía potencial por unidad de carga. Se define el potencial V en cualquier punto en el campo eléctrico como la energía potencial U por unidad de carga asociada con una carga de prueba en ese punto: Tanto la energía potencial como la carga son escalares, por la que el potencial es una cantidad escalar. La unidad SI para el potencial se llama volt (V), y es igual a: Al dividir la ecuación de diferencia de energía potencial eléctrica por se obtiene: Cálculo del potencial eléctrico Superficies equipotenciales y líneas de campo Como la energía potencial no cambia a medida que una carga de prueba se traslada sobre una superficie equipotencial, el campo eléctrico no realiza trabajo sobre esa carga. De ello se deriva que debe ser perpendicular a la superficie en cada punto, de manera que la fuerza eléctrica siempre es perpendicular al desplazamiento de una carga que se mueva sobre la superficie. Las líneas de campo y las superficies equipotenciales siempre son perpendiculares entre sí. En general, las líneas de campo son curvas, y las equipotenciales son superficies curvas. En las regiones en que la magnitud de es grande, las superficies equipotenciales están cerca entre sí porque el campo efectúa una cantidad relativamente grande de trabajo sobre una carga de prueba en un desplazamiento más bien pequeño. En una superficie equipotencial dada, el potencial V tiene el mismo valor en todos los puntos. Sin embargo, en general la magnitud del campo eléctrico E no es la misma en todos los puntos sobre una superficie equipotencial. CAPACITANCIA Y DIELÉCTRICOS Capacitores y capacitancia Un capacitor es un dispositivo que almacena energía potencial eléctrica y carga eléctrica. Para almacenar energía en este dispositivo hay que transferir carga de un conductor al otro, de manera que uno tenga carga negativa y en el otro haya una cantidad igual de carga positiva. Debe realizarse trabajo para trasladar las cargas a través de la diferencia de potencial resultante entre los conductores, y el trabajo efectuado se almacena como energía potencial eléctrica. Para un capacitor en particular, la razón entre la carga de cada conductor y la diferencia de potencial entre los conductores es una constante llamada capacitancia. La capacitancia depende de las dimensiones y las formas de los conductores y del material aislante (si lo hay) entre ellos; esta aumenta cuando está presente un material aislante (un dieléctrico). Esto sucede porque en el interior del material aislante ocurre una redistribución de la carga, llamada polarización. La energía almacenada en un capacitor con carga, guarda relación con el campo eléctrico en el espacio entre los conductores. El capacitor permite almacenar energía en un campo electrostático. Dos conductores separados por un aislante (o vacío) constituyen un capacitor. En la mayoría de las aplicaciones prácticas, cada conductor tiene inicialmente una carga neta cero, y los electrones son transferidos de un conductor al otro; a esta acción se le denomina cargar el capacitor. Capacitores en serie y en paralelo Capacitores en serie: Se conectan en serie dos capacitores (uno en seguida del otro) mediante alambres conductores entre los puntos a y b. Cuando se aplica una diferencia de potencial positiva y constante entre los puntos a y b, los capacitores se cargan, de manera que todas las placas conductoras tienen la misma magnitud de carga. La carga total en la placa inferior de y la placa superior de , en conjunto, debe ser siempre igual a cero porque tales placas sólo están conectadas una con otra y con nada más. Así, en una conexión en serie, la magnitud de la carga en todas las placas es la misma. Capacitores en paralelo Las placas superiores de los capacitores están conectadas mediante alambres conductores para formar una superficie equipotencial, y las placas inferiores forman otra. Entonces, en una conexión en paralelo, la diferencia de potencial para todos los capacitores individuales es la misma, y es igual . Sin embargo, las cargas no son necesariamente iguales, puesto que pueden llegar cargas a cada capacitor de manera independiente desde la fuente (como una batería) de voltaje . Las cargas son: La carga total Q de la combinación, y por consiguiente la carga total en el capacitor equivalente, es: La capacitancia equivalente de una combinación en paralelo es igual a la suma de las capacitancias individuales. Dieléctricos La mayoría de los capacitores tienen un material no conductor o dieléctrico entre sus placas conductoras. La colocación de un dieléctrico sólido entre las placas de un capacitor tiene tres funciones. La primera es que resuelve el problema mecánico de mantener dos hojas metálicas grandes con una separación muy pequeña sin que hagan contacto. La segunda función es que un dieléctrico incrementa al máximo posible la diferencia de potencial entre las placas del capacitor. Muchos materiales dieléctricos toleran sin romperse campos eléctricos más intensos que los que soporta el aire, y que, por lo tanto, almacene cantidades más grandes de carga y energía. La tercera función es que la capacitancia de un capacitor de dimensiones dadas es mayor cuando entre sus placas hay un material dieléctrico en vez de vacío. Ley de Gauss en Dielectricos La ley de Gauss en un dieléctrico tiene casi la misma forma que en el vacío, con dos diferencias clave: se sustituye por y se sustituye por que incluye solo la carga libre (no la carga ligada) encerrada por la superficie gaussiana: CAMPO MAGNÉTICO Y FUERZAS MAGNÉTICAS Fuerzas magnéticas sobre cargas móviles La fuerza magnética ejercida sobre una carga en movimiento tiene cuatro características esenciales. La primera es que su magnitud es proporcional a la magnitud de la carga. La segunda característica es que la magnitud de la fuerza también es proporcional a la magnitud del campo . La tercera característica es que la fuerza magnética depende de la velocidad de la partícula. Y la cuarta característica es que los experimentos indican que la fuerza magnética no tiene la misma dirección que el campo magnético sino que siempre es perpendicular tanto a como a la velocidad Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético FUENTES DE CAMPO MAGNÉTICO Campo magnético de una carga en movimiento El campo magnético creado por una carga q en movimiento con velocidad es proporcional a |q| y depende de la distancia r entre el punto de fuente (ubicación de q) y el punto de campo (donde se mide). La dirección de no es a lo largo de la línea que va del punto de fuente al punto de campo, sino que es perpendicular al plano que contiene esta línea y al vector velocidad . Los experimentos demostraron que el campo también es proporcional a la rapidez v de la partícula, al seno del ángulo σ y a una constante de proporcionalidad: El principio de superposición de campos magnéticos establece que el campo total producido por varias cargas en movimiento es la suma vectorial de los campos producidos por las cargas individuales. Una carga puntual en movimiento también produce un campo eléctrico, con líneas de campo que irradian hacia fuera desde una carga positiva, las líneas de campo magnético son círculos con centro en la línea de y que yacen en planos perpendiculares a esta línea. Campo magnético de un conductor que transporta corriente Aplicando la ley de Biot y Savart podemos obtener el campo magnético producido por un conductor recto que conduce corriente. Si tenemos un conductor con longitud 2a que conduce una corriente I. Encontraremos en un punto a una distancia x del conductor, sobre su bisectriz perpendicular. Fuerza entre alambres paralelos Campo magnético de una espira circular de corriente Ley de Ampere LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Sistemas termodinámicos Un sistema termodinámico es cualquier conjunto de objetos que conviene considerar como una unidad, y que podría intercambiar energía con el entorno. Un proceso en el cual hay cambios en el estado de un sistema termodinámico, se denomina proceso termodinámico. Signos del calor y el trabajo Trabajo realizado al cambiar el volumen Consideremos el trabajo efectuado por un sistema durante un cambio de volumen, al expandirse un gas, empuja las superficies de sus fronteras, las cuales se mueven hacia afuera; por lo tanto, siempre realiza trabajo positivo. Podemos entender el trabajo efectuado por un gas en un cambio de volumen considerando sus moléculas. Cuando una de ellas choca contra una superficie estacionaria, ejerce una fuerza momentánea sobre ella pero no realiza trabajo porque la superficie no se mueve. En cambio, si la superficie se mueve, la molécula sí realiza trabajo sobre la superficie durante el choque. Por ejemplo, si el pistón de la figura se mueve a la derecha, de modo que aumente el volumen del gas, las moléculas que golpean el pistón ejercen una fuerza a lo largo de una distancia y realizan trabajo positivo sobre el pistón. Si éste se mueve a la izquierda, reduciendo el volumen del gas, se realiza trabajo positivo sobre la molécula durante el choque. Por lo tanto, las moléculas de gas realizan trabajo negativo sobre el pistón. Tipos de procesos termodinámicos Adiabatico: es aquel en donde no entra ni sale calor del sistema: Q = 0. Podemos evitar el flujo de calor ya sea rodeando el sistema con material térmicamente aislante o realizando el proceso con tal rapidez que no haya tiempo para un flujo de calor apreciable. Por la primera ley, para todo proceso adiabático: Isocórico: se efectúa a volumen constante. Si el volumen de un sistema termodinámico es constante, no efectúa trabajo sobre su entorno, y por lo tanto: Isobárico: se efectúa a presión constante. En general, ninguna de las tres cantidades: ∆U, Q y W es cero en un proceso isobárico, pero aun así es fácil calcular el trabajo: Isotérmico: se efectúa a temperatura constante. Para ello, todo intercambio de calor con el entorno debe efectuarse con tal lentitud para que se mantenga el equilibrio térmico. En general, ninguna de las cantidades ∆U, Q o W es cero en un proceso isotérmico. En algunos casos, la energía interna de un sistema depende únicamente de su temperatura, no de su presión ni de su volumen. El sistema más conocido que posee esta propiedad especial es el gas ideal. Si la temperatura es constante, la energía interna también lo es: Es decir, toda la energía que entre en el sistema como calor Q deberá salir como trabajo W efectuado por el sistema. Tengo para agregar mas sobre termodinamica, temperatura y calor, corriente alterna, inductancia y demas temas, pero no me entra mas y tampoco queria hacerlo demasiado pesado. Gracias por pasarte!