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Principios básicos teóricos

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«Depende del empeño para la cosecha... siembra y cultiva conamor, fe y perseverancia; si dejas para mañana, pueda que lasemilla ya no germine o los frutos no sean de calidad». (Dalhy)

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1 Alcides Mendoza Coba – DALHY

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«Depende del empeño para la cosecha... siembra y cultiva conamor, fe y perseverancia; si dejas para mañana, pueda que lasemilla ya no germine o los frutos no sean de calidad». (Dalhy)

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“Magnetismo y electricidad son dela misma naturaleza”

PARTE IMANIFESTACIONES ELÉCTRICAS

I. ELECTRICIDADLa electricidad (del griego elektron, cuyo significado es ámbar) es un fenómeno físico cuyo

origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos,luminosos y químicos, entre otros. Ejemplos de manifestación o presencia de electricidad:

En la naturaleza por ejemplo, la transferencia de energía entre la ionósfera y la superficieterrestre, de cuyo fenómeno complejo los rayos son sólo una parte.

En la fisiología del sistema nervioso, en la transmisión de los impulsos nerviosos. (intervenciónde los iones de sodio: Na+ y potasio: K+). En este caso es necesario mencionar la bomba desodio – potasio, que bombea iones de sodio hacia afuera e iones de K+ hacia el interior celular.Las fuerzas que actúan sobre los iones K+ son las responsables del potencial eléctrico de lamembrana en reposo (potencial de reposo). Debido al gradiente de concentración, los iones K+tienden a desplazarse hacia afuera de la célula.

En la utilización de artefactos eléctricos requiere de electricidad.

En la generación de ondas para transmitir señales de radio, televisión, telefonía celular, senecesita de electricidad.

La electricidad es originada por las cargas eléctricas, en reposo o en movimiento, y lasinteracciones entre ellas.

La electricidad está relacionada con los fenómenos eléctricos, lo que implica la presencia deelectrones.

1.1. ELECTRÓN.

El electrón (griego ελεκτρον, ámbar), comúnmente representado por el símbolo: e−, esuna partícula subatómica o partícula elemental de tipo fermiónico. En un átomo los electronesrodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones.

El electrón fue descubierto por fue descubierto por Joseph John Thomson en 1897 en elLaboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge

Los electrones tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento generacorriente eléctrica en la mayoría de los metales.

La masa y la carga del electrón en comparación a las demás partículas subatómicas semuestran en el siguiente cuadro:

PARTÍCULA SÍMBOLO CARGA MASA(gramos) Tiempo devidaAbsoluta Relativa

Protón P+ + 1,6022x10-19 C +1 1,672 x10 -24 InfinitoElectrón e- - 1,6022x10-19 C -1 9,1095 x10 -28 Infinito

Neutrón nº 0 0 1,675 x10 -24 1000segundos

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1.2. ELECTRIZACIÓN DE CUERPOS.

Un cuerpo adquiere carga eléctrica negativa o positiva por perder o ganar electrones.

Si un cuerpo adquiere carga negativa es porque sus átomos han ganado electronesde otros cuerpos, por lo que posee más electrones que protones.

Si un cuerpo adquiere carga positiva es porque sus átomos han perdido electronesde otros cuerpos, por lo que posee más protones que electrones.

La electrización en forma general puede ser de las siguientes clases:

A. Electrización por frotamiento. Es cuando a un cuerpo se frotacon otro, por ejemplo, las barras de vidrio o de plástico seelectrizan al frotarlas, respectivamente con seda o con lana. Alrealizar dicho frotamiento, la barra de plástico gana electrones dela lana, y la barra de vidrio cede electrones a la ceda.

B. Electrización por contacto. Se puede cargar un cuerpo neutro con sólo tocarlo con otropreviamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga; es decir, si setoca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva.Esto se debe a que habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea enmayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción y manteniéndose este flujohasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

C. Electrización por inducción. Cuando uncuerpo cargado se aproxima a otro,(preferentemente conductor) que no estácargado, este cuerpo se polariza; es decir, unade sus partes se carga positivamente y la otraparte negativamente.

1.3. CLASES DE CUERPOS DE ACUERDO A SUCOMPORTAMIENTO CON LA ELECTRICIDAD.

A) Aislantes. Son todos los materiales que noconducen electricidad. Por ejemplo, la Cerámica, elvidrio, el plástico, la goma, el papel seco, el aire,etc.

B) Semiconductores. Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctricapuede considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor.

Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tablasiguiente.

«Depende del empeño para la cosecha... siembra y cultiva conamor, fe y perseverancia; si dejas para mañana, pueda que lasemilla ya no germine o los frutos no sean de calidad». (Dalhy)

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1.2. ELECTRIZACIÓN DE CUERPOS.

Un cuerpo adquiere carga eléctrica negativa o positiva por perder o ganar electrones.

Si un cuerpo adquiere carga negativa es porque sus átomos han ganado electronesde otros cuerpos, por lo que posee más electrones que protones.

Si un cuerpo adquiere carga positiva es porque sus átomos han perdido electronesde otros cuerpos, por lo que posee más protones que electrones.

La electrización en forma general puede ser de las siguientes clases:

A. Electrización por frotamiento. Es cuando a un cuerpo se frotacon otro, por ejemplo, las barras de vidrio o de plástico seelectrizan al frotarlas, respectivamente con seda o con lana. Alrealizar dicho frotamiento, la barra de plástico gana electrones dela lana, y la barra de vidrio cede electrones a la ceda.

B. Electrización por contacto. Se puede cargar un cuerpo neutro con sólo tocarlo con otropreviamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga; es decir, si setoca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva.Esto se debe a que habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea enmayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción y manteniéndose este flujohasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

C. Electrización por inducción. Cuando uncuerpo cargado se aproxima a otro,(preferentemente conductor) que no estácargado, este cuerpo se polariza; es decir, unade sus partes se carga positivamente y la otraparte negativamente.

1.3. CLASES DE CUERPOS DE ACUERDO A SUCOMPORTAMIENTO CON LA ELECTRICIDAD.

A) Aislantes. Son todos los materiales que noconducen electricidad. Por ejemplo, la Cerámica, elvidrio, el plástico, la goma, el papel seco, el aire,etc.

B) Semiconductores. Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctricapuede considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor.

Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tablasiguiente.

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1.2. ELECTRIZACIÓN DE CUERPOS.

Un cuerpo adquiere carga eléctrica negativa o positiva por perder o ganar electrones.

Si un cuerpo adquiere carga negativa es porque sus átomos han ganado electronesde otros cuerpos, por lo que posee más electrones que protones.

Si un cuerpo adquiere carga positiva es porque sus átomos han perdido electronesde otros cuerpos, por lo que posee más protones que electrones.

La electrización en forma general puede ser de las siguientes clases:

A. Electrización por frotamiento. Es cuando a un cuerpo se frotacon otro, por ejemplo, las barras de vidrio o de plástico seelectrizan al frotarlas, respectivamente con seda o con lana. Alrealizar dicho frotamiento, la barra de plástico gana electrones dela lana, y la barra de vidrio cede electrones a la ceda.

B. Electrización por contacto. Se puede cargar un cuerpo neutro con sólo tocarlo con otropreviamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga; es decir, si setoca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva.Esto se debe a que habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea enmayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción y manteniéndose este flujohasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

C. Electrización por inducción. Cuando uncuerpo cargado se aproxima a otro,(preferentemente conductor) que no estácargado, este cuerpo se polariza; es decir, unade sus partes se carga positivamente y la otraparte negativamente.

1.3. CLASES DE CUERPOS DE ACUERDO A SUCOMPORTAMIENTO CON LA ELECTRICIDAD.

A) Aislantes. Son todos los materiales que noconducen electricidad. Por ejemplo, la Cerámica, elvidrio, el plástico, la goma, el papel seco, el aire,etc.

B) Semiconductores. Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctricapuede considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor.

Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tablasiguiente.

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«Depende del empeño para la cosecha... siembra y cultiva conamor, fe y perseverancia; si dejas para mañana, pueda que lasemilla ya no germine o los frutos no sean de calidad». (Dalhy)

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Elemento Grupo Electrones enla última capa

Cd II B 2 e-

Al, Ga, B, In III A 3 e-

Si, Ge IV A 4 e-

P, As, Sb V A 5 e-

Se, Te, (S) VI A 6 e-

Los semiconductores más utilizados son el silicio y el germanio, que se utilizan en lafabricación de diodos.

Para mejorar la conductividad del silicio y de los demás semiconductores se aplicaun proceso de dopado.

El dopaje del silicio consiste en sustituir algunos átomos de silicio por átomos deotros elementos. A estos últimos se les conoce con el nombre de impurezas. Dependiendodel tipo de impureza con el que se dope al semiconductor puro o intrínseco aparecen dosclases de semiconductores.

Clases de semiconductores.

Semiconductores intrínsecos. Un semiconductor intrínseco es un semiconductorpuro. Un cristal de silicio es un semiconductor intrínseco si cada átomo del cristal es unátomo de silicio. A temperatura ambiente, un cristal de silicio se comporta más o menoscomo un aislante, ya que tiene solamente unos cuantos electrones libres y sus huecosproducidos por excitación térmica.

Semiconductores extrínsecos. Un semiconductor extrínseco es aquel en el que sehan introducido pequeñas cantidades de una impureza con el objeto de aumentar laconductividad eléctrica del material a la temperatura ambiente.

Los semiconductores extrínsecos pueden ser tipo N y tipo P. Semiconductor tipo n

Es el semiconductor que está impurificado con impurezas "Donadoras", queson impurezas pentavalentes.Como los electrones superan a loshuecos en un semiconductor tipon, reciben el nombre de"portadores mayoritarios",mientras que a los huecos se lesdenomina "portadoresminoritarios".

Semiconductor tipo p. Es el que está impurificado con impurezas"Aceptoras", que son impurezastrivalentes. Como el número dehuecos supera el número deelectrones libres, los huecos son losportadores mayoritarios y loselectrones libres son losminoritarios.

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Elemento Grupo Electrones enla última capa

Cd II B 2 e-

Al, Ga, B, In III A 3 e-

Si, Ge IV A 4 e-

P, As, Sb V A 5 e-

Se, Te, (S) VI A 6 e-

Los semiconductores más utilizados son el silicio y el germanio, que se utilizan en lafabricación de diodos.

Para mejorar la conductividad del silicio y de los demás semiconductores se aplicaun proceso de dopado.

El dopaje del silicio consiste en sustituir algunos átomos de silicio por átomos deotros elementos. A estos últimos se les conoce con el nombre de impurezas. Dependiendodel tipo de impureza con el que se dope al semiconductor puro o intrínseco aparecen dosclases de semiconductores.

Clases de semiconductores.

Semiconductores intrínsecos. Un semiconductor intrínseco es un semiconductorpuro. Un cristal de silicio es un semiconductor intrínseco si cada átomo del cristal es unátomo de silicio. A temperatura ambiente, un cristal de silicio se comporta más o menoscomo un aislante, ya que tiene solamente unos cuantos electrones libres y sus huecosproducidos por excitación térmica.

Semiconductores extrínsecos. Un semiconductor extrínseco es aquel en el que sehan introducido pequeñas cantidades de una impureza con el objeto de aumentar laconductividad eléctrica del material a la temperatura ambiente.

Los semiconductores extrínsecos pueden ser tipo N y tipo P. Semiconductor tipo n

Es el semiconductor que está impurificado con impurezas "Donadoras", queson impurezas pentavalentes.Como los electrones superan a loshuecos en un semiconductor tipon, reciben el nombre de"portadores mayoritarios",mientras que a los huecos se lesdenomina "portadoresminoritarios".

Semiconductor tipo p. Es el que está impurificado con impurezas"Aceptoras", que son impurezastrivalentes. Como el número dehuecos supera el número deelectrones libres, los huecos son losportadores mayoritarios y loselectrones libres son losminoritarios.

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Elemento Grupo Electrones enla última capa

Cd II B 2 e-

Al, Ga, B, In III A 3 e-

Si, Ge IV A 4 e-

P, As, Sb V A 5 e-

Se, Te, (S) VI A 6 e-

Los semiconductores más utilizados son el silicio y el germanio, que se utilizan en lafabricación de diodos.

Para mejorar la conductividad del silicio y de los demás semiconductores se aplicaun proceso de dopado.

El dopaje del silicio consiste en sustituir algunos átomos de silicio por átomos deotros elementos. A estos últimos se les conoce con el nombre de impurezas. Dependiendodel tipo de impureza con el que se dope al semiconductor puro o intrínseco aparecen dosclases de semiconductores.

Clases de semiconductores.

Semiconductores intrínsecos. Un semiconductor intrínseco es un semiconductorpuro. Un cristal de silicio es un semiconductor intrínseco si cada átomo del cristal es unátomo de silicio. A temperatura ambiente, un cristal de silicio se comporta más o menoscomo un aislante, ya que tiene solamente unos cuantos electrones libres y sus huecosproducidos por excitación térmica.

Semiconductores extrínsecos. Un semiconductor extrínseco es aquel en el que sehan introducido pequeñas cantidades de una impureza con el objeto de aumentar laconductividad eléctrica del material a la temperatura ambiente.

Los semiconductores extrínsecos pueden ser tipo N y tipo P. Semiconductor tipo n

Es el semiconductor que está impurificado con impurezas "Donadoras", queson impurezas pentavalentes.Como los electrones superan a loshuecos en un semiconductor tipon, reciben el nombre de"portadores mayoritarios",mientras que a los huecos se lesdenomina "portadoresminoritarios".

Semiconductor tipo p. Es el que está impurificado con impurezas"Aceptoras", que son impurezastrivalentes. Como el número dehuecos supera el número deelectrones libres, los huecos son losportadores mayoritarios y loselectrones libres son losminoritarios.

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C) Conductores. Materiales a través de los cuales la corriente eléctrica fluye con relativafacilidad.

Los conductores pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.

Los conductores sólidos, son todos los metales, a excepción del mercurio que seencuentra en estado líquido, se caracterizan por tener energía de ionización baja, los queles permite reaccionar con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos ocationes.

Por ejemplo, los metales como plata, cobre, oro y aluminio se cuentan entre losmejores conductores. De toda la lista de conductores el cobre es un excelente conductor delas señales eléctricas y soporta los problemas de corrosión causados por la exposición a laintemperie, por eso se usa para los cables. También el aluminio es un buen conductor. Lamás baja conductividad eléctrica la tiene el bismuto, y la más alta (a temperatura ordinaria)la plata.

Los conductores líquidos. Por ejemplo el agua, con sales como cloruros, sulfuros ycarbonatos que actúan como agentes reductores (donantes de electrones), conduce laelectricidad. Algunos otros líquidos pueden tener falta o exceso de electrones que sedesplacen en el medio. Son iones, que pueden ser cationes, (+) o aniones (−).

Los conductores gaseosos. En los gases la condición que implica el paso de unacorriente eléctrica, se conoce como el fenómeno de descarga o "ruptura" eléctrica del gas:paso de un comportamiento no conductor (baja corriente) a conductor. Por ejemplo,Nitrógeno, cloro, Neón (ionizados).

D) Superconductores. Un superconductor es un material que no opone resistencia al flujo decorriente eléctrica por él.

La superconductividad es una propiedad presente en muchos metales y algunascerámicas, que aparece a bajas temperaturas, caracterizada por la pérdida de resistividad apartir de cierta temperatura característica de cada material, denominada temperatura crítica.

Los superconductores también presentan un acusado diamagnetismo, es decir, sonrepelidos por los campos magnéticos.

Materiales que al ser enfriados bajo una temperatura crítica (desde unos pocosgrados Kelvin hasta unos cientos de grados Kelvin en superconductores de temperaturaambiente) se transforman en conductores perfectos. Son usados para generar camposmagnéticos muy grandes, en aplicaciones como máquinas médicas de resonancia magnética,motores y trenes de levitación magnética.

Las clases de superconductores son:

De acuerdo a su comportamiento físico.

Superconductores de tipo I: son los que tienen un único campo magnético crítico ypasan bruscamente del estado superconductor al normal.

Superconductores de tipo II: son aquellos en los que se pueden considerar doscampos magnéticos críticos.

De acuerdo a su temperatura crítica.

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Superconductores de baja temperatura: son a aquellos cuya temperatura críticaestá por debajo de los 77 grados Kelvin

Superconductores de alta temperatura: son aquellos cuya temperatura crítica estápor encima de los 77 grados Kelvin

De acuerdo al material. Elementos puros. La mayoría de los superconductores que son elementos puros son de

tipo I.

Aleaciones, como por ejemplo El NbTi (niobio-titanio) cuya propiedad superconductora se descubrió en 1962. El AuIn (oro-indio), un superconductor descubierto en 1997. El URhGe (aleación de uranio, rodio y germanio), del cual se descubrió en 2005 que

sigue siendo superconductor incluso a elevados campos magnéticos.

Superconductores orgánicos, estructuras de carbono (concretamente fulerenos ynanotubos). Puesto que están compuestos únicamente por átomos de carbono,técnicamente se pueden considerar entre los elementos puros, pero al no ser metales sepueden poner como un grupo aparte. Es bueno indicar que el carbono puro como eldiamante y el grafito nunca son superconductoras.

Cerámicas entre las principales se tiene a las siguientes. El grupo YBCO, conocido por sus siglas inglesas para óxidos de itrio, bario y cobre,

son toda una familia de materiales muy complejos, y los superconductores de altatemperatura más conocidos.

El diboruro de magnesio (MgB2), su temperatura crítica es 39K, lo que lo convierteen el superconductor convencional de temperatura crítica más alta conocido.

De acuerdo a la teoría que lo explica.

Superconductores convencionales: son los que se pueden explicar mediante la teoríaBCS o sus derivados (lo que significa que los pares de Cooper se forman debido a lainteracción electrón-fonón).

Superconductores no convencionales: son los que no se pueden explicar mediantedichas teorías (es decir, los pares de Cooper no se forman únicamente por la interacciónelectrón-fonón, y además intervienen procesos magnéticos que complican el problema).

1.4. CORRIENTE ELÉCTRICA

La corriente eléctrica es un flujo de cargas a lo largo de un conductor. Por ejemplo, lacorriente que circula por lo cables de corre a partir de los generadores de energía eléctrica,corresponde al movimiento de los electrones más externos.

El termino corriente eléctrica, o simplemente corriente, se emplea para describir la tasa deflujo de carga que pasa por alguna región de espacio

También hay autores que definen a la corriente eléctrica son los electrones que pasan através de circuitos eléctricos.La corriente eléctrica puede ser de dos clases:

1.4.1. CORRIENTE ELÉCTRICA ALTERNA. Se denomina corriente alterna (abreviadaCA en español y AC en inglés, de Alternating Current) a la corriente eléctrica en laque la magnitud y dirección varían cíclicamente. Es la corriente eléctrica que seutiliza y la que en Cajamarca por ejemplo Hidrandina abastece a la ciudad. En este

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caso de corriente, es fácil conectar un enchufe a un tomacorriente, porque no haynecesidad de ver cuál es polo positivo o cuál es el polo negativo; ya que, ladiferencia de potencial cambia de sentido

“En el uso coloquial, "corriente alterna" se refiere a la forma en la cual laelectricidad llega a los hogares y a las empresas”(http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad).

La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la deuna onda sinusoidal, cuya representación se muestra en la siguiente figura, puestoque se consigue una transmisión más eficiente de la energía.

1.4.2. CORRIENTE ELÉTRICA CONTÍNUA. Lacorriente continua (CC o DC) se genera apartir de un flujo continuo de electrones(cargas negativas) siempre en el mismosentido, el cual es desde el polo negativo dela fuente al polo positivo. Al desplazarse eneste sentido los electrones, los huecos oausencias de electrones (cargas positivas) lohacen en sentido contrario, es decir, desdeel polo positivo al negativo. Es decir, en estetipo de corriente la diferencia de potencial esconstante. Si vamos a la vida práctica, estetipo de corriente se puede encontrar enpilas, baterías y en las salidas deltransformador que convierte la corriente alterna en corriente continua. Este tipo decorriente es fácil identificar porque los polos vienen definidos (polo positivo, polonegativo).

1.5. CIRCUITO ELÉCTRICO.

“Se denomina circuito eléctrico a una seriede elementos o componentes eléctricos oelectrónicos, tales como resistencias,inductancias, condensadores, fuentes, y/odispositivos electrónicos semiconductores,conectados eléctricamente entre sí con elpropósito de generar, transportar o modificarseñales electrónicas o eléctricas”

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caso de corriente, es fácil conectar un enchufe a un tomacorriente, porque no haynecesidad de ver cuál es polo positivo o cuál es el polo negativo; ya que, ladiferencia de potencial cambia de sentido

“En el uso coloquial, "corriente alterna" se refiere a la forma en la cual laelectricidad llega a los hogares y a las empresas”(http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad).

La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la deuna onda sinusoidal, cuya representación se muestra en la siguiente figura, puestoque se consigue una transmisión más eficiente de la energía.

1.4.2. CORRIENTE ELÉTRICA CONTÍNUA. Lacorriente continua (CC o DC) se genera apartir de un flujo continuo de electrones(cargas negativas) siempre en el mismosentido, el cual es desde el polo negativo dela fuente al polo positivo. Al desplazarse eneste sentido los electrones, los huecos oausencias de electrones (cargas positivas) lohacen en sentido contrario, es decir, desdeel polo positivo al negativo. Es decir, en estetipo de corriente la diferencia de potencial esconstante. Si vamos a la vida práctica, estetipo de corriente se puede encontrar enpilas, baterías y en las salidas deltransformador que convierte la corriente alterna en corriente continua. Este tipo decorriente es fácil identificar porque los polos vienen definidos (polo positivo, polonegativo).

1.5. CIRCUITO ELÉCTRICO.

“Se denomina circuito eléctrico a una seriede elementos o componentes eléctricos oelectrónicos, tales como resistencias,inductancias, condensadores, fuentes, y/odispositivos electrónicos semiconductores,conectados eléctricamente entre sí con elpropósito de generar, transportar o modificarseñales electrónicas o eléctricas”

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“En el uso coloquial, "corriente alterna" se refiere a la forma en la cual laelectricidad llega a los hogares y a las empresas”(http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad).

La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la deuna onda sinusoidal, cuya representación se muestra en la siguiente figura, puestoque se consigue una transmisión más eficiente de la energía.

1.4.2. CORRIENTE ELÉTRICA CONTÍNUA. Lacorriente continua (CC o DC) se genera apartir de un flujo continuo de electrones(cargas negativas) siempre en el mismosentido, el cual es desde el polo negativo dela fuente al polo positivo. Al desplazarse eneste sentido los electrones, los huecos oausencias de electrones (cargas positivas) lohacen en sentido contrario, es decir, desdeel polo positivo al negativo. Es decir, en estetipo de corriente la diferencia de potencial esconstante. Si vamos a la vida práctica, estetipo de corriente se puede encontrar enpilas, baterías y en las salidas deltransformador que convierte la corriente alterna en corriente continua. Este tipo decorriente es fácil identificar porque los polos vienen definidos (polo positivo, polonegativo).

1.5. CIRCUITO ELÉCTRICO.

“Se denomina circuito eléctrico a una seriede elementos o componentes eléctricos oelectrónicos, tales como resistencias,inductancias, condensadores, fuentes, y/odispositivos electrónicos semiconductores,conectados eléctricamente entre sí con elpropósito de generar, transportar o modificarseñales electrónicas o eléctricas”

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(http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctrico).

En forma genérica se puede decir que un circuito eléctrico simple, es un dispositivo que constade un generador o fuente de energía (ejemplo una pila, una batería, un generador eléctrico,etc.), conductores (conectados a la fuente o generador de energía) y por una resistencia(que generalmente es la parte del circuito que utilizará parte de la energía).

TIPOS DE CIRCUITOS.

Por el tipo de señal:

De corriente continua De corriente alterna Mixtos

Por el tipo de régimen:

Periódico Transitorio Permanente

Por el tipo de componentes:

Eléctricos: Resistivos, inductivos, capacitivos y mixtos Electrónicos: digitales, analógicos y mixtos

Por su configuración:

Serie Paralelo

CIRCUITOS ELÉCTRICO EN SERIE. El circuito serie es unaconfiguración de conexión en la que los bornes o terminales de losdispositivos (generadores, resistencias, condensadores, interruptor,entre otros.) se conectan secuencialmente. El terminal de salida deun dispositivo se conecta al terminal de entrada del dispositivosiguiente. Por ejemplo, cuando se instalan 3 focos en serie (ver dibujo), se conecta uno acontinuación de otro, de tal forma que si uno de ellos no funciona, tampoco funcionan los demás.

En un esquema se puede representar de la siguiente manera:

Los símbolos de las resistencias en undiagrama de circuito pueden representarcualquier elemento resistivo: un resistorcomercial, una bombilla luminosa, un aparatoelectrodoméstico, etc.

La diferencia del potencial entre lasdos resistencias es la suma de la diferencia depotencial da cada una y a s vez es igual a ladiferencia de potencial de la pila. La resistencia

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«Depende del empeño para la cosecha... siembra y cultiva conamor, fe y perseverancia; si dejas para mañana, pueda que lasemilla ya no germine o los frutos no sean de calidad». (Dalhy)

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total equivalente está dada por la suma de cada una de las resistencias en serie presentes en elcircuito.

RT = R1 + R2 + R3

En cuanto al voltaje se cumple que: V =V1+V2+V3

En resumen se puede decir que los componentes eléctricos de un circuito en serie sedisponen de forma lineal.

CIRCUITOS ELÉCTRICO EN PARALELO.

En un circuito en serie, es cuando el voltaje através de las resistencias es el mismo. En estetipo de circuito cada resistencia es independientedel funcionamiento de las demás; de tal forma,que si uno de ellos deja de funcionar, las otraspueden continuar funcionado.

La característica importante de los circuitos enparalelo, es que los elementos que se conectanestán al mismo potencial y la corriente que cadauno toma de la fuente depende de la resistencia interna del aparato. La resistencia está dada porla siguiente expresión.

En un circuito paralelo, el valor de voltaje es el mismopara la resistencia y para la bobina.

V = V1 = V2 = V3

1.6. ASPECTOS RELACIONADOS CON LA ELETRICIDAD.

1.6.1. LEY DE COULOMBEn 1785, Coulomb estableció la ley fundamental de la fuerza eléctrica entre dos partículascargadas estacionarias. Los experimentos muestran que la fuerza eléctrica tiene lassiguientes propiedades:a) La fuerza es inversamente proporcional al inverso del cuadrado de a distancia de

separación (r) entre dos partículas, medida a lo largo de la línea recta que los une.

b) La fuerza es proporcional al producto de las cargas q1 y q2 de las partículas.c) La fuerza atractiva si las cargas son de signos opuestos, y repulsiva si las cargas son

del mismo signo.Considerando lo anteriormente dicho, la fuerza eléctrica entre dos cuerpos se puedeexpresar como: | || |

Ley de Coulomb

Donde:k = constante de coulomb (8,9875 X 109 N.m2/C2 ó8,9875 109 N.m2/C2

equivalente a: 9,0 109 N.m2/C2

La constante k también se puede escribir como:

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14Donde la se conoce como la permitividad del espacio libre y tiene un valor de:

8, 8542 10 . .La unidad más pequeña de carga conocida en la naturaleza es la que tiene un electrón o unprotón. La carga de un electrón o de un protón tiene una magnitud de:| | 1,60219 10Por lo que se puede deducir que, 1C de carga es igual a la carga de 6,3 x 1018 electrones.

1.6.2. LEY DE OHM

Georg Ohm (1789 -1851), alemán que investigóla relación entre la corriente y voltaje.

La Ley de Ohm establece que "La intensidad dela corriente eléctrica que circula por un conductor esdirectamente proporcional a la diferencia de potencialaplicada e inversamente proporcional a la resistenciadel mismo", se puede expresar matemáticamente enla siguiente ecuación:

Donde:I = Intensidad en amperios (A)V = Diferencia de potencial en voltios (V)R = Resistencia en ohmios (Ω).

Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando laresistencia del conductor varía con la temperatura, yla temperatura del conductor depende de laintensidad de corriente y el tiempo que estécirculando.

1.6.3. CAMPO ELÉCTRICO

El campo eléctrico es el modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemascon propiedades de naturaleza eléctrica. Matemáticamente se lo describe como un campovectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor "q" sufrirá los efectos de unafuerza mecánica "F". Siendo más preciso, se puede decir lo siguiente:

“El vector campo eléctrico E es un punto en el espacio definido como la fuerzaeléctrica F que actúa sobre una carga de prueba positiva colocada en ese punto y divididapor la magnitud de la carga de prueba qo.

Georg Simon Ohm (1789-1854)

Fue un físico y matemáticoalemán que aportó a la teoríade la electricidad la Ley deOhm, conocido principalmentepor su investigación sobre lascorrientes eléctricas. Estudió larelación que existe entre laintensidad de una corrienteeléctrica, su fuerza electromotrizy la resistencia.

También se interesó por laacústica, la polarización de laspilas y las interferenciasluminosas. La unidad deresistencia eléctrica, el ohmio,recibe este nombre en suhonor. Terminó ocupando elpuesto de conservador delgabinete físico de la "BayerischeAkademie"

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Para explicar mejor se puede decir que el campo eléctrico asociado a una cargaaislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se dejan sentirsus efectos. Así, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campoeléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo, se observará la aparición defuerzas eléctricas, es decir, de atracciones o de repulsiones sobre ella.

Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para ejercer su influenciasobre otras, de ahí que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de acción adistancia. Cuando en la naturaleza se da una situación de este estilo, se recurre a la ideade campo para facilitar la descripción en términos físicos de la influencia que uno o máscuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea. La noción física de campo se correspondecon la de un espacio dotado de propiedades medibles. En el caso de que se trate de uncampo de fuerzas éste viene a ser aquella región del espacio en donde se dejan sentir losefectos de fuerzas a distancia. Así, la influencia gravitatoria sobre el espacio que rodea laTierra se hace visible cuando en cualquiera de sus puntos se sitúa, a modo de detector, uncuerpo de prueba y se mide su peso, es decir, la fuerza con que la Tierra lo atrae. Dichainfluencia gravitatoria se conoce como campo gravitatorio terrestre. De un modo análogola física introduce la noción de campo magnético y también la de campo eléctrico oelectrostático.

II. MAGNETISMO.El magnetismo es un fenómeno por el que los materiales

ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.

Hay algunos materiales conocidos que han presentadopropiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro y susaleaciones que comúnmente se llaman imanes.

También el magnetismo tiene otrasmanifestaciones en física, particularmente como uno delos dos componentes de la onda electromagnética,como, por ejemplo, la luz.

El fenómeno del magnetismo era yaconocido en Grecia clásica, aunque su estudio entérminos físicos no ha sido llevado hasta en estosúltimos tiempos.

Fue Oersted quien evidenció en 1820 porprimera vez que una corriente genera un campomagnético a su alrededor. En el interior de la materiaexisten pequeñas corrientes cerradas al movimiento de los electrones que contienen los átomos; cadauna de ellas origina un microscópico imán. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todasdirecciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; y encambio, si todos los imanes se alinean, actúan como un único imán y en ese caso decimos que lasustancia se ha magnetizado

Cuando se habla de magnetismo, involucra el concepto de IMÁN. Uno de las principalescaracterísticas de los imanes, es su alta capacidad de atraer al hierro.

Oersted

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2.1. UN POCO DE HISTORIA.

El fenómeno del magnetismo se conoce desde tiempos antiguos. La piedra imán omagnetita, un óxido de hierro que tiene la propiedad de atraer los objetos de hierro, ya eraconocida por los griegos, los romanos y los chinos. Cuando se pasa una piedra imán porun pedazo de hierro, éste adquiere a su vez la capacidad de atraer otros pedazos dehierro. Los imanes así producidos están ‘polarizados’, es decir, cada uno de ellos tiene dospartes o extremos llamados polos norte y sur. Los polos iguales se repelen, y los polos opuestosse atraen.

La brújula se empezó a utilizar en Occidente como instrumento de navegaciónalrededor del 1300 d.C. En el siglo XIII, el erudito francés Petrus Peregrinus realizóimportantes investigaciones sobre los imanes. Sus descubrimientos no se superaron encasi 300 años, hasta que el físico y médico británico William Gilbert publicó su libro,De magnete en 1600. Gilbert aplicó métodos científicos al estudio de laelectricidad y el magnetismo. Observó que la Tierra también se comporta como unimán gigante, y a través de una serie de experimentos investigó y refutó variosconceptos incorrectos sobre el magnetismo aceptados en la época. Posteriormente, en1750, el geólogo británico John Michell inventó una balanza que utilizó para estudiarlas fuerzas magnéticas. Michell demostró que la atracción o repulsión entre dos polosmagnéticos disminuye a medida que aumenta el cuadrado de la distancia entre ellos.El físico francés Charles de Coulomb, que había medido las fuerzas entrecargas eléctricas, verificó posteriormente la observación de Michell con una gran precisión.

2.2. TIPOS DE MAGNETISMO.

Hay un tipo de materiales que cuando se someten a un campo, los dipolos seorientan produciendo campos magnéticos negativos, contrarios al campo aplicado, esto seconoce como DIAMAGNÉTISMO.

En los PARAMAGNÉTICOS, los momentos dipolares se orientan en dirección alcampo, y tiene permeabilidades próximas a la unidad y su susceptibilidad es pequeña peropositiva. Este efecto desaparece al dejar de aplicar el campo magnético.

Los materiales FERROMAGNÉTICOS se caracterizan por ser siempre metálicos, y suintenso magnetismo no es debido a los dipolos. Este magnetismo puede ser conservado oeliminado según se desee, los 3 materiales ferromagnéticos son el hierro, el cobalto y el níquel.La causa de este magnetismo son los electrones desapareados de la capa 3d, que presentanestos elementos.

Los materiales FERRIMAGNÉTICOS son cerámicos y su magnetización essignificativa pero menor que en los ferromagnéticos, sus conductividades son bajas, lo que haceque sean aplicables en electrónica.

La magnetización en los ferromagnéticos se debe a la curva de histéresis (Lahistéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia delestímulo que la ha generado). Una vez producida la magnetización se intenta eliminar el campomagnético, pero para valor de campo magnético cero el material sigue magnetizado, y parapoder desmagnetizarlo es necesaria la aplicación de un campo negativo o fuerza coercitiva.

Las curvas de histéresis varían a medida que varía la temperatura, a medida queaumenta la temperatura la magnetización disminuye, hasta llegar a la temperatura de Curie.

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(temperatura por encima de la cual un cuerpo ferromagnético pierde su magnetismo,comportándose como un material puramente paramagnético), en la que el material deja decomportarse como ferromagnético y pasa a comportarse como paramagnético.

Los materiales ferromagnéticos llegan a un momento en que aunque se sigaaplicando el campo magnético no se magnetizan más y alcanza la inducción de saturación, yuna vez retirado el campo no pierde toda la magnetización sino que la guarda en lo que seconoce como inducción remanente.

El ferromagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce ordenamientomagnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección ysentido. Un material ferromagnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo. Lainteracción ferromagnética es la interacción magnética que hace que los momentos magnéticostiendan a disponerse en la misma dirección y sentido. Ha de extenderse por todo un sólido paraalcanzar el ferromagnetismo.

2.3. TIPOS DE MATERIALES MAGNÉTICOS.

Las propiedades magnéticas de los materiales se clasifican siguiendo distintoscriterios.

Una de las clasificaciones de los materiales magnéticos —que losdivide en diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos — se basa en la reaccióndel material ante un campo magnético. Cuando se coloca un material diamagnético enun campo magnético, se induce en él un momento magnético de sentido opuesto alcampo. En la actualidad se sabe que esta propiedad se debe a las corrientes eléctricasinducidas en los átomos y moléculas individuales. Estas corrientes producenmomentos magnéticos opuestos al campo aplicado. Muchos materiales sondiamagnéticos; los que presentan un diamagnetismo más intenso son el bismuto metálico y lasmoléculas orgánicas que, como el benceno, tienen una estructura cíclica que permite quelas corrientes eléctricas se establezcan con facilidad.

El comportamiento paramagnético se produce cuando el campo magnéticoaplicado alinea todos los momentos magnéticos ya existentes en los átomos o moléculasindividuales que componen el material. Esto produce un momento magnético global quese suma al campo magnético. Los materiales paramagnéticos suelen contener elementosde transición o lantánidos con electrones desapareados. El paramagnetismo en sustancias nometálicas suele caracterizarse por una dependencia de la temperatura:la intensidad delmomento magnético inducido varía inversamente con la temperatura. Esto se debe a que al iraumentando la temperatura, cada vez resulta más difícil alinear los momentos magnéticosde los átomos individuales en la dirección del campo magnético.

Las sustancias ferromagnéticas son las que, como el hierro, mantienen unmomento magnético incluso cuando el campo magnético externo se hace nulo. Este efecto sedebe a una fuerte interacción entre los momentos magnéticos de los átomos o electronesindividuales de la sustancia magnética, que los hace alinearse de forma paralela entre sí.En circunstancias normales, los materiales ferromagnéticos están divididos en regionesllamadas ‘dominios’; en cada dominio, los momentos magnéticos atómicos están alineadosen paralelo. Los momentos de dominios diferentes no apuntan necesariamente en la mismadirección. Aunque un trozo de hierro normal puede no tener un momento magnético total,puede inducirse su magnetización colocándolo en un campo magnético, que alinea losmomentos de todos los dominios.

La energía empleada en la reorientación de los dominios desde el estadomagnetizado hasta el estado desmagnetizado se manifiesta en un desfase de la respuestaal campo magnético aplicado, conocido como ‘histéresis’.

Un material ferromagnético acaba perdiendo sus propiedades magnéticascuando se calienta. Esta pérdida es completa por encima de una temperatura conocida como

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punto de Curie, llamada así en honor del físico francés Pierre Curie, que descubrió el fenómenoen 1895. (El punto de Curie del hierro metálico es de unos 770 °C).

2.4. IMÁN. Un imán (del francés aimant) es un cuerpo odispositivo con un campo magnético significativo, de formaque tiende a alinearse con otros imanes (por ejemplo, con elcampo magnético terrestre).

Se llama campo magnético de un imán a la región deespacio en la cual se manifiestan las fuerzas magnéticasproducidas por el imán.

CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE

Artículo tomado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestreElcampo magnético terrestre presente en la Tierra no es equivalente a un dipolo magnético con elpolo S magnético próximo al Polo Norte geográfico, y, con el polo N de campo magnético cercadel Polo Sur geográfico, sino más bien presenta otro tipo especial de magnetismo. Es unfenómeno natural originado por los movimientos de metales líquidos en el núcleo del planeta yesta presente en la Tierra y en otros cuerpos celestes como el Sol.

Se extiende desde elnúcleo atenuándoseprogresivamente en el espacioexterior (sin límite), con efectoselectromagnéticos conocidos enla magnetosfera que nos protegedel viento solar, pero queademás permite fenómenos muydiversos como la orientación delas rocas en las dorsalesoceánicas, la magnetorecepciónde algunos animales y laorientación de las personasmediante brújulas.

Una brújula apunta en ladirección Sur-Norte por tratarsede una aguja imantada inmersaen el campo magnéticoterrestre: desde este punto devista, la Tierra se comporta como un imán gigantesco y tiene polos magnéticos, los cuales, enla actualidad, no coinciden con los polos geográficos.

El Polo Norte Magnético se encuentra a 1800 kilómetros del Polo Norte Geográfico. Enconsecuencia, una brújula no apunta exactamente hacia el Norte geográfico; la diferencia,medida en grados, se denomina declinación magnética. La declinación magnética depende dellugar de observación, por ejemplo actualmente en Madrid (España) es aproximadamente 3ºoeste. El polo Norte magnético está desplazándose por la zona norte canadiense en direcciónhacia el norte de Alaska.

El campo magnético de la Tierra varía en el curso de las eras geológicas, es lo que sedenomina variación secular. Según se ha comprobado por análisis de los estratos al considerar

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que los átomos de hierro contenidos tienden a alinearse con el campo magnético terrestre. Ladirección del campo magnético queda registrada en la orientación de los dominios magnéticosde las rocas y el ligero magnetismo resultante se puede medir.

Midiendo el magnetismo de rocas situadas en estratos formados en periodos geológicosdistintos se elaboraron mapas del campo magnético terrestre en diversas eras. Estos mapasmuestran que ha habido épocas en que el campo magnético terrestre se ha reducido a ceropara luego invertirse.

Durante los últimos cinco millones de años se han efectuado más de veinte inversiones,la más reciente hace 700.000 años. Otras inversiones ocurrieron hace 870.000 y 950.000 años.El estudio de los sedimentos del fondo del océano indica que el campo estuvo prácticamenteinactivo durante 10 o 20 mil años, hace poco más de un millón de años.

No se puede predecir cuándo ocurrirá la siguiente inversión porque la secuencia no esregular. Ciertas mediciones recientes muestran una reducción del 5% en la intensidad delcampo magnético en los últimos 100 años. En la Anomalía del Atlántico Sur, la fuerza del campomagnético está disminuyendo diez veces más rápido que en otros lugares.

Magnetismo planetarioEl magnetismo es un fenómeno extendido a todos los átomos con desequilibrio

magnético. La agrupación de dichos átomos produce los fenómenos magnéticos perceptibles, ylos cuerpos estelares, los planetas entre ellos, son propicios a tener las condiciones para que sedesarrolle un campo magnético de una cierta intensidad. En el interior de los planetas, laacumulación de materiales ferro magnéticos (como hierro) y su movimiento diferencial relativorespecto a otras capas del cuerpo inducen un campo magnético de intensidad dependiente delas condiciones de formación del planeta. En el mismo siempre se distinguen los dos polos,equivalentes a los de un imán normal. En el caso de la Tierra, la zona en la que se mueve estáinfluenciada por el campo magnético solar, pero el propio campo magnético terrestre crea comouna burbuja, la magnetosfera terrestre, dentro del anterior. Dicha burbuja tiene una capa límiteentre su influencia y la solar (magnetopausa) que es aproximadamente esférica hacia el Sol, yalargada hacia el sistema solar externo, acercándose a la superficie terrestre en los polosmagnéticos terrestres. La interacción en constante evolución entre ambos campos magnéticos ylas partículas cargadas provenientes del Sol produce fenómenos como las auroras (boreales oaustrales) y la interferencia en las comunicaciones por ondas electromagnéticas, así comoalteraciones en los satélites artificiales en órbita.

Reversión Geomagnética

Una reversión geomagnética es un cambio en la orientación del campo magnéticoterrestre tal que las posiciones del polo norte y sur magnético se intercambian. Estos eventos,los cuales se cree duran de cientos a miles de años a menudo implican un descenso prolongadode la fuerza del campo magnético seguida por una recuperación rápida después de que lanueva orientación se ha establecido.

Magnetorrecepción

Magnetorrecepción es la capacidad que tienen algunos animales de detectar la direccióny sentido del campo magnético en el que se encuentran. Los primeros animales en los que sedescubrió este sentido fueron las palomas mensajeras, para las cuales es un importante (perono el único) medio de orientación. Se descubrió luego que también lo tienen otras aves,algunas tortugas e insectos como las abejas, hongos y hasta ciertas bacterias. Los sereshumanos tienen depósitos de materiales magnéticos en el hueso etmoides de la nariz, y hayindicios de cierta capacidad de magnetorrecepción.

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Tanto en las palomas como en las bacterias el sensor consiste en un cristales demagnetita conectados con otros orgánulos transductores todavía no bien comprendidos. Lasbacterias magnetotáticas y los hongos contienen organos llamados magnetosomas. En lasabejas, la magnetita está embutida en la membrana celular de ciertos grupos de neuronas y secree que cuando se reorienta siguiendo al campo magnético terrestre induce corrientes quemodifican la polarización celular.

2.5. CLASES DE IMANES.

Los imanes pueden ser naturales o artificiales. Los imanes pueden ser: naturales o artificiales, o bien, permanentes o temporales. Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas. Un imán artificial es un cuerpo de material ferro magnético al que se ha comunicado la

propiedad del magnetismo Un imán permanente está fabricado en acero imanado Un imán temporal, pierde sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el

magnetismo. Un electroimán es una bobina (en el caso mínimo, una espiral) por la cual circula

corriente eléctrica.

2.6. APLICACIONES

En los últimos 100 años han surgido numerosas aplicaciones del magnetismo yde los materiales magnéticos. El electroimán, por ejemplo, es la base del motor eléctrico y eltransformador. En épocas más recientes, el desarrollo de nuevos materiales magnéticos hainfluido notablemente en la revolución de los ordenadores o computadoras. Es posiblefabricar memorias de computadora utilizando ‘dominios burbuja’. Estos dominios sonpequeñas regiones de magnetización, paralelas o antiparalelas a la magnetización globaldel material. Según que el sentido sea uno u otro, la burbuja indica un uno o uncero, por lo que actúa como dígito en el sistema binario empleado por losordenadores. Los materiales magnéticos también son componentes importantes de las cintasy discos para almacenar datos.

Los imanes grandes y potentes son cruciales en muchas tecnologías modernas.Los trenes de levitación magnética utilizan poderosos imanes para elevarse por encimade los raíles y evitar el rozamiento. En la exploración mediante resonanciamagnética nuclear, una importante herramienta de diagnóstico empleada enmedicina, se utilizan campos magnéticos de gran intensidad. Los imanessuperconductores se emplean en los aceleradores de partículas más potentes paramantener las partículas aceleradas en una trayectoria curva y enfocarlas.

2.7. RELACIÓN ENTRE EL MAGNETISMO Y LA ELECTRICIDAD.

Uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzasfundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por elmovimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica laestrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. El marco que aúna ambasfuerzas se denomina teoría electromagnética. La manifestación más conocida delmagnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales magnéticoscomo el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden observar efectos más sutiles delmagnetismo. Recientemente, estos efectos han proporcionado claves importantes paracomprender la estructura atómica de la materia.

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PARTE II

III. FUERZAS FUNDAMENTALES DE LA NATURALEZA

3.1. INTERACCIÓN DE FUERZAS EN EL UNIVERSO

Establecemos comohipótesis que las fuerzas queactúan sobre un punto materialdependerán generalmente de laposición de la partícula, suvelocidad y el tiempo. ¿Cuántasclases de fuerzas hay? Se creeque todas las fuerzas sonexpresiones de cuatro clases defuerzas o interaccionesfundamentales entre las

partículas que se encuentran formando la materia y a la vez son las responsablesde la estructura, dinamismo y evolución del universo tal y como lo conocemos,motivo más que suficiente para que sean conocidas como FuerzasFundamentales.

Dos de ellas las conocemos por experiencia cotidiana; las otras dosimplican interacción entre partículas subatómicas (interacción fuerte e interaccióndébil) que podemos observar directamente con nuestros sentidos (gravitacionalesy electromagnéticos).

Las fuerzas actúan también el mundo atómico y subatómico, porejemplo las fuerzas atómicas dentro del átomo son las que se encargan demantener unidos sus constituyentes y las fuerzas nucleares actúan sobrediferentes partes del núcleo paraevitar que éstas se separen.

Son cuatro fuerzasfundamentales el objetivo deestudio y de este modo estar másfamiliarizados acerca de laestructura de nuestro universopor lo que a continuaciónestudiaremos a cada una de ellas.

ESTO NO ES POSIBLE REALIZARLO DEBIDO A LAFUERZA DE LA GRAVEDAD

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PARTE II

III. FUERZAS FUNDAMENTALES DE LA NATURALEZA

3.1. INTERACCIÓN DE FUERZAS EN EL UNIVERSO

Establecemos comohipótesis que las fuerzas queactúan sobre un punto materialdependerán generalmente de laposición de la partícula, suvelocidad y el tiempo. ¿Cuántasclases de fuerzas hay? Se creeque todas las fuerzas sonexpresiones de cuatro clases defuerzas o interaccionesfundamentales entre las

partículas que se encuentran formando la materia y a la vez son las responsablesde la estructura, dinamismo y evolución del universo tal y como lo conocemos,motivo más que suficiente para que sean conocidas como FuerzasFundamentales.

Dos de ellas las conocemos por experiencia cotidiana; las otras dosimplican interacción entre partículas subatómicas (interacción fuerte e interaccióndébil) que podemos observar directamente con nuestros sentidos (gravitacionalesy electromagnéticos).

Las fuerzas actúan también el mundo atómico y subatómico, porejemplo las fuerzas atómicas dentro del átomo son las que se encargan demantener unidos sus constituyentes y las fuerzas nucleares actúan sobrediferentes partes del núcleo paraevitar que éstas se separen.

Son cuatro fuerzasfundamentales el objetivo deestudio y de este modo estar másfamiliarizados acerca de laestructura de nuestro universopor lo que a continuaciónestudiaremos a cada una de ellas.

ESTO NO ES POSIBLE REALIZARLO DEBIDO A LAFUERZA DE LA GRAVEDAD

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PARTE II

III. FUERZAS FUNDAMENTALES DE LA NATURALEZA

3.1. INTERACCIÓN DE FUERZAS EN EL UNIVERSO

Establecemos comohipótesis que las fuerzas queactúan sobre un punto materialdependerán generalmente de laposición de la partícula, suvelocidad y el tiempo. ¿Cuántasclases de fuerzas hay? Se creeque todas las fuerzas sonexpresiones de cuatro clases defuerzas o interaccionesfundamentales entre las

partículas que se encuentran formando la materia y a la vez son las responsablesde la estructura, dinamismo y evolución del universo tal y como lo conocemos,motivo más que suficiente para que sean conocidas como FuerzasFundamentales.

Dos de ellas las conocemos por experiencia cotidiana; las otras dosimplican interacción entre partículas subatómicas (interacción fuerte e interaccióndébil) que podemos observar directamente con nuestros sentidos (gravitacionalesy electromagnéticos).

Las fuerzas actúan también el mundo atómico y subatómico, porejemplo las fuerzas atómicas dentro del átomo son las que se encargan demantener unidos sus constituyentes y las fuerzas nucleares actúan sobrediferentes partes del núcleo paraevitar que éstas se separen.

Son cuatro fuerzasfundamentales el objetivo deestudio y de este modo estar másfamiliarizados acerca de laestructura de nuestro universopor lo que a continuaciónestudiaremos a cada una de ellas.

ESTO NO ES POSIBLE REALIZARLO DEBIDO A LAFUERZA DE LA GRAVEDAD

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3.2. FUERZAS FUNDAMENTALES

Se suele hacer mención a cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza: lafuerza gravitacional, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil.

B. FUERZA GRAVITATORIA

Es una fuerza mutuamenteatractiva que actúa entre todas lasmasas tal y como se menciona en laLey de Gravitación Universal deNewton.

La fuerza gravitatoria esla responsable del giro de todos losplanetas alrededor del sol, de que los cuerpos caigan al suelo, del movimientode las galaxias y otros.

Cabe mencionar que Newton descubrió que la fuerza de gravedadobedece a una ley. La fuerza gravitacional entre dos cuerpos es directamenteproporcional a las masas de los cuerpos e inversamente proporcional alcuadrado de la distancia que los separa. Matemáticamente se denota:

221

d

mmGF

Donde: F = Fuerza gravitacional

Gravitacional

Electromagnética

Nuclear débil

Nuclear fuerte

Macrocosmos

Microcosmos

Universo

F

«Depende del empeño para la cosecha... siembra y cultiva conamor, fe y perseverancia; si dejas para mañana, pueda que lasemilla ya no germine o los frutos no sean de calidad». (Dalhy)

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18 Alcides Mendoza Coba – DALHY

3.2. FUERZAS FUNDAMENTALES

Se suele hacer mención a cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza: lafuerza gravitacional, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil.

B. FUERZA GRAVITATORIA

Es una fuerza mutuamenteatractiva que actúa entre todas lasmasas tal y como se menciona en laLey de Gravitación Universal deNewton.

La fuerza gravitatoria esla responsable del giro de todos losplanetas alrededor del sol, de que los cuerpos caigan al suelo, del movimientode las galaxias y otros.

Cabe mencionar que Newton descubrió que la fuerza de gravedadobedece a una ley. La fuerza gravitacional entre dos cuerpos es directamenteproporcional a las masas de los cuerpos e inversamente proporcional alcuadrado de la distancia que los separa. Matemáticamente se denota:

221

d

mmGF

Donde: F = Fuerza gravitacional

Gravitacional

Electromagnética

Nuclear débil

Nuclear fuerte

Macrocosmos

Microcosmos

Universo

F

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3.2. FUERZAS FUNDAMENTALES

Se suele hacer mención a cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza: lafuerza gravitacional, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil.

B. FUERZA GRAVITATORIA

Es una fuerza mutuamenteatractiva que actúa entre todas lasmasas tal y como se menciona en laLey de Gravitación Universal deNewton.

La fuerza gravitatoria esla responsable del giro de todos losplanetas alrededor del sol, de que los cuerpos caigan al suelo, del movimientode las galaxias y otros.

Cabe mencionar que Newton descubrió que la fuerza de gravedadobedece a una ley. La fuerza gravitacional entre dos cuerpos es directamenteproporcional a las masas de los cuerpos e inversamente proporcional alcuadrado de la distancia que los separa. Matemáticamente se denota:

221

d

mmGF

Donde: F = Fuerza gravitacional

Gravitacional

Electromagnética

Nuclear débil

Nuclear fuerte

Macrocosmos

Microcosmos

Universo

F

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m1m2 = masas de los cuerpos

d = distancia

G = Constante (llamada constante gravitacional de Newton,cuyo valor determina la intensidad de la interacción gravitacional).

Después de calibrar la balanza de Cavendish (*) mejoraron lascondiciones para medir las fuerzas gravitatorias y así determinar el valor de G.El valor hoy en día aceptado (en unidades del SI) es: G = 6,67259 (85) X 10 -11

N.m2/Kg2 ( Sears & Zemansky. Física Universitaria. Novena edición. T1. Pag.360)

Las fue00000000rzas gravitatorias se combinan vectorialmente. Sicada una de dos masas ejerce una fuerza sobre una tercera, la fuerza totalsobre esta es la resultante de las fuerzas individuales de las dos primeras.

Quizás el aspecto sobresaliente de la fuerza gravitatoria de uncuerpo sobre otro es que actúa a distancia, sin contacto directo sobre loscuerpos.

La magnitud de las fuerzas gravitacionales resulta ser significativaen objetos microscópicos, sin embargo son las más débiles de lascuatro fuerzas fundamentales.

(*) Balanza de torsión, dispositivo que mide fuerzas eléctricas, magnéticas ogravitatorias muy pequeñas a partir del ángulo que forma un brazo al girar,antes de que la resistencia ejercida por la fuerza de torsión detenga sumovimiento. Fue diseñada originalmente por el geólogo británico John Michell,y mejorada por el químico y físico de la misma nacionalidad Henry Cavendish.El instrumento fue inventado de forma independiente por el físico francésCharles de Coulomb, que lo empleó para medir la atracción eléctrica ymagnética.+

C. FUERZA ELECTROMAGNÉTICA.Incluye las fuerzas eléctricas y

magnéticas. Sigue en intensidad a lafuerza nuclear fuerte y esaproximadamente 100 veces menor queella, su magnitud es trillones de vecesmayor que la fuerza gravitacional.

La fuerza electromagnética esuna atracción o repulsión entre dos

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partículas cargadas que pueden estar en movimiento relativo. Es laresponsable que los átomos, moléculas y materia en general permanezcanunidos.

La fuerza electromagnética actúa sobre las partículas que tienencarga eléctrica y puede ser atractiva o repulsiva, según el signo de las cargas.Por eso otra forma de definir la fuerza electromagnética es indicando que“afecta a los cuerpos eléctricamente cargados, y es la fuerza involucrada en lastransformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Es mucho másintensa que la fuerza gravitatoria y su alcance es infinito”

La fuerza electromagnética es fundamental en varios procesos denuestro mundo cotidiano, responsable de las reacciones químicas.

Las fuerzas magnéticas ocurren en interacciones entre imanes yun trozo de hierro. Podría parecer una categoría aparte, pero en realidad soncausadas por cargas eléctricas en movimiento.

Es importante mencionar que en esencia todas las fuerzas ennuestro mundo macroscópico (aparte de la gravitacional) cuando se analiza decerca son manifestaciones de las fuerzas electromagnéticas, como ejemplo sepuede mencionar la fuerza de fricción, las de contacto y las de tensión, asícomo las que se presentan en resortes extendidos y otros cuerposdeformados, son en sí la consecuencia de fuerzas electromagnéticas entrepartículas cargadas muy próximas entre sí.

D. FUERZA NUCLEAR FUERTE.

Es la fuerza querepresenta el “pegamento” quemantiene unido los constituyentesnucleares, llamados nucleones.También se denomina fuerza nuclear.

Tiene un alcance muchomenor que las interaccioneseléctricas, pero dentro de ese rango es mucho más fuerte. Esta interaccióntambién es también la que causa la creación de partículas inestables, en elchoque de partículas de elevada energía.

Los protones del núcleo del átomo, debido a su carga eléctrica, sesepararían si no tuvieran ligados en sí por la fuerza notablemente elevada.

La fuerza nuclear sólo se manifiesta en una distancia comparablecon el tamaño de un núcleo atómico. Un protón es atraído por las partículas enun núcleo atómico sólo si se encuentra a una distancia de unos diez

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billonésimos de centímetro; si está un poco más lejos, sólo resentirá larepulsión eléctrica del núcleo. En cambio, un protón en el núcleo es atraído porlos otros protones y neutrones por la fuerza nuclear, cuya intensidad es unas 1000 veces mayor que la fuerza de repulsión electromagnética.

La fuerza de interacción fuerte es la más intensa de las fuerzasfundamentales, pero tienen muy corto alcance (10 -15 m aproximadamente),motivo por el cual su acción de esta fuerza no se aprecia fuera del núcleo. Lafuerza nuclear fuerte es una o dos ordenes de magnitud que la fuerzaelectromagnética.. Sin embargo, la fuerza nuclear disminuye muy rápido conel aumento en la separación y es despreciable para separaciones mayores,aproximadamente 10- 14 m.

E. FUERZA NUCLEAR DÉBIL

Fuerza nuclear débiles una fuerza nuclear de cortoalcance que tiende a producirinestabilidad en ciertos núcleos.La mayor parte de reacciones dedecaimiento radiactivo soncausadas por ésta fuerza que escasi 12 órdenes de magnitud más débil que la fuerza electromagnética.

Esta fuerza no cumple un papel directo en el comportamiento dela materia ordinaria. Actúa sobre las partículas elementales denominadasleptones como los electrones o los neutrinos; es responsable en lasinteracciones en la mayoría de las partículas elementales. Esta interaccióncausa una forma común de radiactividad llamada decaimiento beta, en dondeun neutrón de un núcleo radiactivo se transforma en un protón, expulsando unelectrón y una partícula casi sin masa llamada antineutrino. La interacciónentre antineutrino y la materia ordinaria es tan débil, que un antineutrinopodría pasar fácilmente una pared de plomo de un millón de kilómetros deespesor.

3.3. NACIMIENTO DE LAS FUERZAS FUNDAMENTALES

Un segundo después del Big Bang ya habían surgido cuatro fuerzas queaún gobiernan el Universo. Estas fuerzas son la gravitación, el electromagnetismoy las interacciones nucleares débil y fuerte. El Universo empezó en un estado dedensidad y temperatura inconcebiblemente elevadas, y es muy probable que

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entonces existiera una única fuerza. A medida que el Universo se expandía yenfriaba, esa fuerza dio lugar a la gravedad, que afecta a todas las partículas, y auna ‘gran fuerza unificada’. Después de la era inflacionaria, en la que el Universomultiplicó repetidamente su tamaño a un ritmo fabuloso, la gran fuerza unificadaoriginó la interacción nuclear fuerte que conocemos actualmente, y que es laresponsable de mantener unidos los núcleos atómicos, y la fuerza electrodébil,una combinación de electromagnetismo e interacción nuclear débil. Cuando elUniverso tenía aproximadamente 10-8 s (una cienmillonésima de segundo) deantigüedad, la fuerza electrodébil se dividió en la interacción nuclear débil, querige la radiactividad, y el electromagnetismo.

En la actualidad, los científicos intentan demostrar que todas estasfuerzas fundamentales, aparentemente diferentes, son manifestaciones, encircunstancias distintas, de un modo único de interacción. El término "teoría delcampo unificado" engloba a las nuevas teorías en las que dos o más de las cuatrofuerzas fundamentales aparecen como si fueran básicamente idénticas.

La teoría de la gran unificación intenta unir en un único marco teóricolas interacciones nucleares fuertes y nucleares débiles, y la fuerzaelectromagnética. Esta teoría de campo unificado se halla todavía en proceso deser comprobada. La teoría del todo es otra teoría de campo unificado quepretende proporcionar una descripción unificada de las cuatro fuerzasfundamentales.

Hoy, la mejor candidata a convertirse en una teoría del todo es lateoría de supercuerdas. Esta teoría física considera los componentesfundamentales de la materia no como puntos matemáticos, sino como entidadesunidimensionales llamadas "cuerdas". Incorpora la teoría matemática desupersimetría, que sugiere que todos los tipos de partícula conocidos deben teneruna "compañera supersimétrica" todavía no descubierta. Esto no significa queexista una compañera para cada partícula individual (por ejemplo, para cadaelectrón), sino un tipo de partícula asociado a cada tipo conocido de partícula. Lapartícula hipotética correspondiente al electrón sería el selectrón, por ejemplo, yla correspondiente al fotón sería el fotino. Esta combinación de la teoría decuerdas y la supersimetría es el origen del nombre de "supercuerdas".

¿POR QUÉ EXPERIMENTAMOS SÓLO LA FUERZA GRAVITACIONAL?

Considerando que de las cuatro fuerzas fundamentales dos fuerzassuceden a nivel microscópico, por no decir a nivel atómico ( Nuclear débil yNuclear fuerte), las otras dos suceden a nivel macroscópico (Gravitación yelectromagnética). Pero nosotros sólo experimentamos la fuerza gravitacionalporque esta implica la atracción entre dos cuerpos que poseen masa, en este casoel ser humano y el planeta tierra, la cual por tener mayor masa atrae al serhumano y lo mantiene adherido a la superficie. En el caso de la fuerza

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electromagnética no se lo experimenta porque esta se da entre dos cuerposcargados eléctricamente.

BIBLIOGRAFÍA

WWW. Wikipedia.com

WILSON, Jerry D. Física. Edit. Prentice Hall Hispanoamericana. S.A.Segunda

SERWAY, Raymond. Física T I- Cuarta edición. Edit Mc Graw Hill. México1997 (Páginas consultadas 161-163)

ALONSO, Marcelo - FINN, Edward. Física 1 Mecánica. Fondo Editorialineramericana. 1970

Halliday D., Resnick R., Krane K. S., Física Volumen 2

Microsof Ecarta 2005

SEARS & SEMANSKY. Física Universitaria. 1. Novena edición.México 1998(Páginas consultadas 145, 146, 358,359,360,361)