1: Campos Eléctricos
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Entonces, podría preguntarse, si su interés primordial por la electricidad es entender cómo funcionan las máquinas, los instrumentos y los equipos eléctricos, ¿tiene algún sentido estudiar la electricidad desde el enfoque muy “académico” y abstracto que se utilizará en estas notas, completamente divorciadas como parecen ser del mundo de la realidad práctica? La respuesta es que los ingenieros eléctricos más que nadie deben entender los principios científicos básicos antes incluso de que comiencen a aplicarlos al diseño de electrodomésticos prácticos. Entonces, ni siquiera pienses en ingeniería eléctrica hasta que no tengas un conocimiento profundo de los principios científicos básicos del tema.
- 1.1: Preludio a Campos Eléctricos
- El tema del electromagnetismo es una amalgama de lo que originalmente fueron estudios de tres fenómenos aparentemente completamente no relacionados, a saber, fenómenos electrostáticos del tipo demostrado con piezas de ámbar, bolas de médula, y dispositivos antiguos como los frascos de Leyden y las máquinas de Wimshurst; magnetismo, y el fenómenos asociados con las piedras magnéticas, las agujas de brújula y el campo magnético de la Tierra; y la electricidad actual, el tipo de electricidad generada por las células químicas como las células Daniel y Leclanché
- 1.2: Efecto Triboeléctrico
- Hace mucho tiempo se notó que si una muestra de ámbar se frota con tela, el ámbar se dotó de ciertas propiedades aparentemente maravillosas. Por ejemplo, el ámbar podría atraer pequeñas partículas de pelusa hacia sí mismo. El efecto se llama efecto triboeléctrico. El ámbar, después de haber sido frotado con tela, se dice que lleva una carga eléctrica, y el espacio en las inmediaciones del ámbar cargado dentro del cual el ámbar puede ejercer sus atractivas propiedades se llama campo eléctrico.
- 1.3: Experimentos con bolas de médula
- Hay dos tipos de carga eléctrica, con propiedades exactamente opuestas. Observamos que cargas similares (es decir, las del mismo signo) se repelen entre sí, y a diferencia de las cargas (es decir, las de signo opuesto) se atraen entre sí.
- 1.4: Experimentos con un Electroscopio de Hoja de Oro
- Un electroscopio de hoja de oro tiene una varilla vertical R unida a una placa metálica plana. Los electroscopios detectan la carga eléctrica por el movimiento de un objeto de prueba debido a la fuerza electrostática de Coulomb. Dado que el potencial o voltaje eléctrico de un objeto con respecto a tierra es igual a su carga dividida por su capacitancia a tierra, un electroscopio puede considerarse como un voltímetro crudo.
- 1.5: Ley de Coulomb
- La Ley de Coulomb es que dos cargas eléctricas de signo similar se repelen entre sí con una fuerza que es proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas:
- 1.6: Campo Eléctrico E
- La región alrededor de un cuerpo cargado dentro de la cual puede ejercer su influencia electrostática puede llamarse campo eléctrico. En principio, se extiende hasta el infinito, pero en la práctica se cae más o menos rápidamente con la distancia.
- 1.7: Campo Eléctrico D
- Hemos estado asumiendo que todos los “experimentos” descritos se han llevado a cabo en vacío o (que es casi lo mismo) en el aire. Pero, ¿y si la carga puntual, la vara infinita y la hoja cargada infinita de la Sección 1.6 están todas inmersas en algún medio cuya permitividad no es 0, sino que es?
- 1.8: Flujo
- El producto de la intensidad del campo eléctrico y el área es el flujo. Mientras que E es una cantidad intensiva, el fundente es una cantidad extensa.
- 1.9: Teorema de Gauss
- El teorema de Gauss sostiene que el componente normal total del flujo D a través de cualquier superficie cerrada es igual a la carga encerrada por esa superficie. Es una consecuencia natural de la naturaleza cuadrada inversa de la ley de Coulomb.
Miniatura: Las líneas de campo eléctrico y líneas equipotenciales para campo de dos cargas puntuales. (CC BY-SA 3.0; Geek3 vía Wikipedia).