Electrodinamica

La electrodinámica consiste en el movimiento de un flujo de cargas eléctricas que pasan de una molécula a otra, utilizando como medio de desplazamiento un material conductor como, por ejemplo, un metal.

Para poner en movimiento las cargas eléctricas o de electrones, podemos utilizar cualquier fuente de fuerza electromotriz (FEM), ya sea de naturaleza química (como una batería) o magnética (como la producida por un generador de corriente eléctrica), aunque existen otras formas de poner en movimiento las cargas eléctricas.

Cuando aplicamos a cualquier circuito eléctrico una diferencia de potencial, tensión o voltaje, suministrado por una fuente de fuerza electromotriz, las cargas eléctricas o electrones comienzan a moverse a través del circuito eléctrico debido a la presión que ejerce la tensión o voltaje sobre esas cargas, estableciéndose así la circulación de una corriente eléctrica cuya intensidad de flujo se mide en amper (A).

http://www.youtube.com/watch?v=6Erta3q5FpU

Historia De La Electrodinamica:

Albert Einstein desarrolló la relatividad especial merced a un análisis de la electrodinámica. Durante finales del siglo XIX los físicos se percataron de una contradicción entre las leyes aceptadas de la electrodinámica y la mecánica clásica. En particular, las ecuaciones de Maxwell predecían resultados no intuitivos como que la velocidad de la luz es la misma para cualquier observador y que no obedece a la invariancia de Galileo. Se creía, pues, que las ecuaciones de Maxwell no eran correctas y que las verdaderas ecuaciones del electromagnetismo contenían un término que se correspondería con la influencia del éter lumínico.

Después de que los experimentos no arrojasen ninguna evidencia sobre la existencia del éter, Einstein propuso la revolucionaria idea de que las ecuaciones de la electrodinámica eran correctas y que algunos principios de la mecánica clásica eran inexactos, lo que le llevó a la formulación de la relatividad especial.

Unos quince años antes del trabajo de Einstein, Wiechert y más tarde Liénard, buscaron las expresiones de los campos electromagnéticos de cargas en movimiento. Esas expresiones, que incluían el efecto del retardo de la propagación de la luz, se conocen ahora como potenciales de Liénard-Wiechert. Un hecho importante que se desprende del retardo, es que un conjunto de cargas eléctricas en movimiento ya no puede ser descrito de manera exacta mediante ecuaciones que sólo dependa de las velocidades y posiciones de las partículas. En otras palabras, eso implica que ella grangiano debe contener dependecias de los "grados de libertad" internos del campo.

Materiales eléctricos:

• Materiales conductores: Son materiales que transmiten la electricidad o permiten el paso de ella, estos poseen en su estructura electrones libres que les permiten moverse, por eso el nombre de electrodinámica  porque si hay dinámica hay movimiento, ahora para poder moverse por el material, ellos necesitan de una gran energía que se el puede llamar voltaje, fuerza electromagnética o diferencia de potencia. Entre los materiales conductores encontramos principalmente los metales.
• Materiales no conductores: Son materiales que no transmiten la electricidad, ejemplo de ellos son: el plastico, la madera.
• Materiales semiconductores: Son los que no son del todo conductores, o no son del todo aislantes, se usan en los objetos electronicos, ejemplo de ellos: el germanio y silicio

Voltaje:

El voltaje (tambien se usa la expresión "tensión") es la energía potencial eléctrica por unidad de carga, medido en julios por culombio ( = voltios). A menudo es referido como "el potencial eléctrico", el cual se debe distinguir de la energía de potencial eléctrico, haciendo notar que el "potencial" es una cantidad por unidad de carga. Al igual que con la energía potencial mecánica, el cero de potencial se puede asignar a cualquier punto del circuito, de modo que la diferencia de voltaje, es la cantidad físicamente significativa. La diferencia de voltaje medido, cuando se mueve del punto A al punto B, es igual al trabajo que debe realizarse por unidad de carga contra el campo eléctrico, para mover la carga desde A hasta B.

Se usa para calcular la corriente en la ley de Ohm.	Se usa para expresar la conservación de la energía alrededor de un circuito en la ley de voltaje.	Se usa para calcular el potencial de una distribución de cargas.	Se genera moviendo un hilo eléctrico en un campo magnético.

Corriente electrica:

Es el movimiento o flujo libre de electrones a través de un conductor, debido a la presencia de un campo eléctrico que a su vez es originado por una diferencia de potencial.

Naturaleza de la corriente eléctrica:

Electrodinámica es una parte de la electricidad que se encarga de estudiar las cargas eléctricasen movimiento. En un conductor metálico, los electrones se mueven en forma desordenada, no tienen ninguna dirección y sentido definido, sin embargo en promedio el número de electrones que se desplazan en un sentido es igual al número de electrones que se desplazan en sentido contrario, con lo cual el movimiento neto es nulo, con ello concluimos que el flujo neto de electrones es cero.

Intensidad de corriente eléctrica:

La intensidad de corriente es la cantidad de carga eléctrica que pasa a través del conductor por unidad de tiempo (por segundo), por lo tanto el valor de la intensidad instantánea, I, será:

Si la intensidad permanece constante, utilizando incrementos finitos de tiempo, podemos definirla como:

TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA

A) Corriente Contínua:

  Se realiza cuando las cargas eléctricas se desplazan en un solo sentido, debido a que elcampo eléctrico permanece constante ya que su diferencia de potencial es invariable, ejemplo: en la pila, en la batería, etc.

B) Corriente Alterna:

Se realiza cuando las cargas eléctricas se desplazancambiando periódicamente de sentido,esto se debe a que el campo eléctrico cambia de sentido con cierta frecuencia, producto del cambio frecuente de la diferencia de potencial; ejemplo: la corriente que generalmente usamos en casa.

Circuitos de Resistencia:

Es un trayecto o ruta de una corriente electrica. Compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluye un fuernte de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito. El valor de la resistecia equivalente a las resistencias conectadas en serie es igual a la sima de los valores de cada una de ellas.

• Resistencia en serie: La asociación en serie. Al conectar en serie, colocamos una resistencia a continuación de la otra.

• Resistencia equivalente: La intensidad no debe sufrir variación y, como la equivalente sustituye a ambas, la diferencia de potencial de la equivalente, debe ser la suma de las diferencias de potencial.

Elementos de un circuito:

Electodinamica Cuantica:
La electrodinámica cuántica es una descripción detallada de la interacción entre fotones y partículas cargadas de tipo fermionico. La teoría cuántica comparte ciertos rasgos con la descripción clásica. De acuerdo con la descripción de la óptica clásica la luz viaja sobre todos los caminos permitidos, y su interferencia determina los frentes de onda que se propagan de acuerdo con el principio de fermat. Similarmente, en la descripción cuántica de los fotones (y los fermiones), estos pasan por cada camino posible permitido por aberturas o sistemas ópticos. En ambos casos el observador detecta simplemente el resultado matemático de la superposición de todas las ondas consideradas a lo largo de integrales de línea. Una diferencia es que en la electrodinámica la velocidad efectiva de un fotón puede superar la velocidad de luz en promedio.
Además QED fue la primera teoría cuántica del campo en la cual las dificultades para construir una descripción completa de campos y de creación y aniquilación de partículas cuánticas, fueron resueltas satisfactoriamente.
Ley de Ohm:
 La Ley de Ohm afirma que la corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.



La ecuación matemática que describe esta relación es:





Georg Simón Ohm
(Erlangen, actual Alemania, 1789-Munich, 1854) Físico alemán. Descubridor de la ley de la electricidad que lleva su nombre, según la cual la intensidad de una corriente a través de un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre los extremos del conductor e inversamente proporcional a la resistencia que éste opone al paso de la corriente.



Hijo de un herrero, alternó en los años de adolescencia el trabajo con los estudios, en los que demostró preferencia por los de carácter científico. En 1803 empezó a asistir a la Universidad de Erlangen, donde hizo rápidos progresos. Primero enseñó como maestro en Bamberg; pero en 1817 fue nombrado profesor de Matemáticas y Física en el instituto de Colonia.
Dedicado desde el principio a los estudios de galvanoelectricidad, en 1827 publicó aspectos más detallados de su ley en un artículo titulado Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (El circuito galvánico investigado matemáticamente), que, paradójicamente, recibió una acogida tan fría que lo impulsó a presentar la renuncia a su cargo en el colegio jesuita. Finalmente, en 1833 aceptó una plaza en la Escuela Politécnica de Nuremberg.
Ley de Ohm
La ley de Ohm   dice que: "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo".

En el Sistema internacional de unidades:

I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (Ω) La diferencia de potencial del generador "empuja " a moverse a los electrones, pero los cables y los demás elementos del circuito frenan este movimiento.



Resistor:
El resistor es el elemento de circuito más utilizado en la práctica. Su usos más comunes son la disipación de potencia, generación de calor, limitación de corriente, división de voltaje, etc. El resistor se describe matemáticamente mediante la ley de Ohm. Los resistores se miden por esa razón en unidades llamadas Ohms, generalmente se utiliza el símbolo W para representar los Ohms. En la práctica los valores utilizados se extienden entre algunas décimas de ohm a varios millones de ohms.
Para representar el valor de las resistencias se utiliza un código de colores. El código especifica claramente el valor y la precisión con que el elemento fue fabricado. Además de su valor es importante la potencia eléctrica que disipa un resistor. Generalmente el tamaño del elemento determina la potencia máxima permitida. Los valores comunes de potencia son 0.25, 0.5 y 1 W.
Código de barras de colores:En este método se utilizan bandas o barras de colores para especificar su valor. Dependiendo de la precisión o tolerancia se utilizan códigos de 3, 4, 5 o 6 barras. Los más comunes son los de 4 y 5 barras.
Los valores codificados se basan en la siguiente tabla:

Si el resistor es de 3 bandas, La primera banda es la más cercana a la orilla. Si el  resistor es de 4 o 5 bandas, la banda de tolerancia puede ser plata, oro, café o rojo. Si es oro o plata, el extremo derecho es el correspondiente a esta banda. Si es café o rojo, la banda de tolerancia se encontrará más separada que las restantes. Una vez determinado el lado derecho e izquierdo de la resistencia se leerá de izquierda a derecha.
Para 3 o 4 bandas se utilizan las dos primeras bandas para los dígitos significativos, la tercera banda es el factor multiplicador, para las de 4 bandas la última banda es la tolerancia, que puede ser 5% (dorado) o 10% (plateado).
Los resistores de 5 bandas utilizan 3 dígitos significativos correspondientes a las tres primeras bandas, la cuarta banda es el factor multiplicador y la quinta es la tolerancia que puede ser 1% (café) o 10% (rojo).
Los fabricantes no suministran todos los valores posibles de resistencias, cosa que no sería posible en la práctica. Dado que existe una tolerancia en el valor real del resistor, un resistor de 500 ohms podrá tener un valor real entre 450 y 550 ohms, si su tolerancia es del 10%. Un resistor de 570 ohm podía valer entre 513 y 627, con la misma tolerancia. Como puede verse los valores se traslapan, por tanto un resistor de 550, por ejemplo, puede obtenerse con uno de 500 al 10% o uno de 570 al 10%.
Los valores comerciales que se utilizan están definidos por las series siguientes, de acuerdo con la tolerancia
Tolerancia	20%	10%	5%	2%	1%	0.5%
Serie	E6	E12	E24	E48	E96	E192


Volimetro:
El aparato destinado a medir el voltaje (caída de tensión o diferencia de potencial) entre los extremos de un elemento del circuito por el que circula corriente, se llama voltímetro.Se basa en el mismo principio que el amperímetro y se coloca en paralelo al elemento entre cuyos extremos se va a medir la diferencia de potencial.
Observa en la escena cómo debe colocarse el voltímetro. Este voltímetro mide el voltaje entre los extremos de la bombilla. El voltaje varía según pase más o menos intensidad por ella.








Amperimetro:
El amperímetro se coloca intercalado en el circuito en el que queremos medir la intensidad de corriente (circulación de electrones): es como cortar el cable en un punto e intercalar entre los dos extremos del cable el amperímetro. Esto es lo que se llama colocarlo en serie con el circuito.
Al colocarlo así, toda la corriente del circuito circula por el amperímetro.
El circuito tiene ahora una resistencia añadida (R_A) porque el amperímetro lo "carga" y ya no es el circuito que queríamos estudiar, sino uno modificado.
Para minimizar este efecto ponemos, paralelo al "mecanismo" del amperímetro y dentro de él, un cable "grueso" (con poca resistencia) para que casi toda la corriente pase por el cable y sólo una parte vaya al mecanismo del amperímetro.
El esquema quedaría así:

El amperímetro lo forma lo que está dentro de la línea discontinua roja.

Amperímetro Representación equivalente al esquema de la izquierda


Ejercicios de electrodinámica:


Ejercicio 1
 Una batería, al ejercer un voltaje constante (f.e.m.) sobre los electrones libres de un circuito cerrado, los hace fluir a razón de 12,5 trillones de electrones por segundo. ¿Cuál es la corriente en amperios?
 Solución
 12,5 trillones de electrones representa una carga de 2 culombios. La carga fluye a razón de 2 culombios por segundo, o sean 2 amperios.


Ejercicio 2
 Un interruptor se mantuvo "cerrado" en un circuito durante 1/5 de segundo. En este tiempo fluyó por el circuito una carga de 3 culombios. Calcule la corriente en amperios.
 Solución
 Si el voltaje constante de la fuente causa un flujo de 3 culombios en 1/5 de segundo, en un segundo causará un flujo 5 veces mayor. La corriente es 15 columbios por segundo, o 15 amperios.


Ejercicio 3
 Calcular la f.e.m. que debe ser aplicada a una resistencia de 25 ohmios para causar una corriente de electrones de 3,5 amperios.
 1.  R = 25 ohmios; I = 3,5 amp; E = ?
2.  E = I x R
3.  E = 3,5 x 25
4.  . . E = 87,5 v


Ejercicio 4
 Determine la cantidad de resistencia que permite pasar una corriente de electrones de 4,8 amperios, si se aplica una f.e.m. de 12 voltios.
 1.  I = 4,8 amperios; E = 12 v;  R = ?
2.  R = E
            I
3.  R = 12
           4,8
4.  R = 2,5 ohmios