Paso 2: Cartilla de física eléctrica
Cuando nos referimos a la electricidad, estamos hablando de las interacciones de los portadores de la carga. Estas carga portadores pueden ser partículas subatómicas como protones y electrones o átomos cargados, iones en solución. Debido a su muy baja masa para cargar cociente, electrones son los portadores de carga primaria en conductores sólidos. Carga se mide en unidades de coulombs (C). Cargos interactúan uno con el otro a través de los campos. Influencia de campos magnéticos sólo mover cargas mientras que los campos eléctricos influyen cargas móviles y estacionarias. El campo eléctrico producido por un solo punto de carga (un protón, por ejemplo) puede ser demostrado por la ley de Gauss para ser proporcional a la magnitud de la carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde el punto de carga. Partículas en un campo de experimentan de una fuerza que aumenta con la cantidad de carga que llevan. O sea, F = qE, donde F denota fuerza, q indica carga y E denota la magnitud del campo eléctrico. Así, la fuerza experimentada por una partícula cargada en el campo del otro es proporcional a la carga de la partícula que produce el campo y la carga de la partícula experimenta el campo y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las dos partículas. Esto se conoce como ley de Coulomb.
En electricidad, existen dos ámbitos de análisis: electrostática y electromagnetismo. Electrostática se ocupa solamente de cargos fijos y no es capaz de describir como muchas situaciones físicas como el electromagnetismo, que representa la física más complicada por cargas en movimiento. A menos que usted ha vivido en una caja cerrada toda su vida (y hasta entonces...), ha sido testigo de electrostática y electromagnetismo. Desplazamiento de carga en su pelo frotando con un globo es un ejemplo de interacción electrostática. Microondas, imanes y la gran mayoría de dispositivos electrónicos operan sobre los principios de electromagnetismo. Para nuestros propósitos, se descuidan electromagnetismo en nuestro análisis porque el generador Marx es un ejemplo en que electrostática juega un papel mucho más notable. Sin embargo, deben, ser conscientes de algunas de las relaciones entre electricidad y magnetismo. Usted debe saber que un campo magnético varían con el tiempo induce un campo eléctrico (Ley de Faraday) y que un campo eléctrico variables en el tiempo induce un campo magnético (Ley de Ampere-Maxwell). La elegante simetría de electricidad y el magnetismo se expone en las ecuaciones de Maxwell, que demuestran la existencia de autosostenibles ondas electromagnéticas viajando a la velocidad de la luz (c = aproximadamente 300.000.000 m/s!!!).
Electricidad, como en todo en mundo natural, implica la conversión de la energía entre las formas potencial y cinéticas. En física, energía tiene unidades de julios (J). Energía ni se crea ni se destruye. Más bien, durante cualquier proceso físico, la energía se conserva *. Las medidas de voltaje y corriente cuantifican la energía poseída por cargas fijas y móviles. Voltaje es la diferencia de potencial eléctrica y tiene unidades de voltios (V) o julios por culombio (C/J). Es igual al cambio de energía que resultaría de una partícula cargada en movimiento de una posición a otra dividida por la carga de esa partícula. El resultado de partículas cargadas de un más alto voltaje (mayor energía potencial) a un más bajo voltaje (menor energía potencial) es corriente eléctrica. Corriente puede ser calculada como la cantidad de carga (C) pasando por un área transversal, como un alambre, por unidad de tiempo (s). Por lo tanto, la corriente tiene unidades de coulombs por segundo (c/s) o amperios (A). Dos factores determinan la magnitud de la corriente: la velocidad de la deriva promedio de partículas cargadas y la carga neta de las partículas. Corriente puede incrementarse mediante el aumento de la velocidad o el número de partículas pasando a través de una sección transversal dada de un hilo. Voltaje y corriente pueden estar relacionados con la energía, la tasa de consumo de energía, por la ecuación P = IV, donde P es potencia, es actual y V es el voltaje. Multiplicando y el tiempo rinde energía. Voltaje y la corriente se relacionan con las leyes de conservación de energía y carga respectivamente. Sabiendo que la energía siempre se conserva y que voltaje representa el cambio de energía de un electrón moviéndose de un punto a otro, podemos concluir que la suma de todas las tensiones en un circuito cerrado (el camino que llevaría a un electrón alrededor de un circuito para terminar en su posición inicial) debe siempre * ser cero. Esto se conoce como regla del lazo de Kirchhoff. Existe una segunda regla, regla de cruce de Kirchoff, que establece que la suma de las corrientes que fluyen en cualquier cruce, es decir, un cruce de cables, debe ser igual a la suma de las corrientes que fluyen fuera de la Unión en orden para la carga a refrigerar. Las reglas de Kirchoff son especialmente útiles para el análisis de los circuitos más complicados.
Voltaje y la corriente pueden también estar relacionada con otra cantidad: resistencia, la oposición a la corriente. Ley de Ohm afirma que la tensión, V, es el producto de la corriente, Iy la resistencia, R; V=IR. Sin embargo, una más intuitiva y a menudo más útiles, forma de la ley de Ohm da I = V/R. En circuitos de corriente continua (DC), la resistencia disipa energía en forma de calor y depende de la resistividad del material conductor. En circuitos de corriente alterna (CA), la resistencia se transforma en impedancia compleja, que toma en cuenta la respuesta de frecuencia de elementos reactivos como condensadores e inductores.
