CIRCUITOS SIMPLES Y RESISTENCIAS EN SERIE

Un circuito eléctrico consiste en cierto número de ramas unidas entre sí, de modo que al menos una de ellas cierre la trayectoria que se proporciona a la corriente. El circuito más sencillo consta de una sola fuente de fem unida a una sola resistencia. Si  representa la fem y R indica la resistencia total, la ley de ohm queda de la siguiente manera:  = IR Donde I es la corriente que circula por el circuito. Toda la energía que se gana mediante una carga que pasa a través de la fuente de fem se pierde debido al flujo a través de la resistencia. Si se considera la adición de ciertos elementos al circuito, se dice que dos o más elementos están en serie si tienen un solo punto en común que no está conectado a un tercer elemento. Para aplicar la ley de ohm de forma adecuada en un circuito con dos o más resistencias conectadas en serie es necesario calcular una resistencia equivalente, para esto se debe sumar el valor de cada una de las resistencias individuales.

R = R1 + R2 + R3 +. . . En resumen, la corriente eléctrica es igual en cualquier parte de un circuito en serie. El voltaje a través de cierto número de resistencias en serie es igual a la suma de los voltajes correspondientes a cada una de ellas. La resistencia equivalente de cierto número de resistencias en serie es igual a la suma de las resistencias individuales. RESISTENCIAS EN PARALELO

“ Diagrama de circuito en serie”

Un circuito en paralelo es aquel en el que dos o más componentes se conectan a dos puntos comunes del circuito. En este tipo de conexión la corriente se divide entre los elementos que se encuentran conectados. La corriente total en un circuito en paralelo es igual a la suma de las corrientes en las ramas individuales. Las caídas de voltaje a través de todas las ramas del circuito en paralelo deben ser de igual magnitud. El reciproco de la resistencia equivalente es igual a la suma de los recíprocos de las resistencias individuales conectadas en paralelo como se expresa a continuación: 1

1 =

R

1 +

R1

1 +

R2

+ . . . R3

La resistencia equivalente de dos resistencias conectadas en paralelo es igual a su producto dividido entre su suma: R1R2

R = R1 + R 2

Diagrama de un circuito en paralelo

Circuito Mixto

Es simplemente una combinación de resistencias en serie y paralelo. Y se deben aplicar las mismas reglas que se mencionaron anteriormente.

Diagrama de un circuito mixto

ANTECEDENTES DEL ELECTROMAGNETISMO

El fenómeno del magnetismo se conoce desde hace miles de años. Las manifestaciones conocidas antiguamente son las que corresponden a los imanes naturales o piedras imán, como la magnetita. Fueron los griegos quienes primero reflexionaron sobre las maravillosas propiedades de la magnetita, una piedra negra capaz de atraer objetos de hierro. Alrededor del año 600 antes de Nuestra Era, Tales de Mileto describió al imán en forma detallada.

Imagen de Tales de Mileto

Dos siglos después, Platón hizo decir a Sócrates que la magnetita no sólo atraía anillos de hierro, sino que les impartía un poder similar para atraer a otros anillos, fenómeno que en la actualidad llamamos magnetización por inducción. De esta manera se formaban cadenas de anillos, colgados unos de otros. El término magnetismo viene de Magnesia, una ciudad del Asia Menor donde abundaba el mineral. Según otra versión, el nombre tiene su origen en la leyenda del pastor Magnes, quien se quedó pegado a la tierra, ya que los clavos de sus zapatos fueron atraídos por la magnetita. En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un manuscrito del siglo IV a. C. titulado Libro del amo del valle del diablo: “La magnetita atrae al hierro hacia sí o es atraída por éste”. La primera mención sobre la atracción de una aguja aparece en un trabajo realizado entre los años 20 y 100 de nuestra era: “La magnetita atrae a la aguja”.

El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja magnética y mejoró la precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el siglo XII los chinos ya habían desarrollado la técnica lo suficiente como para utilizar la brújula para mejorar la navegación. Alexander Neckham fue el primer europeo en conseguir desarrollar esta técnica en 1187.

Posteriormente, el físico danés Hans Christian Oersted, hizo pasar una determinada corriente eléctrica por un alambre y lo acercó a una aguja imantada. La aguja se desvió hacia un lado, apartándose de su posición inicial y hacia el otro cuando la corriente fue dirigida en sentido inverso, demostrando con esto, que una corriente generaba un campo magnético.

CARACTERÍSTICAS DE LOS IMANES E INTERACCIONES MAGNÉTICAS

LOS IMANES Y EL MAGNETISMO Determinados cuerpos y especialmente la magnetita, tienen la propiedad de atraer limaduras de hierro. A tales cuerpos se les llama imanes naturales. Imanes artificiales son cuerpos metálicos a los que se ha comunicado la propiedad del magnetismo por frotamiento con imanes naturales o por la acción de corrientes eléctricas en forma adecuada; tales imanes suelen ser de acero, en forma de barra o de herradura. La máxima atracción de los imanes reside en sus extremos, llamados polos; en su parte central (línea neutra) la atracción es nula.

“Imán”

Se pueden demostrar estos hechos introduciendo un imán en limaduras de hierro; al sacarlo de ellas, se observa cómo quedan adheridas a sus extremos en cantidad que decrece hacia la zona central, en la cual las limaduras no se adhieren. Una laminilla de acero imantado, de forma rómbica constituye un magnetómetro (dipolo magnético). Un magnetómetro, que puede girar libremente alrededor de su centro, se orienta con uno de sus polos hacia el norte “N” geográfico y el otro hacia el sur “S”. Al extremo orientado hacia el norte se llama polo norte del imán; al opuesto, polo sur. Colocando dos largos imanes con sus polos N muy próximos se observa una repulsión; lo mismo ocurre si los polos aproximados son los S. Si se aproxima un polo norte a uno sur, se observa una atracción. “Polos magnéticos de la misma naturaleza se repelen y de distinta se atraen”.

Si se corta una barra magnética por la línea neutra, en su separación se obtienen dos imanes, ambos completos, con sus polos norte y sur. Sin importar cuantas veces se divida un imán, siempre se obtendrán dos imanes completos. En todo imán las líneas de fuerza salen del polo norte y entran por el polo sur y van del sur al norte por el interior del imán.

INTERACCIONES ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

Hasta este momento se han descrito fenómenos que presentan determinadas sustancias a los cuales llamamos fenómenos magnéticos. En principio, el magnetismo no parece tener nada en común con la electricidad, de hecho así se pensaba en los primeros tiempos del desarrollo de la Física como ciencia; pero en realidad, magnetismo y electricidad están relacionados.

Una corriente eléctrica que fluye por un hilo conductor es capaz de crear un campo magnético de líneas de fuerza circulares en el plano perpendicular a dicho conductor. Un magnetómetro se desvía al encontrarse en presencia de una corriente continua con respecto a la dirección Norte –Sur. Un magnetómetro situado en el centro de un circuito circular, se orienta perpendicularmente al plano del circuito (siempre que la intensidad de la corriente sea tal que las acciones del campo magnético terrestre sean despreciables frente a las del campo magnético creado por el circuito). Una espira de corriente es equivalente en todas sus propiedades magnéticas a un dipolo magnético a distancias grandes comparadas con las dimensiones de la espira.

CAMPO MAGNÉTICO Y SU REPRESENTACIÓN

Todo imán esta rodeado por un espacio, en el cual se manifiestan sus efectos magnéticos. Dichas regiones se llaman campos magnéticos y son representados mediante las líneas de fuerza o líneas de flujo magnético. La dirección de una línea de flujo en cualquier punto tiene la misma dirección de la fuerza magnética que actuaría sobre un polo norte imaginario aislado y colocado en ese punto.

Campo magnético de un imán

REGLA DEL PULGAR DE LA MANO DERECHA Si el conductor se toma con la mano derecha de modo que el pulgar apunte en la dirección de la corriente convencional, los demás dedos que se sujetan al conductor indicarán la dirección del campo magnético.

Regla del pulgar de la mano derecha LEYES DE ELECTROMAGNETISMO

LEY DE BIOT Y SAVART La inducción magnética producida por un elemento de corriente estacionaria en un punto del espacio, es un vector perpendicular al plano determinado por el elemento de corriente y el punto; de sentido de giro de un sacacorchos que avanza con la corriente.

0 I dl x r dB = 4

r

3

LEY DE AMPERE En un campo magnético, la circulación del vector inducción a lo largo de una curva cerrada C es igual a 0 veces la intensidad de corriente que corta el área

de dicha curva. Donde 0 representa la permeabilidad magnética. B dl = 0 I c

LEY DE LENZ La corriente inducida se opone a la variación del flujo magnético que la produce.

LEY DE FARADAY Siempre que varía el flujo magnético que atraviesa un circuito, se origina en él una corriente inducida; la fuerza electromotriz de inducción tiene el valor de la velocidad de variación del flujo.

d  = dt