ATOMO

Un Átomo es la unidad de partículas más pequeñas que puede existir como sustanciasimple (elemento químico), y que puede intervenir en una combinación química. Su termino en griego significa “no divisible”, propuesto por Demócrito y Leucipo, quienes suponían que la materia estaba formada por partículas indivisibles e indestructibles. A lo largo de los siglos, el tamaño y la naturaleza del átomo sólo fueron objeto de especulaciones, por lo que su conocimiento avanzó muy lentamente. En los siglos XVI y XVII fue el comienzo y desarrollo de la química experimental, donde el científico inglés John Dalton propuso que la materia está formada por átomos a los cuales asignó una masa característica y que difieren de un elemento, y los representó como esferas macizas e indivisibles.

Mas adelante el físico ingles J.J. Thomson con la ayuda de la utilización de rayos catódicos, propuso un modelo simple de cargas eléctricas negativas (electrones) en el interior de una esfera positiva. Rutherford planteó que en el átomo existe un núcleo con carga positiva y los electrones situados en una corteza girando a su alrededor, como un sistema solar. De igual manera, el físico danés Bohr amplió el modelo de Rutherford, concluyendo que el electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares y la corteza estaba compuesta de niveles de energía. Posteriormente Sommerfeld propuso que el electrón gira es en órbitas elípticas y no circulares.

Todas estas investigaciones del modelo atómico concluyen que la estructura del átomo está formada por una parte central (núcleo), provista de partículas con carga positiva (protones) y a su vez con cargas neutras (neutrones); y por una parte externa (corteza o corona), provista por partículas con carga negativa (electrones). Del núcleo atómico, se derivan las siguientes propiedades: el número atómico (Z), que es el número de protones en el núcleo del átomo, y la posición que ocupa un elemento en la tabla periódica; la masa atómica o numero de masa (A), que es el número total de protones y neutrones presentes en el núcleo.

Hay núcleos de un mismo elemento que contienen el mismo número de protones pero difieren en el número de neutrones o de masa, conocidos como isótopos. Esta diferencia en el número de neutrones no afecta el comportamiento de los átomos, ya que la carga eléctrica o carácter distintivo, depende exclusivamente del número de protones y electrones. Otra propiedad en los átomos es la radiactividad se conoce como la desintegración espontánea de átomos de masa atómica generalmente elevada, con emisión continua de energía bajo la forma de calor, luz, radiaciones y químicas diferentes. Por ejemplo; el uranio de masa atómica 238 se descompone espontáneamente para convertirse en radio de masa atómica 226, y por sucesivas transformaciones termina su período de desintegración al convertirse en plomo.

IMANES

Significado de Imán
Se conoce como imán al mineral de hierro de color negruzco, opaco, que tiene la propiedad de atraer el hierro, el acero y otros cuerpos en menor medida. La palabra imán es de origen fránces “aimant”.

El imán es un material que posee la capacidad de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro, y otros como cobalto, níquel, aluminio, etcétera, pero también de repelar otros cuerpos magnéticos.

En vista de su función, en el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas en función de los electrones que contienen los átomos, y cada una de ellas forma un pequeño imán. En este sentido, los imanes deben alinearse para actuar como un único imán, y de esta manera poder magnetizar o imanar la sustancia, ya que de lo contrario no produce efectos.

Para más información, consulte el artículo átomo.

En el año 1820, fue el físico y químico danés Oersted que evidenció por primera vez, el proceso identificado anteriormente, es decir, que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor.

En relación a lo anterior, un imán puede perder su propiedad de imantación invirtiendo el sentido de la corriente, o a través de la aplicación de elevadas temperaturas. En este sentido, todo imán está formado por las siguientes partes:
Eje magnético, barra que une los dos polos.
Línea neutral, ubicada en la superficie de la barra que separa las dos zonas polarizadas.
Polos, extremos del imán donde se ubica la mayor fuerza de atracción. Estos polos son: el norte y sur. Polos iguales se repelen y diferentes se atraen.

Los imanes pueden ser utilizados en el sector industrial como barrenderos magnéticos, clasificadores y separadores de metales impuros. Por su parte, en el área de la electrónica los imanes se utilizan en teléfonos, televisores, computadoras, radios, parlantes.

Por otro lado, la separación magnética es un proceso que sirve para separar dos sólidos, en la cual uno de los dos debe de tener propiedades magnéticas o ser ferroso. Como tal, consiste en acercar el imán a la mezcla para crear un campo magnético, y así atraer la materia ferrosa y dejando el material no ferroso.

El magnetismo es la ciencia de la física que se dedica al estudio de los imanes y sus propiedades.

Por extensión, en sentido figurado, el imán es la gracia que atrae la voluntad o atención. Por ejemplo: los aparatos electrodomésticos son un imán para los niños y adultos.

En el sentido religioso, el imán -también conocido imam-, es la persona que dirige la oración colectiva en el islam. La persona se sitúa frente de los demás fieles en las mezquitas como guía religioso, espiritual para realizar la oración musulmana.

En inglés, el término imán es “magnet”.

Imán natural y artificial
El imán natural, se refiere a los minerales naturales que tienen la característica de atraer elementos como el hierro, níquel, entre otros. Por ejemplo: la magnetita, mineral compuesto por óxido ferroso férrico que tiene la particularidad de atraer fragmentos de hierro natural.

Por su parte, el imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético que tras friccionarlos con magnetita, posee la propiedad del magnetismo.

Imán temporal y permanente

El imán temporal, conocido como electroimán, conformado por hierro dulce que se caracteriza por poseer una atracción magnética, el cual cese sus propiedades una vez que termina la causa que provoca el magnetismo. Por otro lado, el imán permanente es aquel que es constituido por acero, y conserva su propiedad magnética por un tiempo perdurable.

CORRIENTE ELECTRICA

Es el flujo de carga eléctrica que recorre un material conductor durante un periodo de tiempo determinado. También se puede denominar como la consecuencia del movimiento de los electrones que se encuentran dentro de un material conductor concreto. Se expresa en C/s, culombios por segundo en el Sistema Internacional de Unidades, y la unidad se conoce como Amperio.

En un circuito eléctrico cerrado, la carga de electrones va siempre del polo negativo al polo positivo. Al descubrirse la corriente eléctrica, se creyó que el sentido era el contrario, pero se llegó a ver su verdadero movimiento gracias al efecto Hall.

Para que exista corriente eléctrica, los electrones más alejados del núcleo del átomo de un material, tendrán que desligarse y circular libremente entre los átomos de dicho cuerpo. Este fenómeno también puede ocurrir, con variaciones, en la naturaleza, cuando las nubes cargadas desprenden chorros de electrones que circulan por el aire y causan los rayos.

Tipos de corriente eléctrica

Dependiendo del sentido de la corriente y de la temporalidad, se pueden definir dos tipos de corriente eléctrica:
Corriente Continua. Se define como la corriente donde el flujo de electrones ocurre siempre en el mismo sentido. Desde el año 2008, se está extendiendo el uso de generadores de corriente continua a través de células fotoeléctricas que permiten beneficiarse de la energía solar.
Corriente Alterna. Se define como la corriente donde el sentido de circulación cambia de forma periódica. En sentido coloquial, este tipo de energía es la que llega a las empresas y hogares. Otra particularidad el sistema de corriente alterna es que fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla.

Efectos de la corriente eléctrica

Entre los efectos de la corriente eléctrica, son tres los que se definen de forma habitual:
Efectos caloríficos. Se producen por el aumento de temperatura del conductor debido al paso de la corriente eléctrica. Tiene aplicaciones básicas en estufas, hornillos, etc.
Efectos químicos. Se produce en conductores iónicos, donde la corriente produce cambios químicos, útiles por ejemplo en la electrólisis.
Efectos magnéticos. Toda corriente eléctrica que pasa por un conductor crea un campo magnético similar al producido por los imanes. Sus aplicaciones son infinitas, desde los motores eléctricos, televisiones, radios, voltímetros, amperímetros, etc.
Efectos lumínicos. Sucede cuando pasa la corriente a través de un filamento y se enciende una bombilla. En el caso de tubos fluorescentes o diodos luminosos, se produce una transformación de energía eléctrica en energía luminosa.
Efectos fisiológicos. Este efecto puede afectar a las personas y a los animales, originando electrocución. Un ejemplo de este efecto es el provocado por los aparatos de electromedicina.

FORMULA 

FUERZA ELECTRICA

En 1785, Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), físico e ingeniero francés que también enunció las leyes sobre el rozamiento, presentó en la Academia de Ciencias de París, una memoria en la que se recogían sus experimentos realizados sobre cuerpos cargados, y cuyas conclusiones se pueden resumir en los siguientes puntos:

Los cuerpos cargados sufren una fuerza de atracción o repulsión al aproximarse.
El valor de dicha fuerza es proporcional al producto del valor de sus cargas.
La fuerza es de atracción si las cargas son de signo opuesto y de repulsión si son del mismo signo.
La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Estas conclusiones constituyen lo que se conoce hoy en día como la ley de Coulomb.

La fuerza eléctrica con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las mismas, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y actúa en la dirección de la recta que las une.


donde:
F es la fuerza eléctrica de atracción o repulsión. En el S.I. se mide en Newtons (N).
Q y q son lo valores de las dos cargas puntuales. En el S.I. se miden en Culombios (C).
r es el valor de la distancia que las separa. En el S.I. se mide en metros (m).
K es una constante de proporcionalidad llamada constante de la ley de Coulomb. No se trata de una constante universal y depende del medio en el que se encuentren las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente 9·109 N·m2/C2 utilizando unidades en el S.I.

Estas conclusiones constituyen lo que se conoce hoy en día como la ley de Coulomb.La fuerza eléctrica con la que se atraen o repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las mismas, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y actúa en la dirección de la recta que las une.

F=K⋅Q⋅qr2

donde:
F es la fuerza eléctrica de atracción o repulsión. En el S.I. se mide en Newtons (N).
Q y q son lo valores de las dos cargas puntuales. En el S.I. se miden en Culombios (C).
r es el valor de la distancia que las separa. En el S.I. se mide en metros (m).
K es una constante de proporcionalidad llamada constante de la ley de Coulomb. No se trata de una constante universal y depende del medio en el que se encuentren las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente 9·109 N·m2/C2 utilizando unidades en el S.I.

Si te fijas bien, te darás cuenta que si incluyes el signo en los valores de las cargas, el valor de la fuerza eléctrica en esta expresión puede venir acompañada de un signo. Este signo será:
positivo. cuando la fuerza sea de repulsión (las cargas se repelen). ( + · + = + o - · - = + )
negativo. cuando la fuerza sea de atracción (las cargas se atraen). ( + · - = - o - · + = - )

Por tanto, si te indican que dos cargas se atraen con una fuerza de 5 N, no olvides que en realidad la fuerza es -5 N, porque las cargas se atraen.

Expresión vectorial de la fuerza eléctrica

La fuerza eléctrica descrita en la ley de Coulomb no deja de ser una fuerza y como tal, se trata de una magnitud vectorial que en el Sistema Internacional de Unidades se mide en Newtons (N). Su expresión en forma vectorial es la siguiente:

F→=K⋅Q⋅qr2⋅u→r

donde el nuevo valor u→r es un vector unitario en la dirección que une ambas cargas. Observa que si llamamos r→ al vector que va desde la carga que ejerce la fuerza hacia la que la sufre, u→r es un vector que nos indica la dirección de r→

FORMULA 

EJERCICIO 

¿Cuál es la distancia a la que debemos colocar dos cargas puntuales en el agua, q1 = 4 µC y q2 = -4 µC, para que se atraigan con una fuerza de 4.8 N?
(Datos: permitividad relativa del agua: εr = 80.1 - permitividad del vacio: ε0=8.9·10-12 C2/N·m2)

Solución

Datos

q1 = 4 µC = 4 · 10-6 C
q2 = -4 µC = -4 · 10-6 C
F = - 4.8 N (OjO! como la fuerza es atractiva, la fuerza debe ir acompañada del signo -)
εr = 80.1

Resolución

Para calcular la distancia a la que deben encontrarse ambas cargas para que experimenten una fuerza de 4.8 N, basta con emplear la expresión del módulo de la ley de Coulomb:

F=K⋅q1⋅q2r2

Despejando la distancia, obtenemos que:

r=K⋅q1⋅q2F−−−−−−−−√

Conocemos la fuerza eléctrica y el valor de las cargas, sin embargo ¿cuanto vale K?. Para calcularla haremos uso de la expresión de la constante de la ley de Coulomb:

K=14⋅π⋅ε

Si las cargas se situan en el vacío, la permitividad ε es exactamente la permitividad del vacío, cuyo valor es ε0=8.9·10-12 C2/N·m2, sin embargo nuestras cargas se encontrarán en el agua, que tiene una permitividad relativa εr= 80.1 C2/N·m2. Sabiendo que:

εr = εε0

Entonces:

K=14⋅π⋅ε ; εr = εε0 ⇒K=14⋅π⋅εr⋅ε0

Sustituyendo los valores que conocemos, obtenemos que la constante K vale:

K=14⋅π⋅εr⋅ε0⇒K=14⋅π⋅80.1⋅8.9⋅10−12⇒K=1.11⋅108 N⋅m2/C2


Ahora ya estamos en disposición de calcular la distancia de las cargas:


r=1.11⋅108⋅4⋅10−6⋅−4⋅10−6−4.8−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√ ⇒r=0.02 m


Importante: Recuerda que si la fuerza es atractiva, su valor debe ir acompañado de un signo - y si la fuerza es repulsiva acompañado de un signo +.

ELECTROMAGNETISMO

Electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, sus fundamentos fueron dados a conocer por primera vez por Michael Faraday y formulados por primera vez de forma completa por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.





Dentro de esta rama se hallan, por el hecho de basarse en las leyes del electromagnetismo, la electrodinámica y la inducción electromagnética, que tratan, respectivamente, de las acciones ponderomotríces entre las corrientes eléctricas y de las fuerzas electromotrices inducidas en un circuito por la variación del flujo electromagnético. Las leyes del electromagnetismo son la base del funcionamiento de los electroimanes de los motores eléctricos, las dinamos y los alternadores.

La conexión entre la electricidad y el magnetismo ya se sospechaba desde hace mucho tiempo, y en el año 1820 el físico Danés Hans Christian Orsted demostró que un flujo de corriente eléctrica a través de un hilo produce un campo electromagnetico. Andre-Marie Ampere, en Francia, repitió inmediatamente los experimentos de Orsted y en poco tiempo fue capaz de expresar la relación entre corriente y conductor con una fórmula matemática simple y elegante. Además demostró que un flujo de corriente eléctrica en disposición circular produce un dipolo magnético.

Si quieres saber más sobre los primeros estudios sobre magnetismo y electricidad, te recomendamos que le eches un vistazo al siguiente documental:

FUERZA

Definición de Fuerza

Denominamos fuerza a toda acción capaz de producir cambios en el movimiento o en la estructura de un cuerpo.

Si empujamos una bola con el dedo le estaremos aplicando una fuerza. Tras aplicarla caben varias posibilidades, una de ellas es que empiece a moverse o que por ejemplo, se deforme. Dependiendo de donde la apliquemos, en que dirección, sentido o cantidad, la bola se moverá o deformará hacia un lado o a otro. Por tanto, es lógico pensar que las fuerzas tienen un caracter vectorial, de hecho son magnitudes vectoriales.

Como vector que és, las fuerzas se representan como una flecha, que se caracterizan por su longitud (módulo), donde se aplica (punto de aplicación), su dirección y sentido.

Unidad de Fuerza

Adicionalmente al Newton (N) suelen utilizarse otras unidades para medir las fuerzas. Entre ellas podemos encontrar:
dina (d). 1 d = 10-5 N
kilopondio (kp). 1 kp = 9.8 N

libra (lb, lbf). 1 lb = 4.448222 N

FORMULA

EJEMPLO 

¿Cuál es el valor de las componentes cartesianas de una fuerza de 40 N que forma un ángulo de 45º con la horizontal?


SOLUCION:

Datos
F = 40 N
α=45º

Resolución

En este ejercicio lo que nos piden es calcular dos fuerzas, una horizontal (Fx) y otra vertical (Fy), cuyo efecto al aplicarlas sea el mismo que el de aplicar F. Utilizando la fórmula que estudiamos en el apartado de descomposición de fuerzas, tenemos que:


Fx=F⋅cos αFy=F⋅sin α ⇒Fx=40⋅cos 45ºFy=40⋅sin 45º ⇒Fx=28.28 NFy=28.28 N

Temas de Física

¡¡ HOLA, HOLA TE DOY LA BIENVENIDA A ESTE ESPACIO !!

Por el momento, solo tiene como propósito proporcionarte las herramientas necesarias  para desarrollar algunos temas de FÍSICA del CBTIS #74 (Guadalupe, Nuevo León, México).     

De antemano te ofrezco disculpas por los errores y mucho te agradeceré tus sugerencias para poder mejorar... siempre estaremos  en construcción