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Física Comprimida

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¡Qué “cargantes” son los condensadores!

9 mayo, 2020 por Miguel Ángel Rodríguez Valverde Dejar un comentario

Un condensador descargado, si se conecta a una batería, comenzará a cargarse en un tiempo característico. La batería sirve para cargar el condensador con el paso de la corriente que crea. Una vez que el condensador alcanza la carga que le corresponde para la d.d.p. impuesta por la batería (ya que la capacidad del condensador es fija), si el condensador se desconecta quedará así. No perderá carga ni variará de potencial. Si el condensador se “toca”, se descargará, variando de carga y de d.d.p., conforme a su capacidad.

Los condensadores curvos (cilíndricos y esféricos) tienen algunas singularidades que el plano-paralelo no disfruta. El campo eléctrico fuera de todo condensador simétrico es nulo (apantallamiento) y por tanto el potencial eléctrico será constante. El potencial eléctrico de la armadura conductora externa del condensador esférico o cilíndrico estará a dicho potencial, puesto que el potencial debe ser una función continua en las fronteras (cargadas o no). Este potencial debe ser compatible con la carga de dicha armadura (positivo o negativo). No hay que perder de vista que, por el principio de superposición, el potencial total creado por ambas armaduras es el que hay que considerar. De esta forma, la “caída/subida” de potencial desde el centro del condensador curvo hasta el infinito, será una curva continua (con puntos angulosos-de derivada discontinua) creciente o decreciente entre armaduras según el signo de la d.d.p. Por el contrario, en un condensador plano-paralelo idealizado (planos matemáticos, sin grosor), el potencial constante del espacio debería coincidir con el de ambas placas por continuidad ya que ambas son armaduras externas, ¿o quizás no? En los condensadores curvos sólo existe un infinito (r→∞) mientras que en el plano-paralelo, dos (z→±∞) y por tanto sería posible dividir el espacio en dos mitades igualmente infinitas, a diferente potencial eléctrico pero compatible con los valores de potencial de cada armadura plana.

Otra cuestión disonante es la asociación de condensadores curvos. La asociación en serie corresponderá con condensadores cilíndricos coaxiales (N+1 armaduras, N condensadores) o condensadores esféricos concéntricos de diferente radio. Mientras que la asociación en paralelo (2N armaduras, N condensadores) será posible, sin perforar las armaduras, conectando a tierra las armaduras internas y con un mismo hilo conductor las externas, lo cual es menos compacto. Justo lo contrario ocurre con los condensadores planos. La asociación en paralelo natural, y por tanto más compacta, de condensadores planos corresponde a intercalar N+1 armaduras conectadas por fuera con N armaduras también conectadas, lo que proporciona 2N condensadores en paralelo. Sin embargo, la asociación en serie de condensadores planos es poco compacta, como ocurre con la asociación en paralelo de los condensadores curvos. Regla del pulgar de compacidad: en serie, usemos geometría curva pero en paralelo, geometría plana.

Por último, el condensador plano-paralelo resulta determinante para introducir la corriente de desplazamiento, con ella la corrección de la Ley de Ampere, y así explicar la continuidad de corriente eléctrica en un circuito.

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Alcance e intensidad de una interacción con respecto de otra

9 febrero, 2020 por Miguel Ángel Rodríguez Valverde 2 comentarios

La razón entre fuerzas a igual distancia da idea de la intensidad de una respecto de otra (ej. Fe/Fg=(kqQ)/(GmM)>>1). Igualar las fuerzas (Fe=Fg) permite determinar el alcance de una respecto de otra (r_elect/r_grav=((kqQ)/(GmM))^(1/2)>>1).

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Los antagónicos campos eléctrico y magnético. Ni contigo ni sin ti

8 febrero, 2020 por Miguel Ángel Rodríguez Valverde Dejar un comentario

Las líneas de campo eléctrico son abiertas, las del magnético, cerradas. El campo electrostático es conservativo, el magnetostático no. El campo magnético responde a la regla de la mano derecha respecto de la corriente fuente, el eléctrico es radial desde la carga fuente. Una variación temporal de campo eléctrico (bien porque se mueva la carga o por otra razón) produce un campo magnético (no magnetostático). Una variación temporal de campo magnético produce un campo eléctrico (no electrostático).

Archivado en:Electricidad, Magnetismo

Rizando el rizo en Electromagnetismo

8 febrero, 2020 por Miguel Ángel Rodríguez Valverde Dejar un comentario

Oersted encontró que el paso de corriente producía un campo magnético. En busca de la reciprocidad, Faraday se preguntó si lo contrario sería cierto, es decir, si un campo magnético produciría una corriente eléctrica. Y así es cuando el campo magnético es variable. Pero fue Maxwell el que terminó por demostrar el acoplamiento simétrico entre campos eléctrico y magnético variables, por la incompatibilidad de la Ley de Ampere cuando se aplica a una de las placas de un condensador en un circuito eléctrico. La “corriente” de desplazamiento completaba la Ley de Ampere cuyo origen era la variación temporal de un campo eléctrico.

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Conductor lineal móvil bajo la acción de un campo magnético estacionario

8 febrero, 2020 por Miguel Ángel Rodríguez Valverde Dejar un comentario

Hay que matizar que no es necesaria la existencia explícita de un circuito cerrado para que se dé inducción magnética. Una varilla conductora móvil bajo la acción de un campo magnético estacionario sufrirá inducción. Siempre se puede suponer que el circuito es el formado por la varilla y un polímetro conectado a ambos extremos para medir la propia intensidad inducida. Entonces, ¿qué es lo que cambia en este caso con respecto al caso de un conductor cerrado? La superficie sobre la que integrar para obtener el flujo magnético sería la superficie barrida por la varilla en su movimiento hasta un instante t, colocando los correspondientes límites de integración en la integral de superficie. Por ejemplo, si la varilla se mueve uniformemente con una velocidad v en la dirección x, la integración en una de las dimensiones de la superficie barrida será de x0 a x0+vt. Por otro lado, este tipo de problemas también se puede resolver sin aplicar la Ley de Lenz-Faraday. Como es sabido, el campo eléctrico no conservativo para el caso arriba descrito sería v×B (producto vectorial) conforme la Ley de Lorentz. Si aplicamos la definición de fuerza electromotriz como la circulación del campo eléctrico (total) que exista sobre el circuito cerrado (varilla+polímetro), se llega a que la fuerza electromotriz será igual a la integral de línea de v×B a lo largo de la varilla puesto que en el resto del circuito no existe ningún campo eléctrico.

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