1. Apuntes de
ELECTRICIDAD
ELECTROSTÁTICA,
ELECTROMAGNETISMO Y
CORRIENTE ELÉCTRICA
Ing. Jorge M. BUCCELLA
4ª Edición
Universidad Nacional de Cuyo
Escuela de Comercio "Martín Zapata"
Polimodal: Producción de Bienes y Servicios
Mendoza, mayo de 2003
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PRÓLOGO (1ª edición)
Estos breves Apuntes de Electricidad están orientados a los alumnos de los
Polimodales que no han tenido un curso completo de Física que abarque los temas de
electricidad y magnetismo.
En él se vuelcan los conceptos básicos sin desarrollos matemáticos ni
justificaciones rigurosas, sólo se pretende que aquel que deba trabajar con electricidad
en forma lateral pueda resolver problemas simples o entenderse con el especialista a
quién recurra para los problemas más complejos.
Un estudio más detallado del comportamiento de los circuitos eléctricos puede
verse en el libro Teoría de los Circuitos I del mismo autor que está disponible para su
fotocopiado en la Facultad Regional Mendoza de la U.T.N.
La fundamentación de la electrostática, la electrodinámica y del magnetismo
puede verse en cualquiera en los innumerables textos de Física.
Si resulta útil para alguien me sentiré retribuido, si me hacen llegar comentarios
para corregirlo y/o mejorarlo sin profundizar el enfoque serán muy bienvenidos. Gracias.
PRÓLOGO (3ª edición)
La tercera edición contiene correcciones tipográficas y, creo y espero, mejoras en
algunas explicaciones. Además se han agregado problemas resueltos y explicados que
tratan de mejorar la comprensión de los temas.
Reitero mi gratitud a aquellos alumnos que me hicieron notar las deficiencias de la
edición anterior.
Godoy Cruz, Mendoza
20 de Septiembre de 2002
Ing. Jorge María BUCCELLA
e_mail: jmbuccella@ciudad.com.ar
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TEMARIO
1 - ELECTROSTÁTICA 5
1-A Estructura del átomo 5
1-B Fuerzas interatómicas 5
1-C Electrización por contacto 5
1-D Conductores y aisladores 6
1-E Cantidad de electricidad. Ley de Coulomb 6
1-F Campo eléctrico 7
1-G Líneas de fuerza 8
1-H Rigidez dieléctrica 8
1-I Potencial eléctrico 9
1-J Condensadores 9
1-K Ejemplos de cálculos 10
2 - ELECTROMAGNETISMO 15
2-A Imanes y magnetismo 15
2-B Magnetismo y carga eléctrica 16
2-C Ley de Faraday 19
2-D Ejemplos de cálculos 19
3 - CORRIENTE ELÉCTRICA 21
3-A Intensidad 21
3-B Circuito completo. Ley de Ohm 22
3-C Ley de Joule 23
3-D Circuitos eléctricos 24
3-E La corriente alterna 26
3-F Los conceptos de impedancia y de admitancia 29
3-G La potencia en corriente alternada 30
3-H Ejemplos de cálculos 30
3-I Problemas prácticos 34
Apéndice A
A-1 Nociones básicas elementales de corriente eléctrica 37
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(O HVPXDSUR[LPDGDPHQWHLJXDOD
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DTXHODVXQLGDGHVGHFDUJDIXHU]DGLVWDQFLDHQHOVLVWHPDPNVVH
DPSHULR FXORPELR Â XHVT
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GHILQHRWUDFRQVWDQWH ε WDOTXH ε π
37. $SXQWHVGH(OHFWULFLGDG ,QJ-RUJH0%8(//$
6LVHTXLVLHVHSRGUtDGLEXMDUVHXQDOtQHDSRUFDGDSXQWRGHOSODQROR
HQ HVH SXQWR ODV IOHFKDV TXH VH LQGLFDQ VREUH HOOD VHxDODQ HO VHQWLGR GHO
TXH VLJQLILFDUtD QR SRGHU GLVWLQJXLU XQD GH OD RWUD 3DUD TXH D OD YH] GH
FDPSR
LQGLFDUQRVODGLUHFFLyQVHQWLGRSXHGDQUHSUHVHQWDUODLQWHQVLGDGGHFDPSR
VHGLEXMDQGHPRGRWDOTXH HO Q~PHUR GH ODV TXH DWUDYLHVDQ OD XQLGDG GH
VXSHUILFLHSHUSHQGLFXODUDODGLUHFFLyQGHOFDPSRVHDLJXDOHQFDGDSXQWRDO
SURGXFWRGH ε SRUODLQWHQVLGDGGHFDPSRHOpFWULFRHQHVHSXQWR
1-H) Rigidez dieléctrica
8QDLVODGRURGLHOpFWULFRHVXQDVXEVWDQFLDTXHQRWLHQHRWLHQHPX
SRFRVSRUWDGRUHVGHFDUJDFDSDFHVGHPRYHUVHEDMRHOHIHFWRGHXQFDPSR
HOpFWULFR6LQHPEDUJRH[LVWHSDUDFDGDXQDXQFLHUWROtPLWHGHODLQWHQVLGDG
GH FDPSR SRU HQFLPD GH OD FXDO VH FRQYLHUWH HQ FRQGXFWRUD /D Pi[LPD
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GH GHQRPLQD ULJLGH] GLHOpFWULFD 3RU HMHPSOR SDUD HO DLUH D SUHVLyQ
DWPRVIpULFDHVGH QHZWRQFRXOSDUDHOYLGULRGRVRWUHVYHFHVPDRU
Â
En función de estos datos puede calcularse la carga máxima por unidad de
superficie de un conductor situado en el aire como:
σ ε( Â
45. 6LHOFDPSRHOpFWULFRHVXQLIRUPH HQGRQGH HVOD
IXHU]DVREUHODFDUJD HVODGLVWDQFLDHQWUHORVSXQWRV3RUFRQVLJXLHQWH
: T 9 ) U )
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DWUDFWLYDRUHSXOVLYD
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RXORPESHURSDUDHOORGHEHPRVH[SUHVDUODGLVWDQFLDHQPHWURV8WLOL]DQGR
ODQRWDFLyQFLHQWtILFDSDUDVLPSOLILFDUODVRSHUDFLRQHVSRGHPRVHVWDEOHFHU
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DWUDFFLyQ
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FDUJDVSRVLWLYDVGHFXORPELRVVLHVWiQXELFDGDVHQHOSODQRVREUHXQD
UHFWDDžUHVSHFWRDOHMH[VHSDUDGDVXQDGLVWDQFLDGHPLOtPHWURV
6ROXFLyQ
3DUDHVWHSUREOHPDVHDSOLFDODPLVPDIyUPXODTXH
SDUDHODQWHULRU'HEHPRVUHFRUGDUTXHODGLVWDQFLD
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GHEHH[SUHVDUVHHQPHWURV ž T
 FRXO  P
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6LODVFDUJDVHVWiQVREUHXQDUHFWDDžGHOSODQR
ODVIXHU]DV WHQGUiQHVD GLUHFFLyQ(O iQJXORGHOD ž
XELFDGD PiV DUULED HQ HO SODQR WHQGUi HO VHQWLGR
TXH OD DOHMD GH OD RWUD VX iQJXOR VHUi GH ž /D RWUD WHQGUi HO VHQWLGR
FRQWUDULRSRUHOORHOiQJXORHVGHžž žRQORTXHHOUHVXOWDGR
HV
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VHKDOODQVHSDUDGRVSRU PHWURV
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3DUDHVWHSUREOHPDVHDSOLFDODPLVPDIyUPXODTXHSDUDHODQWHULRU'HEHPRV
UHFRUGDUTXH ODV FDUJDV HOpFWULFDVGHOSURWyQGHOHOHFWUyQVRQLJXDOHVHQ
PDJQLWXGSHURSRVLWLYDSDUDHOSURWyQQHJDWLYDSDUDHOHOHFWUyQ
TH FRXO FRXO P
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GLVWDQFLDGHFPGHXQDFDUJDHOpFWULFDGHFRXO
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QHZWRQFRXODXQDGLVWDQFLDGHFP
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HOpFWULFRJHQHUDGRHQpOSRUXQDFDUJDGHFRXOTXHHVWiXELFDGDDFP
GHOSXQWR¢(QTXpGLUHFFLyQGHERFRORFDUOD
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FRQWUDULR VL XELFR D OD FDUJD VREUH OD UHFWD GHWHUPLQDGD SRU OD FDUJD
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LQGXFFLyQPDJQpWLFDTXHVHGHGXFHGHODV [
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GLPHQVLRQDOPHQWH QHZWRQFXORPELR
GLYLGLGRPHWURVHJXQGRVHOHKDGDGR
HOQRPEUHGH R WHVOD 1 newton
ZHEHUP
1 weber/m 2
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IyUPXODTXHVHODFRQRFHFRPRUHODFLyQGH/RUHQW]
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HQFXHQWUDHQXQFDPSRPDJQpWLFR/DFRUULHQWHVHGHILQHSRUODFDQWLGDGGH
FDUJD TXH DWUDYLHVD XQD VHFFLyQ GHOFRQGXFWRUHQ OD XQLGDGGHWLHPSRHV
GHFLU
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HOWLHPSRHQVHJXQGRV
L DPSHULRV T
8QPHWDOFRQGXFHODFRUULHQWHSRUPHGLRGHORVHOHFWURQHVOLEUHVVLHQGR
FXORPELRV
ODFDQWLGDGGHHOORVSRUXQLGDGGHYROXPHQGHODODPEUHSRUHMHPSORSDUD
HO FREUH SXHGH GHFLUVH TXH KD HOHFWURQHV OLEUHV SRU FHQWtPHWUR
Q
F~ELFR OD FDUJD HOpFWULFD HV 3RU HOOR VH SXHGH
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q = n ∗ e ∗ l ∗ A
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PDJQLWXGHV _ _ θODGLUHFFLyQHVSHUSHQGLFXODUDOSODQR
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VLPRYHPRVXQFRQGXFWRUHQXQFDPSRPDJQpWLFRRYDULDPRVpVWH
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PDJQpWLFD HVHOFRQFHSWRGH DWUDYpVGHXQDVXSHUILFLH
SHUSHQGLFXODUDODGLUHFFLyQGH HVWHIOXMRLQGLFDGRSRUODOHWUDJULHJDSKL
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Φ HVWiGDGRSRUHOSURGXFWRGHODLQGXFFLyQSRUHOiUHDFRQVLGHUDGD
%
Φ %Â$
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XQLIRUPHYHUWLFDOKDFLDDEDMRGHXQDLQGXFFLyQPDJQpWLFDGHWHVODV¢FXiO
HVODPDJQLWXGGLUHFFLyQVHQWLGRGHODIXHU]DTXHVHHMHUFHVREUHHOOD
6ROXFLyQ )XHU]D
/DHFXDFLyQTXHUHVXHOYHHOSUREOHPDHV
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ODUDOSODQRGHOSDSHO6XVHQWLGRHVWi ,QGXFFLy
GDGRSRUODUHJODGHOWRUQLOORJLUDQGRGHO
VHQWLGRGHODYHORFLGDGDOGHODLQGXFFLyQ Q
(OVHQWLGRHVKDFLDDGHQWURSHUSHQGLFXODU
DOSODQRGHILQLGRSRUODYHORFLGDGODLQGXFFLyQWDOFRPRORLQGLFDHOVLJQRGH
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