La electricidad

La electricidad  es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.
También se denomina electricidad a la rama de la física que estudia las leyes que rigen el fenómeno y a la rama de la tecnología que la usa en aplicaciones prácticas. Desde que, en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes eléctricas por inducción —fenómeno que permite transformar energía mecánica en energía eléctrica.
La electricidad es originada por las cargas eléctricas, en reposo o en movimiento, y las interacciones entre ellas. Cuando varias cargas eléctricas están en reposo relativo se ejercen entre ellas fuerzas electrostáticas. Cuando las cargas eléctricas están en movimiento relativo se ejercen también fuerzas magnéticas. Se conocen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Los átomos que conforman la materia contienen partículas subatómicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones). También hay partículas elementales cargadas que en condiciones normales no son estables, por lo que se manifiestan sólo en determinados procesos como los rayos cósmicos y las desintegraciones radiactivas.
La electricidad y el magnetismo son dos aspectos diferentes de un mismo fenómeno físico, denominado electromagnetismo, descrito matemáticamente por las ecuaciones de Maxwell. El movimiento de una carga eléctrica produce un campo magnético, la variación de un campo magnético produce un campo eléctrico y el movimiento acelerado de cargas eléctricas genera ondas electromagnéticas 

El Campo Eléctrico

 El Campo Eléctrico,  E , en un punto P, se define como la fuerza eléctrica  F, que actúa sobre una carga de prueba positiva  +q0,  situada en dicho punto. Es decir,      
    
, y se representa con líneas tangentes a la dirección del campo. La dirección y el sentido de las líneas del campo eléctrico en un punto, se obtiene observando el efecto de la carga sobre la carga prueba colocada en ese punto.

En las figuras 4 y 5 se presentan las líneas de campo eléctrico debido a cargas puntuales +q y -q, las cuales se alejan de la carga positiva y se dirigen a la negativa.

•En la figura 6 se muestra las líneas de una pareja de cargas iguales y opuestas; en la figura 7 se muestran las líneas de campo de una pareja de cargas positivas e iguales.

Generación de electricidad con viento- National Geographic Channel.

Charles-Augustin de Coulomb

(Angulema, Francia, 14 de junio de 1736 - París, 23 de agosto de 1806) fue un físico e ingeniero francés. Se recuerda por haber descrito de manera matemática la ley de atracción entre cargas eléctricas. En su honor la unidad decarga eléctrica lleva el nombre de culombio (C). Entre otras teorías y estudios se le debe la teoría de la torsión recta y un análisis del fallo del terreno dentro de la Mecánica de suelos.

Fue el primer científico en establecer las leyes cuantitativas de la electrostática, además de realizar muchas investigaciones sobre:magnetismo, fricción y electricidad. Sus investigaciones científicas están recogidas en siete memorias, en las que expone teóricamente los fundamentos del magnetismo y de la electrostática. En 1777 inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o repulsión que ejercen entre sí dos cargas eléctricas, y estableció la función que liga esta fuerza con la distancia. Con este invento, culminado en 1785, Coulomb pudo establecer el principio, que rige la interacción entre las cargas eléctricas, actualmente conocido como ley de Coulomb: . Coulomb también estudió la electrización por frotamiento y la polarización, e introdujo el concepto de momento magnético. El culombio o coulomb (símbolo C), es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para la medida de la magnitud física cantidad de electricidad (carga eléctrica). Nombrada en honor de Charles-Augustin de Coulomb.

fuente: wikipedia- Charles Augustin de Coulomb

La ley de Coulomb.

La ley de Coulomb, que establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales, constituye el punto de partida de la Electrostática como ciencia cuantitativa.

Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años después, pero fue Coulomb en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales directos.

Entendemos por carga puntual una carga eléctrica localizada en un punto geométrico del espacio. Evidentemente, una carga puntual no existe, es una idealización, pero constituye una buena aproximación cuando estamos estudiando la interacción entre cuerpos cargados eléctricamente cuyas dimensiones son muy pequeñas en comparación con la distancia que existen entre ellos.

La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario".

Es importante hacer notar en relación a la ley de Coulomb los siguientes puntos:

a) cuando hablamos de la fuerza entre cargas eléctricas estamos siempre suponiendo que éstas se encuentran en reposo (de ahí la denominación de Electrostática);

Nótese que la fuerza eléctrica es una cantidad vectorial, posee magnitud, dirección  y sentido.

b) las fuerzas electrostáticas cumplen la tercera ley de Newton (ley de acción y reacción); es decir, las fuerzas que dos cargas eléctricas puntuales ejercen entre sí son iguales en módulo y dirección, pero de sentido contrario:

Fq₁ → q₂ = −Fq₂ → q₁ ;

Representación gráfica de la Ley de Coulomb para dos cargas del mismo signo.

En términos matemáticos, esta ley se refiere a la magnitud F de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales q₁y q₂ ejerce sobre la otra separadas por una distancia r y se expresa en forma de ecuación como:

k es una constante conocida como constante Coulomb y las barras denotan valor absoluto.

F es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (en función de que las cargas sean positivas o negativas).

- Si las cargas son de signo opuesto (+ y –), la fuerza "F" será negativa, lo que indica atracción

- Si las cargas son del mismo signo (– y –   ó   + y +), la fuerza "F" será positiva, lo que indica repulsión.

En el gráfico vemos que, independiente del signo que ellas posean,  las fuerzas se ejercen siempre en la misma dirección (paralela a la línea que representa r), tienen siempre igual módulo o valor (q₁ x q₂ = q₂ x q₁) y siempre se ejercen en sentido contrario entre ellas.

Recordemos que la unidad por carga eléctrica en el Sistema Internacional (SI) es el Coulomb.

c) hasta donde sabemos la ley de Coulomb es válida desde distancias de muchos kilómetros hasta distancias tan pequeñas como las existentes entre protones y electrones en un átomo.

Historia y funcionamiento de la cámara fotográfica

La cámara fotográfica tal y como la conocemos en la actualidad, puede parecernos algo normal no muy impresionante, pero para que se llegara a lo que es hoy, se fueron desarrollando una serie de descubrimientos, pruebas y demás experimentos, para así poder tomar una fotografía.

Las primeras pautas para su origen, las dieron los Árabes en el año 1000. A partir de ese momento, se fue evolucionando con el pasar de los años y de los siglos. En un principio las fotos solos eran unas formaciones de sombras, nada nítidas, las cuales duraban horas para ser realizadas. Con el tiempo se fue reduciendo el tiempo de exposición, salieron las fotografías a color y muy nítidas, hasta llegar a las fotografías digitales, de alta velocidad, que llegan a fotografiar a un proyectil a más de 2000 km./h.

La cámara oscura original era una habitación cuya única fuente de luz era un minúsculo orificio en una de la paredes. La luz que penetraba en ella por aquel orificio proyectaba una imagen del exterior en la pared opuesta. Aunque la imagen así formada resultaba invertida y borrosa, los artistas utilizaron esta técnica, mucho antes de que se inventase la película, para esbozar escenas proyectadas por la cámara. En el transcurso de tres siglos la cámara oscura evolucionó y se convirtió en una pequeña caja manejable, y al orificio se le instaló una lente óptica para conseguir una imagen más clara y definida.a

En el siglo XV, Leonardo Da Vinci definió una cámara oscura. Decía que si se coloca una hoja de papel en blanco verticalmente en una habitación oscura, el observador verá proyectada en ella los objetos del exterior, con sus formas y colores. "Parecerá como si estuvieran pintados en el papel", escribió. Lo único que faltaba, era descubrir la forma de fijar la imagen. O sea, hallar una emulsión sensible a la luz (que se oscureciera al recibir los rayos luminosos) con la que recubrir el papel y un medio de fijarla para que no continuara oscureciéndose. No llegó a descubrirlo.

En el siglo XVI se colocó, en la pequeña abertura de la caja, un lente que no sólo concentraba la luz, sino que también proporcionaba cierto control sobre la distancia necesaria para enfocar la imagen en la pantalla (dirigiendo la imagen al interior oscuro y enderezando la imagen invertida mediante espejos).

Hacia el siglo XVII, se sabía que ciertos compuestos de plata se ennegrecían al exponerlos al sol, pero se ignoraba si era el calor o la luz lo que lo causaba.

A fines del siglo XVII Jihann Heinri Schulze, Profesor de Anatomía de la Universidad de Altdorf (Alemania), descubrió que era la luz la que causaba este ennegrecimiento. Con lo que, en el siglo XVIII, los científicos británicos Thomas Wedgwood y sir Humphry Davy comenzaron sus experimentos para obtener imágenes fotográficas. Consiguieron producir imágenes de cuadros, siluetas de hojas y perfiles humanos utilizando papel recubierto de cloruro de plata. Estas fotos no eran permanentes ya que después de exponerlas a la luz, toda la superficie del papel se ennegrecía.

En 1725, Schulze descubrió por accidente que el compuesto que usaba en un matraz para sus experimentos, adquiría, donde lo iluminaba el sol, una coloración púrpura negruzca.

Recortó varias palabras de una hoja de papel y las colocó alrededor del matraz. Situó esta cerca de una llama, pero no se produjo ningún cambio de color. Cuando lo colocó al sol y luego de un tiempo lo sacó, las palabras aparecieron en el matraz, tal como habían sido cortadas; "fotografiadas" por el nitrato de plata oscurecido.

Sus hallazgos constituyeron la base de investigaciones posteriores sobre sustancias sensibles a la luz.

A partir de ese momento, fueron muchos los que intentaron o "lograron" tomar fotografías, pero fue Joseph Nicéphore, en 1827, quién obtuvo la primera fotografía conservada de la historia: Con una cámara produjo en una placa de peltre la imagen de la vista desde la ventana de su estudio. La placa de peltre estaba pulida y pulverizada con una especie de asfalto mezclado con petróleo. La exposición duró ocho horas. En las zonas de luz, el betún se endureció y se blanqueó según la intensidad de luz recibida. Las zonas no endurecidas se limpiaron con disolvente de petróleo y luego se oscurecieron con vapor de yodo para aumentar el contraste.

"La cour du domaine du Gras"

primera fotografía de la historia tomada por Joseph Nicéphore en 1827.

Alrededor de 1831 el pintor francés Louis Jacques Mandé Daguerre realizó fotografías en planchas recubiertas con una capa sensible a la luz de yoduro de plata. Después de exponer la plancha durante varios minutos, Daguerre empleó vapores de mercurio para revelar la imagen fotográfica positiva. Pero con el paso del tiempo, la imagen terminaba desapareciendo porque las planchas se ennegrecían. En las primeras fotografías permanentes conseguidas por el pintor la plancha de revelado se recubría con una disolución concentrada de sal común. Este proceso de fijado descubierto por el inventor británico William Henry Talbot, hacía que las partículas no expuestas al yoduro de plata resultaran insensibles a la luz con lo que se evitaba el ennegrecimiento total de la plancha. El método Daguerre conseguía una imagen única en la plancha de plata por cada exposición.

Mientras Daguerre perfeccionaba su sistema, Talbot desarrolló un método fotográfico que consistía en utilizar un papel negativo a partir del cual podía obtener un número ilimitado de copias.

Además de estos hubo muchos descubrimientos posteriores que finalizaron en las actuales cámaras fotográficas, mecánicas, automáticas, rápidas, muy precisas y con fotos en blanco y negro y color.

"Boulevard du Temple"

a primera fotografía en la que apareció un ser humano fue tomada por  Louis Daguerre  a finales de 1838 o principios de 1839. 

El fenómeno de la refracción

La refracción es un fenómeno que afecta a los rayos de luz que atraviesan la frontera entre dos medios de distinta densidad óptica.

Un rayo, con una dada inclinación respecto a la perpendicular a esa frontera, que pasa del medio menos denso al más denso, se desvía aproximándose a la normal.

La relación entre los ángulos de llegada y salida del rayo está determinada por la llamada Ley de LENZ. En cualquier material, no todos los rayos que llegan a la frontera son refractados, sino que un porcentaje es reflejado y otro porcentaje es absorbido.

Un rayo que va de un medio más denso a uno menos denso se aleja de la normal, y allí se da un fenómeno interesante, porque si la inclinación supera cierto ángulo el rayo "rebota" en la frontera, produciéndose la llamada "reflexión total".

Características de las lentes

Las características ópticas de las lentes sencillas (únicas) o compuestas (sistemas de lentes que contienen dos o más elementos individuales) vienen determinadas por dos factores: la distancia focal de la lente y la relación entre la distancia focal y el diámetro de la lente. La distancia focal de una lente es la distancia del centro de la lente a la imagen que forma de un objeto situado a distancia infinita. La distancia focal se mide de dos formas: en unidades de longitud normales, como por ejemplo 20 cm o 1 m, o en unidades llamadas dioptrías, que corresponden al inverso de la distancia focal medida en metros. Por ejemplo, una lente de 1 dioptría tiene una distancia focal de 1 m, y una de 2 dioptrías tiene una distancia focal de 0,5 m. La relación entre la distancia focal y el diámetro de una lente determina su capacidad para recoger luz, o "luminosidad", y su inversa es la abertura relativa.

Un lente convexo tiene un foco real (lupa), es decir los rayos que vienen del infinito se concentran –convergen- en un punton real, observándose que cuanto mayor es la curvatura de la lente, menor es la distancia focal.

Si la lente es de mucha curvatura los rayos dejan de converger a un único punto, y se produce la llamada "aberración óptica".

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En un lente cóncavo los rayos que vienen del infinito salen en forma divergente, como si provinieran de un punto que estuviera detrás de la lente (es decir, tiene un foco virtual).

En los lentes cóncavos también se observa que cuanto mayor es la curvatura de la lente, menor es la distancia focal, y que lentes de mucha curvatura presentan "aberración óptica".