Cómo calcular la carga eléctrica

Ya sea que se trate de la electricidad estática emitida por un abrigo peludo o la electricidad que alimenta los televisores, puede aprender más sobre la carga eléctrica si comprende la física subyacente. Los métodos para calcular la carga dependen de la naturaleza de la electricidad en sí, como los principios de cómo la carga se distribuye a través de los objetos. Estos principios son los mismos sin importar en qué parte del universo se encuentre, lo que hace que la carga eléctrica sea una propiedad fundamental de la ciencia misma.

Hay muchas formas de calcular carga eléctrica para diversos contextos en física e ingeniería eléctrica.

ley de Coulomb se utiliza generalmente para calcular la fuerza resultante de partículas que transportan carga eléctrica, y es una de las ecuaciones de carga eléctrica más comunes que utilizará. Los electrones llevan cargas individuales de −1.602 × 10^-19 culombios (C), y los protones llevan la misma cantidad, pero en la dirección positiva, 1.602 × 10

en el cual k es una constante k = 9.0 × 10 ⁹ Nuevo Méjico² / C². Los físicos y los ingenieros a veces usan la variable mi para referirse a la carga de un electrón.

Tenga en cuenta que, para cargas de signos opuestos (más y menos), la fuerza es negativa y, por lo tanto, atractiva entre las dos cargas. Para dos cargas del mismo signo (más y más o menos y menos), la fuerza es repulsiva. Cuanto mayores son las cargas, más fuerte es la fuerza de atracción o repulsión entre ellas.

La ley de Coulomb tiene una sorprendente similitud con la ley de Newton para la fuerza gravitacional F_{GRAMO ​} = G m₁metro₂ / r² para fuerza gravitacional F_GRAMO, masas metro₁y metro₂y constante gravitacional GRAMO = 6.674 × 10 ⁻¹¹ metro³/ kg s². Ambos miden fuerzas diferentes, varían con mayor masa o carga y dependen del radio entre ambos objetos a la segunda potencia. A pesar de las similitudes, es importante recordar que las fuerzas gravitacionales siempre son atractivas, mientras que las fuerzas eléctricas pueden ser atractivas o repulsivas.

También debe tener en cuenta que la fuerza eléctrica es generalmente mucho más fuerte que la gravedad según las diferencias en la potencia exponencial de las constantes de las leyes. Las similitudes entre estas dos leyes son una mayor indicación de simetría y patrones entre leyes comunes del universo.

Si un sistema permanece aislado (es decir, sin contacto con nada más fuera de él), conservará la carga. Conservación de carga significa que la cantidad total de carga eléctrica (carga positiva menos carga negativa) permanece igual para el sistema. La conservación de la carga permite a los físicos e ingenieros calcular cuánta carga se mueve entre los sistemas y su entorno.

Este principio permite a los científicos e ingenieros crear jaulas de Faraday que utilizan escudos o revestimientos metálicos para evitar que la carga se escape. Las jaulas de Faraday o los escudos de Faraday utilizan la tendencia de un campo eléctrico a redistribuir las cargas dentro del material para cancelar el efecto del campo y evitar que las cargas dañen o ingresen al interior. Estos se utilizan en equipos médicos, como máquinas de imágenes por resonancia magnética, para evitar que los datos distorsionado, y en equipo de protección para electricistas y linieros que trabajan en zonas peligrosas Ambientes.

Puede calcular el flujo de carga neto para un volumen de espacio calculando la cantidad total de carga que ingresa y restando la cantidad total de carga que sale. A través de electrones y protones que llevan carga, se pueden crear o destruir partículas cargadas para equilibrarse de acuerdo con la conservación de la carga.

Saber que la carga de un electrón es −1.602 × 10 ⁻¹⁹ C, una carga de −8 × 10 ⁻¹⁸ C estaría compuesto por 50 electrones. Puede encontrar esto dividiendo la cantidad de carga eléctrica por la magnitud de la carga de un solo electrón.

Si conoces el corriente eléctrica, el flujo de carga eléctrica a través de un objeto, viajando a través de un circuito y cuánto tiempo se aplica la corriente, puede calcular la carga eléctrica usando la ecuación para la corriente Q = Eso en el cual Q es la carga total medida en culombios, I es actual en amperios, y t es el tiempo que se aplica la corriente en segundos. También puede utilizar la ley de Ohm (V = IR) para calcular la corriente a partir del voltaje y la resistencia.

Para un circuito con voltaje de 3 V y resistencia de 5 Ω que se aplica durante 10 segundos, la corriente correspondiente que resulta es I = V / R = 3 V / 5 Ω = 0,6 A, y la carga total sería Q = Eso = 0,6 A × 10 s = 6 C.

Si conoce la diferencia de potencial (V) en voltios aplicados en un circuito y el trabajo (W) en julios durante el período de aplicación, la carga en culombios, Q = W / V.

•••Syed Hussain Ather

Campo eléctrico, la fuerza eléctrica por unidad de carga, se extiende radialmente hacia afuera desde cargas positivas hacia cargas negativas y se puede calcular con mi = F_mi / q, en el cual F_mi es la fuerza eléctrica y q es la carga que produce el campo eléctrico. Dado lo fundamentales que son el campo y la fuerza para los cálculos de electricidad y magnetismo, la carga eléctrica puede definirse como la propiedad de la materia que hace que una partícula tenga una fuerza en presencia de un campo.

Incluso si la carga neta o total de un objeto es cero, los campos eléctricos permiten que las cargas se distribuyan de diversas formas dentro de los objetos. Si hay distribuciones de cargo dentro de ellos que dan como resultado un cargo neto distinto de cero, estos objetos son polarizado, y la carga que causan estas polarizaciones se conoce como cargas consolidadas.

Aunque no todos los científicos están de acuerdo sobre cuál es la carga total del universo, han hecho conjeturas fundamentadas y probado hipótesis a través de varios métodos. Puede observar que la gravedad es la fuerza dominante en el universo en la escala cosmológica y, debido a que la fuerza electromagnética es mucho más fuerte que la fuerza gravitacional, si el universo tuviera una carga neta (ya sea positiva o negativa), entonces podrías ver evidencia de ello a una magnitud tan grande distancias. La ausencia de esta evidencia ha llevado a los investigadores a creer que el universo es de carga neutral.

Si el universo siempre ha sido de carga neutral o cómo ha cambiado la carga del universo desde el Big Bang también son cuestiones que están en debate. Si el universo tuviera una carga neta, entonces los científicos deberían poder medir sus tendencias y efectos en todos líneas de campo eléctrico de tal manera que, en lugar de conectarse de cargas positivas a cargas negativas, nunca termina. La ausencia de esta observación también apunta al argumento de que el universo no tiene carga neta.

•••Syed Hussain Ather

La Flujo eléctrico a través de un área plana (es decir, plana) A de un campo eléctrico mi es el campo multiplicado por el componente del área perpendicular al campo. Para obtener esta componente perpendicular, usa el coseno del ángulo entre el campo y el plano de interés en la fórmula del flujo, representado por Φ = EA porqueθ), dónde θ es el ángulo entre la línea perpendicular al área y la dirección del campo eléctrico.

Esta ecuación, conocida como Ley de Gauss, también te dice que, para superficies como estas, a las que llamas Superficies gaussianas, cualquier carga neta residiría en su superficie del avión porque sería necesario crear el campo eléctrico.

Debido a que esto depende de la geometría del área de la superficie utilizada para calcular el flujo, varía según la forma. Para un área circular, el área de flujo A sería π_r_² con r como el radio del círculo, o para la superficie curva de un cilindro, el área de flujo sería Ch en el cual C es la circunferencia de la cara circular del cilindro y h es la altura del cilindro.

Electricidad estática emerge cuando dos objetos no están en equilibrio eléctrico (o equilibrio electrostático), o que hay un flujo neto de cargas de un objeto a otro. A medida que los materiales se frotan entre sí, se transfieren cargas entre sí. Frotar calcetines en una alfombra o la goma de un globo inflado en tu cabello puede generar estas formas de electricidad. El choque devuelve estos cargos en exceso para restablecer un estado de equilibrio.

Para conductor (un material que transmite electricidad) en equilibrio electrostático, el campo eléctrico en el interior es cero y la carga neta en su superficie debe permanecer en equilibrio electrostático. Esto se debe a que, si hubiera un campo, los electrones en el conductor se redistribuirían o se volverían a alinear en respuesta al campo. De esta forma, cancelarían cualquier campo en el instante en que se crearía.

Los alambres de aluminio y cobre son materiales conductores comunes que se utilizan para transmitir corrientes y conductores iónicos. También se utilizan a menudo, que son soluciones que utilizan iones que flotan libremente para permitir que la carga fluya a través fácilmente. Semiconductores, como los chips que permiten que las computadoras funcionen, también usan electrones que circulan libremente, pero no tantos como los conductores. Los semiconductores como el silicio y el germanio también requieren más energía para permitir que las cargas circulen y generalmente tienen conductividades bajas. Por el contrario, aislantes como la madera, no permiten que la carga fluya fácilmente a través de ellos.

Sin campo en el interior, para una superficie gaussiana que se encuentra justo dentro de la superficie del conductor, el campo debe ser cero en todas partes para que el flujo sea cero. Esto significa que no hay carga eléctrica neta dentro del conductor. A partir de esto, puede deducir que, para estructuras geométricas simétricas como esferas, la carga se distribuye uniformemente en la superficie de la superficie gaussiana.

Debido a que la carga neta en una superficie debe permanecer en equilibrio electrostático, cualquier campo eléctrico debe ser perpendicular a la superficie de un conductor para permitir que el material transmita cargas. La ley de Gauss le permite calcular la magnitud de este campo eléctrico y el flujo del conductor. El campo eléctrico dentro de un conductor debe ser cero y, en el exterior, debe ser perpendicular a la superficie.

Esto significa que, para un conductor cilíndrico con un campo que irradia desde las paredes en un ángulo perpendicular, el flujo total es simplemente 2_E__πr_² para un campo eléctrico mi y r radio de la cara circular del conductor cilíndrico. También puede describir la carga neta en la superficie usando σ, la cargar densidad por unidad de área, multiplicado por el área.