La Ley de Ohm como una consecuencia de la Estructura de la
Materia
Profesor Carlos Alberto Castriota
*Debido a la característica ondulatoria del movimiento de los
electrones , los electrones más externos de un átomo no están
“ligados” a los mismos en el cristal de los metales conductores.
*Estos electrones atómicos externos, denominados electrones de
conducción , pueden viajar muchos diámetros atómicos antes de
tener una colisión atómica.
*Si L es el módulo del vector desplazamiento entre colisiones y u es
el módulo del vector velocidad promedio de los electrones de
conducción, siendo que la dirección de u es aleatoria y no da lugar a
una corriente neta , podemos escribir: Δt = L/u , donde Δt es el
intervalo de tiempo entre colisiones.
*Si se aplica una diferencia de potencial ΔV a un trozo de metal
conductor , aparecerá sobre cada electrón de conducción una fuerza
F de módulo e.E , donde e es la carga del electrón y E es el módulo
del vector Campo Eléctrico generado por aplicar ΔV.
*Durante un intervalo de tiempo Δt , cada electrón adquirirá una
velocidad de arrastre va cuyo módulo va = Δu ( cambio de velocidad
promedio de los electrones de conducción , luego de cada colisión o
velocidad alcanzada previa colisión ).
*De acuerdo con la 2º Ley de Newton , se puede escribir : m . Δu/Δt
= e.E
Por lo tanto Δu = e.E. Δt/m donde m es la masa promedio del
electrón.
Siendo Δt = L/u , podemos expresar: va = Δu = e.E.L/m.u
Se debe tener presente que va = Δu tiene la misma dirección para
todos los electrones debido al E que aparece al aplicar ΔV. Esto da
lugar a una corriente neta.
*Los electrones pierden su velocidad de arrastre luego de cada
colisión y el L es tan pequeño que va << u.
*La intensidad I de corriente eléctrica es I = e.N.va tal que N =
número total de electrones de conducción por cm.
*La velocidad de arrastre promedio va es la mitad de la máxima. I =
e.N.1/2 .e.E.L/m.u
Por lo tanto : I = e2 .N.E.L/2.m.u ; o sea :I =e2.N.L/2.m.u . ( V/x) y
R = V/I = 2.m.u.x/e2.N.L = R tal que x es la longitud del alambre
conductor.
El análisis dimensional de esta última expresión nos permite deducir
el ohm como unidad de R.
10 de Mayo del 2010
lunes, 10 de mayo de 2010
viernes, 9 de abril de 2010
Física-Electrostática Experimental
Laboratorio de FISICA
LA MAQUINA ELECTROSTATICA DE WHIMSHURT
Profesor Carlos Alberto Castriota –
Director Departamento de FISICA y QUIMICA-Instituto del Profesorado del C.O.N.S.U.D.E.C
Esta Máquina permite transformar Energía Mecánica en Eléctrica.
A su vez dicha Energía Eléctrica puede transformarse, en Energía Química, Energía Lumínica y Sonora o, también si se prefiere en Energía Mecánica nuevamente.
Todo esto permite confirmar:
el Principio de Conservación de la Energía (Primer Principio o Ley de la Termodinámica) y
el Segundo Principio o Ley de la Termodinámica: la transformación nunca tiene el 100 % de eficacia, parte de la Energía que se transforma no puede ser controlada, se dispersa y aumenta la Entropía o desorden del Universo.
Cuando se acciona la Manivela de la Máquina se transmite el efecto de dicho accionar, por dos Correas cruzadas, a dos Discos de Acrílico con un diámetro habitual de entre 30 y 50 cm. Como se aclaró que las Correas están cruzadas se comprenderá que un Disco girará en el sentido de giro de las agujas del reloj y el otro en sentido contrario.
En estos Discos se encuentran pegados, a intervalos regulares, trozos de igual superficie de papel de Aluminio.
Cuando los Discos giran, estos trozos de papel son friccionados por unas Escobillas de Cobre. Como resultado de ello los Discos pasan a ser el Soporte de una Energía eléctrica importante; se dicen que dichos discos "están cargados".
Cuando los Discos se saturan de Carga eléctrica ,el remanente pasa a unos Botellones denominados de Leyden que actúan como Condensadores de Carga Eléctrica.
Siendo superada la Capacidad de estos Condensadores, los electrones que portan una gran energía pasan a dos Esferas Metálicas de distinto volumen; de forma tal que la de mayor volumen pasa a tener mayor densidad energética que la otra.
Al superar la Resistencia del Aire, los electrones “saltan" de la Esfera de mayor Volumen a la de menor Volumen. Se produce una Chispa o Rayo (Energía Lumínica) y un Ruido (Energía Sonora).
En las inmediaciones de las Esferas percibiremos un olor picante: es Ozono. La Chispa tiene la suficiente Energía como para transformar parte del Oxígeno del Aire en dicho gas. Se ha efectuado una transformación Química.
Si separamos bien las Esferas y conectamos la Esfera de mayor Volumen a un Molinillo Metálico, por medio de un cable: las aspas del molinillo girarán velozmente. Hemos vuelto a transformar la Energía Eléctrica en Mecánica.
La Esferita de un Péndulo Eléctrico colocado en las inmediaciones, se moverá "al compás de los chispazos". Parte de los electrones energizados "escaparon" de la Máquina, su energía no pudo ser analizada y la Entropía del Universo aumentó.
Laboratorio de Física
LA JAULA DE FARADAY, ¿UNA FORMA DE CONTROLAR EL DESORDEN?
En el documento anterior desarrollé un enfoque energético sobre el Funcionamiento de la Máquina de Whimshurt.
Terminaba expresando que el movimiento de la Esfera del Péndulo "al compás" de los chispazos evidenciaba que no toda la Energía transformada había sido bien controlada y que este hecho había aumentado la Entropía o el desorden" del Universo.
Al Conectar la Máquina de Whimshurt a la Jaula de Faraday se observa que los trocitos de corcho, que penden en el exterior de la Jaula, se mueven "al compás" de los chispazos; no así los interiores a ella.
Esa Malla metálica que sirve de Jaula actúa como una barrera para la transmisión energética. Todos sus puntos tienen igual Energía Potencial Electrostática. Allí "muere el desorden".
Esta Jaula o Caja de Faraday es el fundamento del Pararrayos en el que un edificio se rodea totalmente con una malla metálica en contacto con el suelo húmedo. De esta forma, el Edificio y su interior se encuentran protegidos de todo Campo Eléctrico externo.
Profesor Carlos Alberto Castriota
LA MAQUINA ELECTROSTATICA DE WHIMSHURT
Profesor Carlos Alberto Castriota –
Director Departamento de FISICA y QUIMICA-Instituto del Profesorado del C.O.N.S.U.D.E.C
Esta Máquina permite transformar Energía Mecánica en Eléctrica.
A su vez dicha Energía Eléctrica puede transformarse, en Energía Química, Energía Lumínica y Sonora o, también si se prefiere en Energía Mecánica nuevamente.
Todo esto permite confirmar:
el Principio de Conservación de la Energía (Primer Principio o Ley de la Termodinámica) y
el Segundo Principio o Ley de la Termodinámica: la transformación nunca tiene el 100 % de eficacia, parte de la Energía que se transforma no puede ser controlada, se dispersa y aumenta la Entropía o desorden del Universo.
Cuando se acciona la Manivela de la Máquina se transmite el efecto de dicho accionar, por dos Correas cruzadas, a dos Discos de Acrílico con un diámetro habitual de entre 30 y 50 cm. Como se aclaró que las Correas están cruzadas se comprenderá que un Disco girará en el sentido de giro de las agujas del reloj y el otro en sentido contrario.
En estos Discos se encuentran pegados, a intervalos regulares, trozos de igual superficie de papel de Aluminio.
Cuando los Discos giran, estos trozos de papel son friccionados por unas Escobillas de Cobre. Como resultado de ello los Discos pasan a ser el Soporte de una Energía eléctrica importante; se dicen que dichos discos "están cargados".
Cuando los Discos se saturan de Carga eléctrica ,el remanente pasa a unos Botellones denominados de Leyden que actúan como Condensadores de Carga Eléctrica.
Siendo superada la Capacidad de estos Condensadores, los electrones que portan una gran energía pasan a dos Esferas Metálicas de distinto volumen; de forma tal que la de mayor volumen pasa a tener mayor densidad energética que la otra.
Al superar la Resistencia del Aire, los electrones “saltan" de la Esfera de mayor Volumen a la de menor Volumen. Se produce una Chispa o Rayo (Energía Lumínica) y un Ruido (Energía Sonora).
En las inmediaciones de las Esferas percibiremos un olor picante: es Ozono. La Chispa tiene la suficiente Energía como para transformar parte del Oxígeno del Aire en dicho gas. Se ha efectuado una transformación Química.
Si separamos bien las Esferas y conectamos la Esfera de mayor Volumen a un Molinillo Metálico, por medio de un cable: las aspas del molinillo girarán velozmente. Hemos vuelto a transformar la Energía Eléctrica en Mecánica.
La Esferita de un Péndulo Eléctrico colocado en las inmediaciones, se moverá "al compás de los chispazos". Parte de los electrones energizados "escaparon" de la Máquina, su energía no pudo ser analizada y la Entropía del Universo aumentó.
Laboratorio de Física
LA JAULA DE FARADAY, ¿UNA FORMA DE CONTROLAR EL DESORDEN?
En el documento anterior desarrollé un enfoque energético sobre el Funcionamiento de la Máquina de Whimshurt.
Terminaba expresando que el movimiento de la Esfera del Péndulo "al compás" de los chispazos evidenciaba que no toda la Energía transformada había sido bien controlada y que este hecho había aumentado la Entropía o el desorden" del Universo.
Al Conectar la Máquina de Whimshurt a la Jaula de Faraday se observa que los trocitos de corcho, que penden en el exterior de la Jaula, se mueven "al compás" de los chispazos; no así los interiores a ella.
Esa Malla metálica que sirve de Jaula actúa como una barrera para la transmisión energética. Todos sus puntos tienen igual Energía Potencial Electrostática. Allí "muere el desorden".
Esta Jaula o Caja de Faraday es el fundamento del Pararrayos en el que un edificio se rodea totalmente con una malla metálica en contacto con el suelo húmedo. De esta forma, el Edificio y su interior se encuentran protegidos de todo Campo Eléctrico externo.
Profesor Carlos Alberto Castriota
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