1) Fuerza Eléctrica (Fe): La Fe es la fuerza que tiene lugar entre cargas eléctricas. Esta fuerza puede ser de atracción o de repulsión y ocurre en la recta que une a las cargas. La magnitud de dicha fuerza entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Esto se conoce como la Ley de Coulomb y se expresa de la siguiente manera: Fe = (k * q1 * q2) / r² = (q1 * q2) / (4πε₀ * r²), donde Fe se mide en Newtons (N). Dada una distribución de cargas puntuales, la Fe sobre cualquiera de ellas es igual a la suma vectorial de las Fe entre dicha carga y cada una de las restantes (principio de superposición de fuerzas).

Características Conservativas de la Fuerza Eléctrica

Cuando una partícula se mueve en un campo eléctrico, la fuerza originada por el campo realiza trabajo sobre la carga. El trabajo efectuado para mover una partícula de a hacia b es: W = ∫_a^b (F · dl). Dado un campo eléctrico, se coloca una carga de prueba q₀ que se desplaza libremente de a hacia b.

W_a-b = ∫_a^b F · cos(ρ) dl = ∫_a^b (1 * q * q₀ * cos(ρ) * dl) / (4πε₀ * r²) = ∫_a^b (1 * q * q₀ * cos(ρ) * dr) / (4πε₀ * r²) = (q * q₀) / (4πε₀) * (1/r_a – 1/r_b). Por lo que deducimos que el trabajo que efectúa el campo eléctrico sobre q₀ depende solo de r_a y r_b y no de la trayectoria, por lo tanto, Fe es conservativa. El trabajo realizado por una fuerza conservativa es W_a-b = -ΔU, por lo que U = q * q₀ / (4πε₀ * r²) (Energía potencial eléctrica entre q y q₀). La energía potencial eléctrica U representa el trabajo que realizaría el campo eléctrico de q sobre q₀ si esta se desplazara desde una distancia r al infinito. Cuando el campo eléctrico es originado por una distribución de cargas (q₁, q₂,…), la U total es igual a la suma de las U de interacción para cada par de cargas. Denominamos potencial en un punto a la energía potencial eléctrica por unidad de carga asociada a una carga de prueba q₀ en ese punto. El potencial existe aunque allí no haya una q₀. V = U / q₀. W_a-b / q₀ = -ΔU / q₀ = V_ab. V_ab es el trabajo que realiza la fuerza eléctrica para desplazar una unidad de carga desde a hacia b.

2) Campo Eléctrico (C.E): La fuerza sobre un cuerpo es ejercida por el campo eléctrico que otros cuerpos originan. El campo eléctrico es igual a la fuerza eléctrica por unidad de carga, que una carga experimenta en ese punto. E = F₀ / q₀ = q * r(vector) / (4πε₀ * r²). El campo eléctrico de una carga puntual está dirigido radialmente hacia adentro o afuera de dicha carga. El campo eléctrico E puede variar de un punto a otro, por lo que no es una cantidad vectorial única, sino un conjunto de cantidades vectoriales (campo vectorial). Dada una distribución de cargas, el campo eléctrico total en un punto p es igual a la suma vectorial de los campos eléctricos en p producidos por cada carga individual. Las líneas de campo eléctrico son curvas imaginarias, las cuales son tangentes a E en todos los puntos. Donde E es fuerte, las líneas están próximas entre sí; donde E es débil, se separan. Además, el campo E en cada punto es único, por lo que las líneas nunca se cruzan.

3) Ecuaciones de Maxwell (ECdmax): Describen el comportamiento de los campos electromagnéticos. Mientras que en situaciones estacionarias, son las cargas y las corrientes eléctricas las fuentes de los campos E y B respectivamente, cuando los mismos varían en función del tiempo, esos mismos campos se convierten también en fuente unos de otros. Así, un campo E puede ser producido tanto por un sistema de cargas como por un campo B variable en el tiempo (Leyes de Gauss y Faraday) y, a su vez, un campo B puede ser generado tanto por corrientes como por campos E dependientes del tiempo (Ley de Ampère-Maxwell). Mientras que las ecuaciones en forma integral permiten describir globalmente los campos al evaluarlos en toda una región del espacio, las expresiones diferenciales permiten calcular sus valores precisos en cualquier punto del espacio.

Interpretación de las Ecuaciones de Maxwell

1. La primera ecuación de Maxwell (Ley de Gauss para el campo eléctrico) dice que el flujo del campo E a través de una superficie cerrada es igual al cociente entre la carga (o la suma de cargas) que hay en el interior de la superficie y la permitividad eléctrica en el vacío (ε₀). La forma diferencial afirma que la divergencia del campo E es proporcional a la densidad de carga eléctrica. Significa que el campo E diverge o sale desde una carga (ρ/ε₀), lo que se representa gráficamente como vectores que salen de las fuentes que las generan en todas las direcciones. Por convención, si el valor de la expresión es (+), entonces los vectores salen de la carga, y si es (-), entran.
2. La segunda ecuación de Maxwell (Ley de Faraday) indica que un campo B que depende del tiempo implica la existencia de un campo E del que su circulación por un camino cerrado es igual a menos la derivada temporal del flujo magnético en cualquier punto de la superficie limitada por el camino cerrado. El signo (-) explica que el sentido de la corriente inducida es tal que su flujo se opone a la causa que lo produce, compensando así la variación del flujo magnético. La forma diferencial: si existe una variación del campo B, entonces este provoca un campo E, o bien la existencia de un campo B no estacionario en el espacio libre provoca circulaciones del vector E a lo largo de las líneas cerradas.
3. La tercera ecuación de Maxwell (Ley de Gauss para el campo magnético) indica primordialmente que las líneas de los campos B deben ser cerradas. Es decir, que sobre una superficie cerrada (sea cual sea) no seremos capaces de encerrar una fuente de campo, esto expresa la inexistencia del monopolo magnético. Al encerrar un dipolo en una superficie cerrada no sale ni entra flujo magnético, por lo tanto, el campo B no diverge, no sale de la superficie, por lo tanto, la divergencia es 0.
4. La cuarta ecuación de Maxwell (Ley de Ampère-Maxwell) indica que un campo E que varía con el tiempo produce un campo B. En su forma diferencial, esta ecuación explica que si se tiene un conductor, un alambre recto con una densidad de corriente I, esta provoca la aparición de un campo B rotacional alrededor del alambre y que el rotor de B apunta en el mismo sentido que J (vector).

Si bien las ecuaciones de Maxwell describen el comportamiento de los campos, se necesita otra expresión para entender cómo interaccionan los campos E y B con la materia, es decir, con las partículas que tienen carga eléctrica. Esto está descrito por la Fuerza de Lorentz: F = q(E(vector) + v(vector) Λ B(vector)). Se puede observar que una partícula cargada interacciona siempre con su campo E, pero solo lo hace con el campo B cuando se encuentra en movimiento.

8) Impedancia (IMPEDZ): Relación entre la amplitud del voltaje (V) y de la corriente (I). La ecuación V = IZ es análoga a V = IR, por lo que la impedancia (Z) cumple el papel de la resistencia (R). La corriente continua (CC) sigue la trayectoria de menor resistencia (R) y la corriente alterna (CA) la de menor impedancia (Z). Z = V(fasor) / I(fasor) = √(R² + (X_L – X_C)²) = R + j(ωL – 1/(ωC))

9) Potencia (POT):

• Potencia Activa (P): P = V_ef * I_ef * cos(φ); se mide en Watts (W).
• Potencia Reactiva (Q): Q = V_ef * I_ef * sen(φ); se mide en Voltamperios Reactivos (VAR).
• Potencia Aparente (S): S = V * I * cos(φ) + jVIsen(φ); se mide en Voltamperios (VA).

P es la potencia que se aprovecha como potencia útil, también se llama potencia media y es debida a las resistencias. Q es la potencia que necesitan las bobinas y los capacitores para generar campos B y E, pero no se transforma en trabajo efectivo, sino que fluctúa por la red entre el generador y los receptores. S es la suma vectorial de P y Q, es la potencia total desarrollada en un circuito con impedancia Z.