CORRIENTE ELÉCTRICA

Cuando una trayectoria conductora continua, tal como un alambre, se conecta a los terminales de una batería, tenemos un circuito eléctrico. Cuando se forma un circuito de este tipo, la carga puede fluir a través del circuito desde una terminal de la batería hasta la otra. Al flujo de carga de este tipo se le llama corriente eléctrica.

Corriente

+ -

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donde ∆Q es la cantidad de carga que pasa a través de una sección transversal del conductor en un punto determinado durante el intervalo de tiempo ∆t. La unidad de medida de la corriente eléctrica es el ampere (A) 1A=1C/s.

La intensidad de corriente eléctrica en un alambre se define como la cantidad neta de carga que pasa por él en un punto dado por unidad de tiempo. Por tanto, la intensidad de corriente promedio I se define como:

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Si la corriente no es constante en el tiempo, podemos definir en ese caso la corriente instantánea en cualquier momento como el límite infinitesimal cuando ∆t → 0:

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LEY DE OHM Y RESISTENCIA

Para poder producir una corriente eléctrica en un circuito, se requiere una diferencia de potencial. Una batería constituye una forma para producir una diferencia de potencial. Georg Simon Ohm (1787 – 1854) fue quien estableció experimentalmente que la corriente en un alambre metálico es proporcional a la diferencia de potencial V aplicada en sus extremos :

Este hecho se conoce como la Ley de Ohm.

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La cantidad exacta de corriente que circula en un alambre depende no solo del voltaje si no también de la resistencia que el alambre presenta al flujo de electrones. Las paredes de una tubería o las orillas de un rio y las rocas en su parte media, presentan resistencia al flujo de la corriente. En forma similar, los electrones son retardados debido a las interacciones con los átomos del alambre. Cuanto mayor será la resistencia, menor será la corriente para un voltaje V determinado. Por tanto, definimos la resistencia de manera que la corriente sea inversamente proporcional a ella. Cuando combinamos esto con la proporcionalidad anterior tenemos

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donde R es la resistencia de algún objeto o dispositivo, V es la diferencia de potencial en el mismo e I es la intensidad de corriente que circula a través de el. La última ecuación se puede escribir como:

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Y con frecuencia se denomina ley de Ohm. En realidad, no es una ley, si no más bien la definición de resistencia. Por ley de Ohm entendemos el enunciado que señala que la corriente que circula por un conductor metálico es proporcional al voltaje aplicado. Pero esta relación no se aplica en general a otras sustancias tales como los semiconductores, los tubos de vacío, los transistores, etc. La unidad para la resistencia se denomina Ohm y se abrevia Ω.

Un alambre común generalmente tiene una resistencia baja, en cambio hay resistencias que se construyen de cerámicas, cuyos valores se determinan usando el código de colores. A continuación se presenta el código de colores y la forma como se lee.

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Color Número Multiplicador Tolerencia (%)

Negro 0 1

Café 1 101

Rojo 2 102

Naranja 3 103

Amarillo 4 104

Verde 5 105

Azul 6 106

Violeta 7 107

Gris 8 108

Blanco 9 109

Dorado 10-1 5

Plateado 10-2 10

Sin color 20

Código de colores para resistores

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Para poder leer supondremos el siguiente ejemplo. Los colores de una resistencia son Naranja, verde, Amarillo y dorado. Entonces de acuerdo al código de colores el valor de esta resistencia es:

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Resistividad

Se ha descubierto experimentalmente que la resistencia R de un alambre metálico es directamente proporcional a su longitud L e inversamente proporcional al área A de la sección transversal. Esto es:

donde ρ, la constante de proporcionalidad, se denomina resistividad y depende del material utilizado. Aquellos materiales cuya resistividad es baja se dice que son buenos conductores eléctricos caso contrario serán malos conductores.

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Con frecuencia se utiliza el recíproco de la resistividad, denominada la conductividad, σ.

Las unidades de la conductividad son (Ωm)-1.

La resistividad de un material depende de la temperatura. En general, la resistencia de los materiales aumenta con la temperatura. Esto no es sorprendente, porque a temperaturas más elevadas los átomos se mueven más rápidamente y se arreglan en una forma menos ordenada. De ese modo podría esperarse que interfieran en mayor medida con el flujo de electrones

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Donde ρT es la resistividad a la temperatura T, ρ0 es la resistividad conocida a una temperatura estándar T0 y α es el coeficiente térmico de la resistencia. Este coeficiente es negativo para los semiconductores.

Si el cambio de la temperatura no es demasiado grande, la resistividad de los metales aumenta casi linealmente con la temperatura. Esto es;

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COMBINACION DE RESISTENCIAS

Las resistencias al igual que los condensadores pueden combinarse de dos formas elementales, en Serie y en Paralelo.

Combinación SerieConsiderar dos resistencias conectadas como muestra la figura. La diferencia de potencial entre los puntos a y b se puede escribir como

Vac = Vab + Vbc

Como la corriente que circula por R1 y R2 es I, entonces: 13

Por lo tanto, Vac = (R1 + R2) I,

luego podemos decir que la 'resistencia equivalente' de la combinación de dos resistencias en serie es

Rac = R1 + R2.

Combinación ParaleloConsiderar dos resistencias conectadas como muestra la figura

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En este caso, la diferencia de potencial entre los extremos de ambas resistencias es la misma, Vab

Vab = V1 = V2

La corriente, en cambio satisface la relación

I = I1 + I2 , luego, tenemos

Utilizando, finalmente, la relación Vab = Rab I, se debe cumplir

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POTENCIA. LEY DE JOULE

James Watt (1736-1819)

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La potencia transferida es: VIP

La potencia disipada en el resistor es:R

VRIP2

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La tasa a la cual la carga Q pierde energía potencial al atravesar el resistor es:

IVVtQ

tU

donde I es la corriente en el circuito.

La potencia transferida es:

La potencia disipada en el resistor es:

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