8 corriente
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8/8/2019 8 corriente
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIRIAFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS
Curso: FISICA II CB 302U
Profesor: JOAQUIN SALCEDO [email protected]:
Tipler -Mosca, Serway-Beichner, Sears-Semansky, Benson, Maximo-Alvarnga,Salvador http://es.wikipedia.org/
Corriente
Corriente elctricaEn un alambre desconectado existe movimiento de los portadores, pero no existe un
flujo neto en algn sentido.Al establecer una diferencia de potencial los portadores son sometidos a la accindel CE es decir se mueven en un sentidoSi consideramos un rea trasversal al movimiento hay una rapidez de flujo de carga.
Corriente media
m
qi
t
=
Corriente instantnea1
, 11
CA
dqi
d st==
Cargas que pasan por una seccin transversal
Los portadores pueden ser positivos, negativos o ambos.Tarea: analizar los portadores en conductores, en semiconductores y en otrassituaciones.
El sentido convencional asume que los portadores son positivos.
22
Qi
t
U Q V
U Q Vi V
t t
P i V
V
P i V i R R
=
=
= =
=
= = =
Fuerza electromotriz, Unidades
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Corriente
,dW J
V
dq C
= =
Corriente
,dq
i Vdt
= = iR
Mirando las cargas. Modelo microscpico
Velocidad de deriva o arrastreAl activar CE los portadores que tenan un movimiento aleatorio se mueven a favor(+) o en contra (-)
Su movimiento no es libre no es en lnea recta: hay colisiones tomo-electrn (comosi fuera friccin)Esto causa que se muevan muy lentamenteY cmo se enciende el foco casi al instante?
d d
d
N dQdQ Nq Vq nAdxq I nAv q J nv q
V dt
vnq
A
J
= = = =
=
= = =I
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Corriente
* mostrar que la densidad atmica esta relacionado con la densidad de masaanel nmero de Avogadro y la masa molecular M poraN
Aa
Nn
M
=
* de los electrones en un alambre de cobre tpico de radio 0.815mm quedv
transporta una corriente de 1A, suponiendo que existe un electrn libre por tomo?
Con la suposicin
3 2328 3(8.93 / )(6.02 10 )
8.47 10 / 63.5
Aa
N g cm xn n x atomos m
M
= = = =
2 3
5
28 19
1
(3.14)(0.815 10 )
3.54 10 / 8.47 10 (1.6 10 )
d
I IJ
A r x
Jv x
nq x x
= = = =
= = = m s
Lentito!?
Entonces Cmo es que la luz eclctica surja instantneamente?
Otra versin
Sea una corriente en un conductor de rea de seccin transversal A y longitud x
Si asumimos una rapidez promedio para los portadoresdv
d x v t =
El volumen
dV x A v t = = A La carga
ol ol d
ol
m dd
NQ Nq V q nV q nv tAq
V
Qi nv Aq nv q
t
ij
A
= = = =
= = = =
Donde n nmero de portadores por unidad de volumen (densidad de portadores)Cual es su relacin con la densidad atmica?
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Corriente
Uno a uno?
Ejercicio
Un Alambre de cobre N 12 (rea de seccin transversal 6 23.31 10x m ) conduce 10 A.Suponiendo que cada tomo da un electrn.Halla la velocidad de arrastreSolucin
a
iv
nqA=
Necesitamos las otras magnitudes ya estn dadasnN
nV
=
N= # de partculas, con la suposicin, igual al # de electrones e igual al # deAvogadro.Clculo de V
En las tabla peridica 63.5 ( 1 ) M g mo= = l La densidad del cobre 38.85 /g cm
363.5 7.098.95
M MV c
V
= = = = m
Clculo de n23
28 3
3
6.02 108.49 10 /
7.09
N x electronesn x electrones m
V cm= = =
Clculo de vd
28 3 19 6 2
4
10 /
8.49 10 (1.6 10 )3.31 10
2.22 10 /
a
a
i C sv
n q A x m x x m
v x m s
= =
=
Qu puede decir de la velocidad de arrastre? En que tiempo recorre 1 metro?
Ley de Ohm
dd
i J n q v J n q
A= = = v
Una densidad de corriente y un ce E se establecen en un conductor cuando semantiene una diferencia de potencial.
En algunos materiales la densidad de corriente es proporcional al CE
J E= La constante es la conductividad
Los materiales que obedecen esta ley son llamados ohmicos
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Corriente
Ley de OhmPara muchos materiales la relacin entre densidad de corriente y CE es constanteEsta es independiente del CE productor de la corriente
Relacin macro
,V I l
V E l J E V I l A A
= = = = =
Resistencia elctricaDificultad que ofrece al paso de a corriente elctricaLos conductores tienen resistencia pequea, luego en necesario construirlos deotros materiales (cermicos) se denominan resistoresLos resistores tienen cdigo de colores usted debe conseguirlos y aprender ausarlos.
11
1
l R V I R
A
V V
I A
= == =
Los materiales que muestra el comportamiento lineal son los llamados ohmicos.Los materiales que no son lineales son muy importantes en la electrnica
Resistividad
1 lR
A
= =
Los textos proporcionan resistividades y usted debe tenerlos
Hallar la resistencia de una muestra de aluminio de 10cm y rea de seccin
transversal4 2
2.0 10x m
5
1.41 10x
Repetir lo mismo para vidrio de las mismas dimensiones.
131.5 10x
Cmo calcular resistencias si el rea no es uniforme?
l d R d R rA A
= =
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Corriente
Cable coaxial.
Se usa para transportar seales de TV, Constan de dos conductores cilndricos concntricos y su espacio interior esta llenode un material no conductor,
Halle la resistencia de un cable coaxial con silicio en su espacio interior .radiointernom0.5 cm radio externom1.75cm y 15cm de longitud.
ln ( )2 2 2
b
a
l d r d r d r R d R R
b
A A r l l r l a
= = = = =
Sustituyendo datos
6 4 0 1 .7 5ln ( ) 8 5 12 (0 .1 5) 0 .5
R
= =
Modelo de conduccin elctrica.Drude 1900
,
0,
f i
d
e
i
qEF aE F ma a v v at
m
qvv Em
= = = =
=
+
=
Intervalo de tiempo promedio entre choques sucesivos.
Expresar la densidad de corriente en funcin de 2
d
q E J nqv n
m= =
Expresar la conductividad y la resistividad en funcin de 2
2
nq m
m n
q = =
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Corriente
Expresar en funcin de distancia promedio entre colisiones (trayectoria libremedia) y la rapidez promedio
p p
d
d
l lv
v
= =
Resistencia y temperaturaEn el laboratorio las curvas I vs V no aparecen lineales para conductores,produciendo confusin. Veamos que la causa es la temperatura.
En datacin vimos como la temperatura afectaba las dimensiones de un cuerpo
0
dldp dT
l
Podemos usar la misma expresin haciendo un pequeo cambio
0 0
d ddp dT dT
=
La variacin de la resistividad unitaria es proporcional a la temperatura
Demostrar que
[ ]
[ ]
0 0
0 0
(1 ( )
(1 ( )
T T
R R T T
= +
= +
Un termmetro de resistencia de platino de 50 a 20 C se sumerge a un recipientecon indio fundido y su resistencia aumenta a 76.8 Cul es el punto de fusin delhielo?
00
0
0
137 157R R
T T T C R
= = =
Energa elctrica y potencia
U q VU q V I V P I
t tV
= = = =
Potencia de entrega
,P I V V P I = = =
Potencia de consumo2V IR P I R = =
* Un calentador a 220V y tiene un alambre de nicrom con resistencia de 8 Halle la corriente y la potencia reconsumo
227.5 , 3.3
V I A P I R kW
R
= = = =
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Corriente
Estime el costo para cocinar un pavo 4h en un horno que opera a 20A y 220VPotencia
2 0(2 20 ) 4 .4P I k W = = =
Energa
4 .4 ( 4 )U
P U P t k W t
= = =
h
1 0 .8
1 7 .6 ...
k W h s o le s
k W h x x
=
= =