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Corriente Continua - ITI - Fisica II

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  • BLOQUE TEMTICO 1CAMPO ELCTRICO

    TEMA 1. CAMPO ELECTROSTTICO1.1. Naturaleza elctrica de la materia1.2. Carga elctrica y Ley de Coulomb1.3. Campo elctrico1.4. Flujo del campo elctrico y Ley de Gauss1.5. Energa potencial elctrica y potencial elctrico

    TEMA 2. CONDUCTORES, CONDENSADORES Y DIELCTRICOS2.1. Conductores en equilibrio electrosttico2.1. Conductores en equilibrio electrosttico2.2. Capacidad de un conductor2.3. Condensadores.2.4. Energa elctrica almacenada en un condensador. Densidad de energa del campo elctrico.2.5. Dielctrico. Vector polarizacin elctrica2.6. El vector desplazamiento elctrico

    TEMA 3. CORRIENTE CONTINUA3.1. Corriente elctrica y densidad de corriente3.2. Ley de Ohm. Resistencia elctrica3.3. Energa y potencia elctricas. Ley de Joule3.4. Fuerza electromotriz3.5. Introduccin a circuitos elctricos3.6. Carga y descarga de un condensador (transitorio RC)

    Fsica II

    TEMA 3CORRIENTE CONTINUA

    CONCEPTOS

    Corriente elctricaPortadores de carga

    OBJETIVOS

    Calcular la resistencia de un componenteelctrico dada su resistividad

    Analizar circuitos usando las relacionesPortadores de cargaResistencia

    Conductividad y ResistividadAsociaciones en serie y paraleloFuerza electromotriz

    Circuitos RCConstante de tiempo

    Analizar circuitos usando las relacionesserie/paralelo

    Resolucin de circuitos de c.c. a partir de lasreglas de Kirchhoff y regla de Maxwell.

    Calcular el consumo de potencia de circuitos

    Describir el comportamiento de circuitos decarga y descarga de condensadores.

    Fsica II

  • La Materia Electrizada

    Cargas en reposo

    ELECTROSTTICA

    CAMPO ELECTROSTTICO

    Ley de Coulomb

    Cargas en movimiento

    ELECTROCINTICA

    CORRIENTE ELCTRICA

    Ley de OhmCIRCUITO

    CAMPO MAGNTICO

    VARIABLE

    INDUCCIN ELECTROMAGNTICA

    ELECTROMAGNETISMO

    Ley de CoulombLey de Gauss

    CIRCUITO ELECTRICO CORRIENTE

    ALTERNA

    Ecuaciones de Maxwell

    ONDAS ELECTROMAGNTICASFsica II

    TIPOS DE MATERIALES CONDUCTORES Y CORRIENTES

    Conductor metlico

    Semiconductores

    Electrolitos

    Gas en condiciones

    Los portadores de carga son e-

    Los portadores de carga son (+) y e-

    Las cargas libres son iones (+) / () y e-

    Las cargas libres son iones (+) / () y e-

    3.1. CORRIENTE ELCTRICA Y DENSIDAD DE CORRIENTE3.1. CORRIENTE ELCTRICA Y DENSIDAD DE CORRIENTE

    Gas en condicionesespeciales

    Las cargas libres son iones (+) / () y e-

    Corriente transitoria Corriente permanente

    - Corriente continua (cc)- Corriente alterna (ca) dispositivo

    elctricoprctico

    fuente deenerga

    CIRCUITO ELCTRICOTIPOS DE CORRIENTE

    Fsica II

  • INTENSIDAD DE CORRIENTE: Carga queatraviesa la seccin recta de unconductor en la unidad de tiempo

    INTENSIDAD DE CORRIENTE ELCTRICA

    La corriente elctrica en un alambre de metalconsiste en electrones en movimiento

    tQ

    =IHaz de protones

    Unidad S.I.: amperio

    1 A = 1 C/s

    Sentido convencional de la corriente:el que llevaran las cargas positivas

    Sentido convencional de I

    S

    +

    S

    --

    - -

    + +

    +

    Sentido convencional de I

    Haz de protones

    Electrones en una barra metlica

    Fsica II

    VECTOR DENSIDAD DE CORRIENTE

    INTENSIDAD Y DENSIDAD DE CORRIENTE

    SnqdtdQ

    dvI == Snqrr

    = dvI

    dvrr

    nqJ =

    dtSnqdNqdQdtSndSnnd dN

    d

    d

    v

    v

    ==

    === l

    La intensidad de corrientedepende del rea de laseccin recta

    Para cualquier tipo de corriente

    Situaciones en las que haycorrientes con diferentestipos de portadores decarga

    Fsica II

    Para el caso de corriente continua en un cablecon una seccin transversal invariante, con nconstante en la seccin y la velocidad de lascargas tambin constante en toda la seccin

    SJdSJdSJSdJIS Ss

    ==== rr

  • Ley de OhmLey de Ohm

    = Conductividad elctrica(depende del campo elctrico, naturaleza del

    conductor, temperatura)Conductores hmicos

    R = Resistencia del conductor

    )(Er

    3.2. LEY DE OHM. RESISTENCIA ELCTRICA3.2. LEY DE OHM. RESISTENCIA ELCTRICA

    dvrr

    E

    dvrr

    J

    Cuando se establece un campo elctrico en un conductor, este campo elctricoafectar a las cargas mviles dando lugar a una corriente elctrica.

    R = Resistencia del conductorUnidad S.I. : ohmio ())))

    1 1 1 1 = 1 V/ALey de Ohm operacional

    El cociente entre la d.d.p.entre dos puntos de unconductor hmico y lacorriente que circula entreellos es funcin exclusivade la naturaleza ygeometra del conductor.

    Materiales hmicos o lineales

    Fsica II

    RVVI 21 =

    Resistividad de algunos materiales a 20C

    Material Resistividad( m)Plata 1,5910-8

    RESISTENCIA ELCTRICA (R), CONDUCTIVIDAD () Y RESISTIVIDAD ()

    Caractersticas elctricas de los conductoresCaractersticas elctricas de los conductores

    Resistencia del conductor

    Resistividad

    Un elemento elctrico que se caractericeexclusivamente por su resistencia se llama resistor oresistencia y su smbolo en un circuito es:

    S

    S1R ll ==

    ( )[ ]00 1 TT +=

    Cobre 1,6710-8

    Oro 2,3510-8

    Aluminio 2,6610-8

    Nquel 6,8410-8

    Hierro 9,7110-8

    Plomo 20,710-8

    Silicio 4,3103

    Germanio 0,46Vidrio 1010-1014

    Tefln 1013

    Caucho 1013-1016

    Madera 108-1010

    Diamante 1011

    ...)1( 2 +++= tto Resistividad

    Fsica II

  • Las resistencias (o resistores) comerciales sefabrican, por lo general, con grafito en un sustratocermico. Las bandas de colores identifican lamagnitud de la resistencia y la exactitud de esevalor, especificada por el fabricante.

    R = XY10Z

    Tolerancia: el error porcentual que el fabricante da alvalor nominal de la resistencia

    Fsica II

    C

    ASOCIACIN DE RESISTENCIASAsociacin en serie

    La intensidad de corriente que circula porellas es la misma

    Asociacin en paraleloTodas estn sometidas a la mismadiferencia de potencial

    Asociacin mixta

    Fsica II

    Es una mezcla de combinacionesen serie y en paralelo. Para hallar laresistencia equivalente se aplicanordenadamente las leyes deasociacin en serie y en paralelo.

  • El trabajo realizado por el campo elctrico para moveruna carga elemental dq entre los extremos de unconductor entre los que se ha establecido una ddp

    El trabajo por unidad de tiempo (potencia) realizado por el campo elctrico para conseguir quecircule corriente por el conductor:

    dq)V(VdUdW baC ==

    I)V(Vdtdq)V(V

    dtdW

    babaC

    ==Esta potencia coincidir con la potencia disipadaen forma de energa calorfica en ste

    3.3. ENERGA Y POTENCIA ELCTRICAS. LEY DE JOULE3.3. ENERGA Y POTENCIA ELCTRICAS. LEY DE JOULE

    EFECTO JOULEAl pasar corriente por un conductor ste se calienta

    La potenciadisipada porel conductor

    La ley de Joule = potencia disipada por el conductor

    I)V(Vdt

    )V(Vdt baba

    ==

    I)V(VP ba =

    en forma de energa calorfica en ste

    LEY DE JOULE

    == I)V(VP ba R)V(VRI ba

    22

    =

    RI)V(V ba =

    Tres formas alternativas de la Ley de Joule

    dtdWP =

    Fsica II

    Fuerza electromotriz de un generador, , es la energa suministrada por unidad cargaque lo recorre (del polo negativo al positivo)

    3.4. FUERZA ELECTROMOTRIZ (f.e.m.)3.4. FUERZA ELECTROMOTRIZ (f.e.m.)

    La energa para conseguir corriente en un circuito se consigue por medio de un generador cualquier dispositivo que transforma energa no elctrica en energa elctrica

    Smbolo que representa al generador en uncircuito de corriente continua

    Idtdq

    dqdW

    dtdWP

    dqdW

    ==== IP istradasu =mindtdqdtdq

    circuito al entregadageneradorenJouleefectoconsumida PPP +=

    Ir)V(V)IV(VrII baba =+= 2consumidadasuministra PP =

    Fsica II

    En la prcticar

  • 3.5. INTRODUCCIN A LOS CIRCUITOS ELCTRICOS3.5. INTRODUCCIN A LOS CIRCUITOS ELCTRICOS

    Circuito elctrico

    Corriente continua (c.c.)

    Rgimen estacionario o permanente

    Rgimen transitorio

    Corriente alterna (c.a.)

    Fsica II

    Elemento Resistor Condensador Inductancia

    Magnitud Resistencia (R) Capacidad (C) Induccin (L)Unidad Ohmio () Faradio (F) Henrio (H)

    Smbolo

    Relacin circuital V = IR

    dttdvCti )()( =

    dttidLtv )()( =

    Elementos circuitales

    dt

    Smbolos estndar de una f.e.m., una resistencia,un interruptor y una conexin a tierra.

    Fsica II

  • Nudo Punto del circuito donde confluyenms de dos conductores (b, e)

    RamaParte del circuito que est entredos nudos consecutivos. En ella

    RedConjunto de conductores ydispositivos unidos entre s deforma arbitraria, de manera quepor ellos circulan distintasintensidades

    Anlisis de circuitosTEORA DE CIRCUITOS: Resolucinsistemtica de circuitos

    Rama dos nudos consecutivos. En ellaslo hay una corriente (eb)

    Cualquier camino cerrado de un circuito. Conjunto de conductores ydispositivos que forman un circuito obtenido partiendo de un nudo y volviendoa l, sin recorrer dos veces el mismo conductor (abef, bcde, acdf)

    Malla

    Leyes de Kirchhoff: Ley de nudos Ley de mallas

    Fsica II

    =i

    iii

    i IR0=i

    iI

    Ampermetro: Para medir la intensidad de la corrienteSe conecta en serie

    PARA PROFUNDIZARMEDICIONES ELCTRICAS: Galvanmetros, Ampermetros y Voltmetros

    Galvanmetro

    El galvanmetro es un instrumento de precisin paramedir la corriente. Los medidores que emplean ungalvanmetro se conectan de tal forma que slo paseuna corriente pequea por sus bobinas.

    Consta, bsicamente, de ungalvanmetro en paral