CORRIENTE ELÉCTRICA - RESISTENCIA

VbVa

Va Vb

Corriente Convencional: I

+ _A

−

−−

−

−−

−

−

−

Cargas en Movimiento a

través de un área “A”

x=v.t

v Q

INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA (I)

DEFINICIÓN: La intensidad de corriente eléctrica (I) a travésde un material conductor, está definida como la cantidad decarga eléctrica (Q) por unidad de tiempo (t) que atraviesa lasección transversal (A) del conductor.

t

QI =

UNIDADES:

)(Aamperios

C

segundo

coulomb

t

QI ====

s

CA 11 =

segundo

coulombamperio 11 =

Área: A

--

---

---

---

---

VbVa

Va Vb

Campo Eléctrico

Q

miliamperio = mA = 10-3 A

microamperio = A = 10-6 A

nanoamperio = nA = 10-9 A

Corriente eléctrica

INTENSIDAD DE CORRIENTE y Electrones de Conducción …

Cuántos electrones se necesitan para que la carga eléctricaque fluye en la sección transversal de un conductor seaigual a un coulomb (Q=1C)?

1 e- = 1,6 x 10-19 C

X (e-) = 1 C

X = _(1 e-).(1 C)__

1,6 x 10-19 C

1 C = 6,25 x 1018 e-

Para que la carga neta sea igual a 1 C, se necesitan 6,25 x 1018

electrones. Por lo tanto, fluye 1 amperio de corriente cuando6,25 x 1018 electrones atraviesan la sección transversal de unconductor en un tiempo de un segundo.

1 A = 6,25 x 1018 e-/s

INTENSIDAD DE CORRIENTE … Caracterización

El movimiento neto de cargas eléctricas en un conductor, endeterminado sentido, constituye lo que hemos llamadocorriente eléctrica. Para caracterizar con mayor precisiónesta magnitud física, consideremos una sección transversalde área “A” de un conductor, a través de la cual se fluyen lascargas eléctricas.

A: Área de la sección transversal del

conductor.

X: Longitud del conductor. Representa la

distancia recorrida por los electrones.

V: Rapidez media de los electrones dentro del

conductor

A−

−−

−

−−

−

−

−

Cargas en Movimiento a

través de un área “A”

x=v.t

v Q

Q: Carga neta que fluye a través del área “A”. Q = ne-, donde “n” es el número

total de electrones y e-, la carga eléctrica del electrón.

INTENSIDAD DE CORRIENTE … Caracterización

Si consideramos un elemento de volumen de un conductor, deárea “A” y longitud “x”, en el que existe una concentración deelectrones “N”, dado por el número de ellos, n, por metrocúbico, podemos definir la carga total que fluye, y por tantola corriente eléctrica, en término de estos parámetros.

V

n

volumen

electronesdenúmeroN ==

N: Densidad electrónica.

Cargas en Movimiento a

través de un área “A”

−

−−

−

−−

−

−

−

x=v.t

QA

v

−− == eVNenQ ...

tvAxAvolumenV ...: ==

−= exANQ ... −= etvANQ ....−== evANI

t

Q...

Corriente eléctrica

INTENSIDAD DE CORRIENTE … Sentido Convencional

En un circuito eléctrico cerrado la corriente circulasiempre del polo negativo al polo positivo de lafuente de voltaje, el cual corresponde al sentido demovimiento de los electrones en el mismo. Esto seilustra en la figura de la derecha.

En el análisis de circuitos eléctricos es muy comúnutilizar el sentido de la corriente convencional, lacual es contraria al sentido de movimiento de loselectrones en el circuito. Este concepto tiene suorigen en razones históricas y no a cuestiones dela física ya que en la época en que se formuló lateoría que trataba de explicar cómo fluía lacorriente eléctrica por los metales, los físicosdesconocían la existencia de los electrones ocargas negativas.

Corriente negativa -

electrones

Corriente

Convencional

¿Cómo mido la

corriente?

André Ampère

(1775-1836)

Corriente eléctrica

INTENSIDAD DE CORRIENTE … Medición

La medición de la corriente que fluye por un circuito cerrado serealiza por medio de un amperímetro, conectado en serie alcomponente al que se quiere medir la intensidad de corriente.

Símbolo del amperímetro:

Símbolo de una bombilla:

Esquema del circuito:

A

2. RESISTENCIA ELÉCTRICA (R)

La Resistencia Eléctrica es una propiedad de los materiales yse define como toda oposición presentada por estos al pasode la corriente eléctrica.

Todos los materiales y elementos conocidos ofrecen mayor o menorresistencia al paso de la corriente eléctrica, incluyendo los mejoresconductores. Los metales que menos resistencia eléctrica presentanson el oro y la plata, pero por lo costoso que resultaría fabricarcables con esos metales, se adoptó utilizar el cobre, que es buenconductor y mucho más barato. Con alambre de cobre se fabrican lamayoría de los cables conductores que se emplean en circuitos debaja y media tensión. También se utiliza el aluminio en menor escalapara fabricar los cables que vemos colocados en las torres de altatensión para transportar la energía eléctrica a grandes distancias.

Unidad de Medida de la Resistencia Eléctrica

En el Sistema Internacional, el ohm es la unidad de medidade la resistencia que oponen los materiales al paso de lacorriente eléctrica y se representa con el símbolo "" (letragriega omega). El instrumento utilizado para medir laresistencia eléctrica se denomina óhmetro.

I

VR

=

V: Diferencia de potencial, medida en voltio (V).

I: Intensidad de corriente eléctrica, medida enamperios (A). I=Q/t

R: Resistencia eléctrica, medida en ohm ()

Se le dio este nombre a la unidad de resistencia en honor al físico ymatemático alemán George S. Ohm, quién descubrió la ley que llevasu nombre, y donde establece que, a temperatura constante, la razóno cociente entre la diferencia de potencial V y la intensidad decorriente que fluye por un conductor, es precisamente la resistenciadel material.

A

V11 =

Resistencia Eléctrica y Geometría del material

La resistencia eléctrica de un material conductor varia con la longitud y elárea del mismo. A mayor longitud del material conductor, mayor resistenciaeléctrica del mismo, si el área es constante.

LR

AR

1

R

L

R vs L

A mayor área de la sección transversal del conductor, menor resistenciaeléctrica del mismo, si la longitud es constante.

LCu

2LCu

3LCu

R

2R

3R

A

A

A

R

A

R vs ALA

2A

3A

R

R/2

R/3Cu

Cu

Cu

Resistencia Eléctrica y Geometría del material

Al unir las dos relaciones de proporcionalidadanteriores e introducir una constante deproporcionalidad, se obtiene la siguiente igualdad:

A

LR =

La constante de proporcionalidad de la ecuación anterior ()es la letra “rho” del alfabeto griego, utilizada para simbolizarun parámetro constante del material a una determinadatemperatura; este parámetro se denomina resistividadeléctrica.

Tabla de Resistividades Eléctricas a 200 C

MATERIAL (.m)

Cobre 1,69 x 10-8

Plata 1,59 x 10-8

Oro 2,44 x 10-8

Aluminio 2,83 x 10-8

Tungsteno 5,33 x 10-8

Hierro 1,00 x 10-7

Platino 1,04 x 10-7

Plomo 2,20 x 10-7

Constantán 4,90 x 10-7

MATERIAL (.m)

Nicrom 1,50 x 10-6

Carbono 3,5 x 10-5

Germanio 5,0 x 10-1

Silicio 6,4 x 10-2

Madera 108 - 1014

Vidrio 1010 - 1014

Caucho duro 1013

Cuarzo fundido 5,0 x 1017

Resistencia Eléctrica y la Temperatura

La resistencia eléctrica de un material depende de la temperatura.Para la mayoría de los metales la resistencia eléctrica aumenta alaumentar la temperatura, debido a que se incrementa elmovimiento de los átomos que componen el material. Sin embargopara algunos materiales como los semiconductores, la resistenciaeléctrica disminuye con el incremento de la temperatura.

Comportamiento Gráfico (caso de los metales)

R

T (oC)

R vs T

Ro

-273 0

)(1 ooT TTRR −+=

RT: Resistencia a cualquier temperatura

Ro: Referencia a la temperatura ambiente

T: Temperatura de la resistencia

To: Temperatura ambiente

: Coeficiente de temperatura para la

resistencia (en 1/oC)

Resistores Comerciales

En electricidad, el factor resistivo de los materiales tiene susaplicaciones ya que es aprovechada para crear caídas de potencialeléctrico, controlar intensidades de corriente eléctrica, modificartiempos de carga y descarga en condensadores, para variar lafrecuencia en osciladores, entre otras.

En definitiva, las resistores son componentes electrónicos utilizadospara limitar el flujo de la corriente eléctrica según las necesidadesde nuestro circuito.

Comercialmente los resistores eléctricos son fabricados en

encapsulados de muy distintas formas y de distintos componentes.

Se dividen en tres grupos: resistores fijos, resistores variables,resistores especiales.

Resistores Variables

Estos resistores proporcionan un valor de resistencia eléctrica quevaría dentro de ciertos límites, según las necesidades del usuario olos requerimientos del circuito. Para ello se les ha añadido un tercerterminal unido a un contacto móvil que puede desplazarse sobre elelemento resistivo proporcionando variaciones en el valor de laresistencia. Este tercer terminal puede tener un desplazamientoangular (giratorio) o longitudinal (deslizante).

Símbolo Esquemático de un Resistor Variable o Ajustable:

Según su función en el circuito estas resistores se denominan: Potenciómetros, Trimmers o Reóstatos.

Tipos de Resistores Variables

Potenciómetros: Se utilizan en circuitos donde lavariación de resistencia la efectúa el usuario desde elexterior (controles de audio, video, etc.). Soportanpotencias intermedia.

Trimmers: Se diferencian de las anteriores enque, una vez conectados al circuito, el ajuste desu valor óhmico es definitivo. Su acceso estálimitado al personal técnico (controles deganancia, polarización, etc.). Soportan bajaspotencias.

Reóstatos: Se diferencia de los dos anterioresya que al conectarse al circuito uno de losterminales de los extremos queda sin conectar.Estos componentes potencias altas

Resistores Especiales

Estos resistores se caracterizan porque su valor óhmico, que varíade forma no lineal, es función de distintas magnitudes físicas comopuede ser la temperatura, el voltaje, luz, campos magnéticos, etc.Estos resistores están consideradas como sensores.

Ejemplos de Resistores Especiales. Termistores o resistores NTC yPTC; en ellos la resistencia es función de la temperatura. Varistores oresistores VDR; en ellos la resistencia es función del voltaje otensión eléctrica. Fotoresistores o resistores LDR. En estas últimasla resistencia es función de la luz.

Termistores

Símbolo

Resistores Especiales

FOTORESISTORES (LDR)

Símbolo

VARISTORES (VDR)

Símbolo

Resistores Fijos

Son componentes de dos terminales que presentan un valor nominal fijo de resistencia eléctrica establecida por el fabricante. Estos componentes se caracterizan por tener un comportamiento lineal.

La resistencia no depende

de la caída de potencial ni

de la intensidad.

La resistencia depende de la

corriente, siendo proporcional

a I.

Materiales óhmicos Materiales no óhmicos

Resistores Fijos

Son componentes de dos terminales que presentan un valornominal fijo de resistencia eléctrica establecida por el fabricante, a

temperatura constante.

Los resistores fijos de potencia pequeña,empleados en circuitos electrónicos, sonrotulados por el fabricante con un código defranjas de colores. Para caracterizar unaresistencia, por lo general, debenespecificarse dos valores: Resistenciaeléctrica y precisión (tolerancia).

En los casos más simples, estos valores se indican en un conjunto de tres ocuatro franjas de colores sobre el cuerpo del elemento. Se leen deizquierda a derecha, comenzando por la franja ubicada más cerca de unode los extremos o dejando la franja de tolerancia a la derecha.

Resistores Fijos… Código de Colores

A B C D

Ecuación R = (AB x C D)

Símbolo:

Aplicación del Código de Colores … Ejemplo 1

Resultado

Ecuación: R = (AB x C D)

R = (58 x 101 5 %)

Otra forma de expresar del resultado:

R = (580 5 %)

Donde el 5 % de 580 es: 29

Tolerancia (D)

Multiplicador (C)

2da Cifra Significativa (B)

1ra Cifra Significativa (A)

→ → → → → → Oro → 5 %

→ → → → → Chocolate → 101

→ → Gris → 8

→ → Verde → 5

Valores Límites de la Resistencia Nominal:

Rmin = (580-29) = 551

Rmax = (580+29) = 609

El resistor podrá ser utilizado en un circuito, si su valor real (medido con el ohmímetro) está comprendido entre estos límites.

Aplicación del Código de Colores … Ejemplo 2

Resultado

Ecuación: R = (AB x C D)

R = (64 x 103 10 %)

Otra forma de expresar del resultado:

R = (64 000 10 %)

Donde el 10 % de 64 000 es: 6 400

Valores Límites de la Resistencia Nominal:

Rmin = (64000-6400) = 57 600

Rmax = (64000+6400) = 70 400

El resistor podrá ser utilizado en un circuito, si su valor real (medido con el ohmímetro) está comprendido entre estos límites.

Tolerancia (D)

Multiplicador (C)

2da Cifra Significativa (B)

1ra Cifra Significativa (A)

→ → → → → → Plateado → 10 %

→ → → → → Anaranjado → 103

→ → Amarillo → 4

→ → Azul → 6