Corriente eléctrica (1)

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Corriente eléctrica GETTYS, W.E.; KILLER, F.J. Y SKOVE, M.J. "Física para ciencias e ingeniería", Tomo II. Ed. McGraw-Hill. 2005. SERWAY R. A. BEICHNER R. J. “Física para ciencias e ingeniería”. Tomo II, quinta edición, Editorial Mc. Graw Hill. 2000 SEARS, F.W. ZEMANSKY, M. YOUNG, H. “Física Universitaria”. Vol 2, Ed. Pearson Educacion. 2004. Claudia González Cuervo. Ph.D

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Corriente eléctrica

GETTYS, W.E.; KILLER, F.J. Y SKOVE, M.J. "Física para ciencias e ingeniería", Tomo II. Ed. McGraw-Hill. 2005.SERWAY R. A. BEICHNER R. J. “Física para ciencias e ingeniería”. Tomo II, quinta edición, Editorial Mc. Graw Hill. 2000SEARS, F.W. ZEMANSKY, M. YOUNG, H. “Física Universitaria”. Vol 2, Ed. Pearson Educacion. 2004.

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El flujo o movimiento de portadores de carga eléctrica por un conductor, que generalmente es un alambre, pero bien podría ser un metal que tenga cualquier forma, una lata, una moneda u otras formas. Incluso podría ser un no metal.

electrones y también los protones

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La rapidez con que fluye la carga eléctrica por la superficie de área A. es igual a la cantidad de carga (Q) que pasa por el área A en un intervalo de tiempo t

tQI prom

Corriente promedio

Si la rapidez varía con el tiempo, la corriente varía con el tiempo y la corriente instantánea es el diferencial de la Iprom

dtdQI

Las unidades en el SI. son amperios (A)

Corriente eléctrica.

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Microscópicamente: Consideremos un conductor de sección transversal A. el volumen de una sección del conductor de largo x: V = Ax

n el número de portadores de carga móvil por unidad de volumen, entonces: el # de portadores en la sección es nAxQ = # de portadores en la sección por la carga de cada portador = (nAx)qx = distancia = Vdt

Vd = la rapidez como que se mueven portadores = rapidez de arrastre.

Cuando se aplica una V a través del conductor se establece un campo eléctrico, el cual ejerce una fuerza eléctrica los electrones produciendo una corriente. Pero los electrones se mueven en zigzag y a pesar de los choques los electrones se mueven lentamente a lo largo del conductor ( dirección opuesta a E)

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Consideremos un conductor de área de sección transversal A que conduce una corriente I, entonces la densidad de corriente J es:

dd nqvAAnqv

AIJ

La unidad en el SI de la densidad de corriente es: A/m2

Resistencia y Ley de Ohm

J tiene la dirección de I, o sea la dirección del movimiento de los portadores de carga positivo.

La densidad de corriente y el campo E se establecen en un conductor cuando se mantiene una diferencia de potencial a través de un conductor.Si J es constante, I también y en algunos materiales J E entonces donde es la conductividad del conductor.

EJ

lVE

IV

EAI

J RIIAlV

Al

R

donde:

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1Como: es la resistividad, la cual depende de las propiedades del material y de la temperatura.

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Resistencia y Temperatura

La resistividad en un material metal varía de manera lineal con la temperatura.

00 1 TT

0 es la resistividad del material a una temperatura de referencia T0 20ºC= coeficiente de temperatura de resistividad

T

0

1

Como la resistencia es proporcional a la resistividad:

00 1 TTRR

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Ejemplos:

1. Un alambre de cobre de calibre 12 en una construcción residencial común tiene un área de sección transversal de 3,31 x 10-6 m2. si conduce una corriente de 10A ¿cuál es la rapidez de arrastre de los electrones. Suponga que cada átomo de cobre contribuye con un electrón libre a la corriente. (La densidad del cobre es de 8,95 g/cm3 y la masa atómica es de 63,5 g.)

2. La cantidad de carga q ( en coulombs) que pasa por una superficie de 2,0cm2 de área varía con el tiempo de acuerdo con:

q = 4,0 t3 + 5,0t2 + 6,0, donde t está en segundos.a) Cuál es la corriente instantánea que pasa a través de la superficie en t =

1,0s?b) Cuál es el valor de la densidad de corriente?

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Ejercicios:

1. Un alambre de aluminio con un diámetro de 0.10 mm tiene un campo eléctrico uniforme con una magnitud de 0.20 V/m impuesto a lo largo de su longitud. La temperatura del alambre es de 50.0ºC. suponga un electrón libre por átomo. (Suponga que para este material se tiene: 5.6 x 10-8 .m y 4.5 x 10-3 ºC-1 , constantes a 20ºC)a) Determine la resistividadb) La densidad de corriente en el alambrec) Corriente total en el alambred) Rapidez de arrastre de los electrones de conduccióne) Diferencia de potencial debe existir entre los extremos de un alambre de 2.0m de longitud para producir la intensidad de campo eléctrico establecida.

2. Una bobina de alambre de nicromo mide 25.0 m de longitud. El alambre tiene un diámetro de 0.4mm y está a 20.0ºC. Si el alambre porta una corriente de 0.50A. (suponga que el nicromo tiene 1.50 x 10-6 .m y 0.4 x 10-3 ºC-1 , constantes a 20ºC) cuales son:a) La magnitud del campo eléctrico en el mismob) La potencia que se entregac) Si la temperatura se incrementa a 340ºC y la diferencia de potencial a través del alambre permanece constante ¿cuál es la potencia entregada?

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Fuerza Electromotriz (FEM):

- +

Resistor

Batería

= fem

a b+r

d c

IR

I

V

+r R

a b c d

IR

Ir

= IR + Ir

V = Vb – Va = - Ir

equivalente al voltaje en circuito abierto (voltaje de las terminales cuando la corriente es cero)

𝐼= 𝜀𝑅+𝑟

I = I2R + I2r

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Combinación de resistencias

SerieI misma

Paralelo: v mismo

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Reglas de Kirchhoffi. La suma de las corrientes queentran a un nudo es igual a la suma de las corrientes que salen del nudo

I1I2

I3

Flujo deentrada

Flujo desalida

ii. La suma algebraica de los cambios de potencial a través de los elementos de un circuito cerrado es cero

∑𝑐 𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎𝑑𝑜

∆𝑉=0

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a b

a b

+a b

I

V = -IR

+a b

V = +IR

I

V = +

V = -

Reglas para determinar el cambio de potencial a través de un resistor y una batería.Cada elemento del circuito es recorrido de izquierda a derecha.

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