CORRIENTE ELÉCTRICA

•El potencial eléctrico (o voltaje), es el responsable del flujo de cargas por un conductor (corriente eléctrica).

•Este flujo esta restringido por la resistencia que encuentra el flujo en los conductores.

•Cuando el flujo se lleva a cabo en una sola dirección se llama corriente continua o directa (cc o cd)

•Cuando el flujo va y viene decimos que se trata de una corriente alterna (ca).

1.FLUJO DE CARGA

Cuando los extremos de un conductor están sometidos a potenciales eléctricos distintos fluye carga de un extremo a otro.

Las cargas libres bajo la acción de campos eléctricos son capaces de moverse de un punto a otro.

Lo mismo sucede dentro de un conductor que entre sus extremos se aplica un campo eléctrico.

eE

Conductor metálico

e e

En un circuito eléctrico el sentido del campo está dirigido del polo más alto ( designado con el símbolo +) al polo más bajo ( designado con símbolo - )

-+ E

En las pilas, baterías etc. es fácil distinguir el polo negativo del positivo

+

CORRIENTE EN LOS METALESCORRIENTE EN LOS METALES

En un conductor sólido el flujo de cargas se debe al movimiento de los electrones libres ubicados en las órbitas más lejanas del núcleo. El movimiento de los electrones, es en sentido contrario al campo.

E

La rapidez de desplazamiento de cada electrón es de unos pocos mm/s, pero el efecto total del desplazamiento de la corriente alcanza valores cercanos a la velocidad luz.

+Potencial bajo Potencial alto

ConductorMovimiento de electrones

•La carga fluye cuando existe una diferencia de potencial (diferencia de voltaje) entre los extremos de un conductor.

•El flujo de carga continúa hasta que ambos extremos alcanzan el mismo potencial. Si no hay diferencia de potencial, no hay flujo de carga por el conductor.

El esquema siguiente explica con una analogía hidráulica dos sistemas.

BATERIA

RED DOMICILIARIA

•La corriente eléctrica se mide en ampere cuyo símbolo como unidad del SI es A.

•Un ampere es el flujo de carga igual a 1 Coulomb por segundo.

Observación. La carga neta en un conductor es cero, esto es, el conductor en todo momento es un cuerpo neutro.

OTRAS UNIDADES

1 A = 1• 103 mA (miliampere)1 A = 1 • 10 6A (microampere)

FUENTE DE VOLTAJE (V)

•La carga no fluye mientras no exista una diferencia de potencial.

•Los dispositivos para mantener esta diferencia de potencial se conocen con el nombre de fuente de voltaje o fem (fuerza electromotriz).

•Las fuentes de voltaje (conocidas también como fuentes de poder) proporcionan la “presión eléctrica” necesaria para desplazar los electrones entre las terminales de un circuito

Los generadores, pilas etc. entregan a las cargas una cantidad de energía necesaria para movilizarlas. Esa energía entregada por unidad de carga que recorre el circuito se denomina fuerza electromotriz. F.e.m

FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM)

RESISTENCIA ELÉCTRICA

La cantidad de corriente que fluye por el circuito depende:

•Del voltaje que suministra la fem.

•De la resistencia que opone el conductor al flujo de carga (resistencia eléctrica).

•La resistencia de un cable depende de la conductividad del material del que está hecho y también del espesor y de la longitud del cable

Para una presión dada pasa más agua por un tubo grande que por uno pequeño. Análogamente para un voltaje dado, pasa más corriente por un cable de diámetro grande que por uno de diámetro pequeño.

•La resistencia eléctrica es menor en los cables gruesos que en los delgados.

•Los cables largos oponen más resistencia que los cortos.

•La resistencia depende de la temperatura. En la mayoría de los casos, un aumento de la temperatura se traduce en un incremento en la resistencia del conductor.

•La resistencia de ciertos materiales se hace cero a temperaturas muy bajas.

La resistencia eléctrica se mide en unidades llamadas ohms () en honor a Gerg Simon Ohm, físico alemán que estudio el efecto de la resistencia del cable en la corriente.

Experimentalmente se ha encontrado que la resistencia de un conductor es:

A

LR

: Cualidad del conductor

L: Largo del conductorA: Sección transversal del conductor

LEY DE OHM

Ohm descubrió que la cantidad de corriente que pasa por por un circuito es directamente proporcional la diferencia de potencial entre sus terminales e inversamente proporcional a la resistencia del circuito.

aresistenci

voltajededifenciacorriente

Esta relación entre voltaje, corriente y resistencia se conoce como ley de Ohm. Si representamos al voltaje por V, la corriente por I y la resistencia por R, la ley de Ohm queda expresada por:

R

VI

I

V1 V2R

VA

ohm

voltampere 1111

La relación entre las unidades en que se miden estas cantidades es:

• La corriente eléctrica es inversamente proporcional a la resisitencia

• La corriente eléctrica es proporcional al voltaje aplicado

EFECTO DE DIVERSAS CORRIENTES ELÉCTRICAS EFECTO DE DIVERSAS CORRIENTES ELÉCTRICAS EN EL CUERPOEN EL CUERPO

I en ampereI en ampere EfectosEfectos

0.0010.001 Se puede sentirSe puede sentir

0.0050.005 DolorosoDoloroso

0.0100.010 Contrac. Musculares involuntarias Contrac. Musculares involuntarias (Espasmos)(Espasmos)

0.0150.015 Pérdida Control MuscularPérdida Control Muscular

0.0700.070 Si pasa por el corazón, trastornos Si pasa por el corazón, trastornos graves ( mortal si dura más de 1s)graves ( mortal si dura más de 1s)

CIRCUITOS ELECTRICOS

La ley de ohm se cumple en forma muy restringida, solo para materiales conductores de especial naturaleza, en circuitos de cierta forma y para corrientes constantes. La técnica hace uso tan extenso de estos circuitos que la ley de ohm resulta de gran importancia.

La figura representa un circuito donde supondremos válida la ley de ohm. Con estos queremos decir que la intensidad de corriente varia proporcionalmente con la diferencia de potencial.

Símbolos

Fem constante (batería o pila)

Interruptor de contacto

Resistencia de un artefacto

Resistencia interna de la femri

Las líneas continuas que unen las partes del circuito se consideran como elementos sin resistencia eléctrica. De este modo el trazo corto de B a C tiene resistencia cero.

Bornes o terminales

SENTIDO DE LA CORRIENTEEn la fem hay dos bornes uno positivo (potencial mayor) y el otro negativo (potencial menor). Se ha convenido que la corriente circula desde el polo positivo al negativo ( sentido técnico) .El sentido real o físico es: Cargas negativas que van del polo negativo al positivo.

La figura muestra elSentido técnico, usadouniversalmente

CIRUITO RESISTORES EN SERIE

Las resistencias en este circuito están dispuestas en una configuración que se conoce como serie.

Nótese que la corriente circula solo por un conductor continuo, nosufre bifurcaciones

PROPIEDADES DEL CIRCUITO SERIEPROPIEDADES DEL CIRCUITO SERIE

1.RESPECTO DE LA CORRIENTE

Se caracterizan porque la corriente es la misma en todos los componentes del circuito

I: Permanece constante

2.RESPECTO DE LA RESISTENCIA

Dado los valores de todas las resistencias parciales del circuito, se puede obtener una resistencia total del circuito.

3.RESPECTO DE LA TENSIÓN (VOLTAJE)

El voltaje registrado entre los terminales de la fem se reparte en cada una de las resistencias,incluyendo las propias de la fem.Así por la ley de ohm entre cada resistencia debe haber una caída de tensión. Se cumple que:

V = vi + v1+ v2

V

ASOCIACIÓN DE FEM EN SERIEASOCIACIÓN DE FEM EN SERIE

La fem de una batería de pilas asociadas en serie es igual a la suma de la fem de cada pila. En la figura,cada pila posee 1,5 v. Luego la fem debe ser 6v.

ANÁLISIS MATEMÁTICO CIRCUITO ANÁLISIS MATEMÁTICO CIRCUITO RESISTORES SERIERESISTORES SERIE

Si cerramos el circuito accionando el interruptor D, una corriente circula por el circuito. Cada carga q que atraviesa este circuito pierde energía potencial, de acuerdo a la expresión:

femqVqU

fem

I

Vi V1

V2

fem

Esta pérdida de energía

potencial ocurre en

cada resistencia.

Calculando la pérdida

que genera cada una de

ellas, se obtiene:

2211 ;; VqUVqUVqU ii

Por el principio de conservación de la energía

IRfem

Irrrfem

Luego

IIIIperorIrIrIfem

VVVfem

VVVqfemq

UUUU

eq

i

iii

i

i

i

21

212211

*

21

21

21

,

En general, si un circuito tiene n resistencias en serie, se cumple:

neq rrrrR 321

La ley de Ohm para todo el circuito es:

eqR

VI

La resistencia equivalente en serie es siempre mayor que cualquier resistencia individual.

Resistencia equivalente es:

fem del circuito es : nVVVVfem 321

CIRCUITOS EN SERIE

•Cuando se cierra el interruptor, las bombillasreciben corriente de formainmediata.•La corriente no se apiñaen cada una sino que fluye.•Si se funde el filamento dealguna bombilla o se interrumpe alguna parte deltrayecto todas las bombillasse apagan, se genera un circuito abierto

•La corriente dispone de un solocamino para recorrer el circuito.•Al paso de la corriente se oponela resistencia de cada dispositivo,por lo que la suma de todas lasresistencias da la resistencia total.•El valor numérico de la corrientees igual al voltaje dividido por laresistencia total del circuito según la Ley de Ohm.•La energía suministrada por la fuente se reparte en partes igualesentre los dispositivos.

DESVENTAJAS DEL CIRCUITO SERIE

Si una parte del circuito falla, toda la corriente eléctrica cesa y el circuito detiene su movimiento. Un ejemplo claro de esto lo constituyen las luces para árboles de Navidad, en donde si se quema una luz dejan de funcionar todas las demás.Los circuitos de domiciliarios no son en serie, por eso no tenemos problemas mayores cuando se quema una ampolleta.

CIRUITO RESISTORES EN PARALELO

La configuración de este circuito se representa en la figura.

Nótese que la suma de las corrientes parciales en cada rama, es igual a la corriente total.

PROPIEDADES DEL CIRCUITO PROPIEDADES DEL CIRCUITO PARALELOPARALELO

1.RESPECTO DE LA CORRIENTE

Se caracterizan porque la corriente que emerge de la fem es igual a la suma de las corrientes parciales que circula por cada rama.

321 IIII

2.RESPECTO DE LA RESISTENCIA

Dado los valores de todas las resistencias parciales del circuito, se puede obtener una resistencia total (resistencia equivalente) del circuito.

321

1111

RRRReq

3.RESPECTO DE LA TENSIÓN (VOLTAJE)

El voltaje registrado entre los terminales de la fem es el mismo que se registra entre cada una de las resistencias.

321 VVVfem

ASOCIACIÓN DE FEM EN PARALELOASOCIACIÓN DE FEM EN PARALELO

La fem de una batería de pilas asociadas en paralelo es igual a la diferencia de potencial de cada pila.En la figura,cada pila posee 1,5 v. Luego la fem debe ser 1,5v.

ANÁLISIS MATEMÁTICO CIRCUITO ANÁLISIS MATEMÁTICO CIRCUITO RESISTORES PARALELORESISTORES PARALELO

321

321321

321321

321

321

1111

:

:

111

:

.

RRRR

Finalmente

RIPero

RRRRRRI

femVVVperoRRR

IIII

obtieneseohmdeleylaPor

mismalaestensióndecaídalaresistorcadaen

IIII

efectoEn

eq

eq

fem

femfemfemfem

VVV 321

En general, si un circuito tiene n resistencias en serie, la resistencia equivalente es:

La ley de Ohm para todo el circuito es:

eqR

VI

La resistencia equivalente de resistores conectados en paralelo siempre es menor que la resistencia más pequeña del grupo.

neq RRRRR

1...

1111

321

CIRCUITOS EN PARALELO

•Cada bombilla cuenta con uncamino independiente de unaterminal de la batería a la otra.•En el diagrama hay 3 caminosindividuales, cada uno con subombilla.•La corriente de una bombillano pasa por las otras.•Un corte en uno de los caminosno interrumpe el flujo de cargasa los demás.

•Cada dispositivo funciona demanera independiente. •El voltaje es el mismo para cada bombilla.•La Ley de Ohm se aplica a cadarama por separado y no a la totalidad del sistema.•La corriente total del circuito es igual a la suma de las corrientes desus ramas.•A medida que se agregan ramas la resistencia del circuito en total es menor.

UNA PILA Y UNA AMPOLLETA

NONO

SISI

Observación: Las figuras muestran las posibles maneras de conectar un circuito básico y sencillo, como también los posibles errores más frecuentes

SIMBOLOGIAInterruptor

Generador de corriente alterna

Corriente alterna

Conexión a tierra

Conexión de pilas en serie

A Amperímetro ( mide intensidad de corriente)

Voltímetro ( Mide tensión o voltaje)

Conexión de pilas en paralelo

V

Condensador fijo

Condensador variable

Batería

Alambre de conexión

Resistencia

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN EN CIRCUITOS

Intensidad de corriente y amperímetroIntensidad de corriente y amperímetroPara medir la intensidad de corriente se utiliza el amperímetrode la siguiente manera:1° Debe colocarse en el modo corriente alterna ( CA) o corriente continua ( CC) según corresponda. En los amperímetros para CC la corriente entre por el polo el positivo y sale por el negativo. Para CA este cuidado es innecesario.2° Debe instalarse en el circuito de modo tal que toda la corriente pase por él. Esta manera de conectar se llama “ Conexión en serie”.

+

12,3

+3° El amperímetro puede instalarse antes o después de la respectiva resistencia.4° Si la conexión se realiza al revés el amperímetro marcará una cantidad con signo negativo.

Estos aparatos que permiten medir intensidad,voltaje y resistencia se conocen como multitester

Caída de tensión y voltímetroCaída de tensión y voltímetroPara medir la caída de tensión el voltímetro se instala de la siguiente manera:1° Debe colocarse en paralelo con respecto a la resistencia2º Igual que con el amperímetro ubicar una escala adecuada y en el modo de corriente alterna o continua.

+20 v

CIRCUITO COMPUESTOLa figura siguiente muestra una asociación de resistencias.En ella hay dos resistencias en paralelo; 2R y R x que a su vez está en serie con una tercera resistencia R.El grado de dificultad para la solución de los circuitos compuestos depende de lo complejo que sea la asociación entre las resistencias. Los circuitos más complejos suponen conocer las leyes de Kirchoff. Tema que trataremos más adelante.

A continuación un ejemplo de cómo resolver circuitos mixtos con un grado de exigencia menor.La figura muestra un asociación de cinco resistores. Los dos primeros (las de 10) están en serie,y éstos en paralelo con los otros tres. En estos últimos se observa que los resistores de 8 están en paralelo y a su vez están en serie con el resistor de 16.

Solución:1º Se determina la resistencia equivalente entre las resistencias de 8 asociadas en paralelo.

2º Se determina la resistencia equivalente de aquellasque se encuentran en serie. Se obtiene....

3º Finalmente se suman estas resistencias equivalentes que se encuentran en paralelo.Esto determina la resistencia equivalente total del circuito

FUSIBLE Y SOBRECARGA

Los artefactos más modernos usan interruptores automáticos que funcionan mediante imantación, así, cuando el circuito se abre no es necesario reemplazar el automático sino solamente volverlo a su posición normal.

Corriente en los líquidosCorriente en los líquidos

En un conductor líquido ( electrolito), como por ejemplo una solución acuosa de NaCl, las cargas libres la constituyen los iones positivos y iones negativos. Cuando se aplica un campo eléctrico, los iones positivos se mueven en le mismo sentido del campo y los negativos en sentido contrario. E+

+

Corriente en los gases

En ellos el movimiento de carga se debe a iones positivos, iones negativos y a los electrones libres. El ion positivo se mueve en sentido del campo y los otros dos en sentido contrario al campo. Es lo que ocurre, por ejemplo, en un tubo fluorescente.

AUTOEVALUACION

¿Qué le ocurre a las demás bombillas cuando se funde una de uncircuito en serie?

R: Si se quema el filamento de una, el circuito se abre y se interrumpe el paso de corriente, por lo que todas las bombillasse apagan.

¿Qué le ocurre a la intensidad luminosa de cada bombilla de un circuito en paralelo cuando se añaden más bombillas en paraleloal circuito?

R: La intensidad de cada bombilla no cambia cuando se agregano quitan bombillas, ya que el camino hacia cada una es independiente y tiene la misma energía que la producida por el generador.

AUTOEVALUACIONAUTOEVALUACION

R:

Determinar la resistencia equivalente en el circuito

AUTOEVALUACION

Si tres bombillas están conectadas en serie a una batería de 6 v ¿cuántos volts se aplican a cada una de ellas?

R: En los circuitos en serie la energía suministrada por el generador (batería) se reparte equitativamente entre los dispositivos (bombillas) por lo tanto cada una recibe 2 v.