FÍsicaCorriente eléctrica1 Corriente eléctrica Resistencia y Ley de Ohm La energía en los...

FÍsica Corriente eléctrica 1

Corriente eléctricaCorriente eléctrica

Corriente eléctricaResistencia y Ley de OhmLa energía en los circuitos eléctricosAsociación de resistenciasReglas de Kirchhoff


Corriente eléctricaCorriente eléctricaCorriente eléctrica: Corriente eléctrica: flujo de cargas por unidad de área y de tiempoflujo de cargas por unidad de área y de tiempo

QI

t

(Intensidad de corriente)(Intensidad de corriente)

Unidad SI: Amperio (A) Unidad SI: Amperio (A) 1A 1 /C sSe toma como sentido de la Se toma como sentido de la corriente el del flujo de las corriente el del flujo de las cargas positivas.cargas positivas.

Los electrones bajo un campo eléctrico se mueven con Los electrones bajo un campo eléctrico se mueven con velocidad vvelocidad vd d ((velocidad de desplazamientovelocidad de desplazamiento).).

d

QI n q A v

t

Densidad de portadores de carga (1 electrón/átomo)Densidad de portadores de carga (1 electrón/átomo)

Sección Sección En ausencia de campo, los En ausencia de campo, los electrones libres de un metal se electrones libres de un metal se mueven aleatoriamente con mueven aleatoriamente con velocidades grandes (velocidades grandes (~10~106 6 m/s), m/s), colisionando con los iones del colisionando con los iones del conductor. En presencia del campo conductor. En presencia del campo modifican ligeramente el movimiento modifican ligeramente el movimiento aleatorio y se desplazan con gran aleatorio y se desplazan con gran lentitud en dirección opuesta al lentitud en dirección opuesta al campo.campo.


Corriente eléctricaCorriente eléctricaVelocidad de desplazamientoVelocidad de desplazamiento

¿Cuál es la velocidad de desplazamiento de los electrones en un alambre ¿Cuál es la velocidad de desplazamiento de los electrones en un alambre de cobre típico de radio 1 mm que transporta una corriente de 1 A, de cobre típico de radio 1 mm que transporta una corriente de 1 A, suponiendo que existe un electrón libre por átomo?suponiendo que existe un electrón libre por átomo?


Resistencia y ley de OhmResistencia y ley de Ohm

Resistencia: Resistencia: a bV V VR

I I

Unidad SIUnidad SI: ohmio : ohmio 1 1 /V A

Materiales óhmicosMateriales óhmicos Materiales no óhmicosMateriales no óhmicos (no cumplen la ley de Ohm)(no cumplen la ley de Ohm)

V=IRV=IRLey de OhmLey de Ohm


Resistencia y ley de OhmResistencia y ley de OhmLa resistencia de un alambre conductor es proporcional a su longitud e La resistencia de un alambre conductor es proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su área transversal: inversamente proporcional a su área transversal:

LR

A

ResistividadResistividad

Coeficiente de temperatura de la resistividadCoeficiente de temperatura de la resistividad

20 20( ) /

20ºt C

Resistividad vs T para el cobreResistividad vs T para el cobre


La energía en los circuitos eléctricosLa energía en los circuitos eléctricos

Elemento no especificado (resistencia, Elemento no especificado (resistencia, motor, batería…) de un circuito por el motor, batería…) de un circuito por el que circula una corriente Ique circula una corriente I

Variación de energía de la carga transportada entre los Variación de energía de la carga transportada entre los puntos a y b:puntos a y b:

( ) 0b aU Q V V

( )a b

U Q QV V V IV

t t t

Potencia disipada:Potencia disipada:

P IV Rapidez de transferencia de Rapidez de transferencia de la energía al dispositivo.la energía al dispositivo.

Si el dispositivo es una Si el dispositivo es una resistenciaresistencia::

2( )P IV I IR I R óó

2

( )V V

P IV VR R

Para resistencias la energía cinética de los electrones se transfiere a las moléculas de la resistencia Para resistencias la energía cinética de los electrones se transfiere a las moléculas de la resistencia transformándose en energía térmica (transformándose en energía térmica (efecto Jouleefecto Joule))



• FEM y bateríasFuente de femFuente de fem: dispositivo que suministra energía eléctrica (baterías, : dispositivo que suministra energía eléctrica (baterías, generadores, etc.)generadores, etc.)

Realizan trabajo sobre las cargas, aumentando su energía potencialRealizan trabajo sobre las cargas, aumentando su energía potencial

Fem Fem de la fuente: trabajo por unidad de carga de la fuente: trabajo por unidad de carga (voltios)(voltios)

Batería ideal: Batería ideal: mantiene una diferencia de mantiene una diferencia de potencial constante entre sus dos terminales, potencial constante entre sus dos terminales, independientemente del flujo de carga entre ellosindependientemente del flujo de carga entre ellos

Circuito con Circuito con batería idealbatería ideal de fem de fem una resistencia R y cables sin una resistencia R y cables sin resistencia. La corriente es: I=resistencia. La corriente es: I=/R/R

Analogía mecánica del circuito de la derecha. Las bolitas (electrones) Analogía mecánica del circuito de la derecha. Las bolitas (electrones) chocan con los clavos (iones) y se mueven con velocidad constante. La chocan con los clavos (iones) y se mueven con velocidad constante. La mano (fem) realiza trabajo sobre las bolitas devolviéndoles la energía mano (fem) realiza trabajo sobre las bolitas devolviéndoles la energía perdida.perdida.

Potencia suministrada por una fuente de fem: Potencia suministrada por una fuente de fem: Q

P It


La energía en los circuitos eléctricosLa energía en los circuitos eléctricos• Batería reales

Tensión en los bornes de una batería realTensión en los bornes de una batería real

Decrece un poco a medida que la corriente aumentaDecrece un poco a medida que la corriente aumenta

a bV V Ir a bIR V V Ir eLa tensión en los bornes de La tensión en los bornes de la batería disminuye la batería disminuye linealmente con la linealmente con la intensidad de la corriente.intensidad de la corriente.

Como si la batería tuviera una pequeña resistenciaComo si la batería tuviera una pequeña resistencia

IR r

e



Voltaje, potencia y energía almacenadaVoltaje, potencia y energía almacenada

Una resistencia de 11 Una resistencia de 11 ΩΩ se conecta a través de una batería de fem 6 V y se conecta a través de una batería de fem 6 V y resistencia interna 1resistencia interna 1ΩΩ. Determinar a) la intensidad de la corriente, b) la . Determinar a) la intensidad de la corriente, b) la tensión en los bornes de la batería, c) la potencia suministrada por la tensión en los bornes de la batería, c) la potencia suministrada por la fuente de fem, d) la potencia suministrada a la resistencia externa, e) la fuente de fem, d) la potencia suministrada a la resistencia externa, e) la potencia disipada por la resistencia interna de la batería f) la energía potencia disipada por la resistencia interna de la batería f) la energía almacenada por la batería si su capacidad es de 150 Aalmacenada por la batería si su capacidad es de 150 A••h h


Asociación de resistenciasAsociación de resistencias

• Resistencias en serie

1 2 1 2( ) eqV IR IR I R R IR

1 2 3 ...eqR R R R



• Resistencias en paralelo

1 2 1 2

1 1

eq

V V VI V

R R R R R

31 2

1 1 1 1...

eqR R R R

1 2I I I

1 1 2 2V I R I R



Determinar la resistencia equivalente entre los puntos a y b para la Determinar la resistencia equivalente entre los puntos a y b para la combinación de resistencias indicada en la figura.combinación de resistencias indicada en la figura.

Resistencia equivalenteResistencia equivalente


Reglas de Kirchhoff

1. La suma algebraica de las variaciones de potencial 1. La suma algebraica de las variaciones de potencial a lo largo de cualquier malla del circuito debe ser cero. a lo largo de cualquier malla del circuito debe ser cero. ((Regla de las mallasRegla de las mallas))

2. En los nudos, la suma de corrientes que entran 2. En los nudos, la suma de corrientes que entran debe ser igual a la suma de corrientes que salen. debe ser igual a la suma de corrientes que salen. ((Regla de los nudosRegla de los nudos))

Como el campo eléctrico es conservativoComo el campo eléctrico es conservativo

Como la carga eléctrica se conservaComo la carga eléctrica se conserva


Reglas de Kirchhoff

Circuito de una sola mallaCircuito de una sola malla

a) Hallar los potenciales en los puntos a) Hallar los potenciales en los puntos a,b,c,d y e de la figura de la derecha. a,b,c,d y e de la figura de la derecha. b) Determinar la potencia de entrada b) Determinar la potencia de entrada y de salida del circuito.y de salida del circuito.


Reglas de Kirchhoff

Una batería de coche totalmente cargada se conecta mediante cables a otra Una batería de coche totalmente cargada se conecta mediante cables a otra batería descargada para proceder a su carga. A) ¿A qué borne de la batería batería descargada para proceder a su carga. A) ¿A qué borne de la batería débil debemos conectar el borne positivo de la batería cargada? b) Suponer que débil debemos conectar el borne positivo de la batería cargada? b) Suponer que esta tiene una fem esta tiene una fem = 12 V mientras que la débil tiene una fem = 12 V mientras que la débil tiene una fem = 11 V , que = 11 V , que

las resistencias internas de las baterías son rlas resistencias internas de las baterías son r11=r=r22=0,02=0,02ΩΩ y que la resistencia de y que la resistencia de

los cables es R=0,01los cables es R=0,01ΩΩ, ¿cuál será la corriente de carga? c) ¿y si las batería se , ¿cuál será la corriente de carga? c) ¿y si las batería se conectan incorrectamente, ¿cuál sería la corriente?conectan incorrectamente, ¿cuál sería la corriente?

Poniendo en marcha un cochePoniendo en marcha un coche


Reglas de Kirchhoff

1. Dibujar un esquema del circuito

2. Reemplazar cualquier asociación de resistencias por su resistencia equivalente.

3. Elegir arbitrariamente un sentido para la corriente en cada rama

4. Plantear un sistema de ecuaciones, tantas como incógnitas (intensidades de ramas) • Aplicar la regla de los nudos a todos lo nudos menos uno. • Aplicar la regla de las mallas a todas las mallas independientes:

i= Ri Ii

5. Resolver el sistema para calcular las intensidades de cada rama.

6. Calcular el resto de incógnitas

7. Comprobar los resultados haciendo el balance de potenciales

Método general para el análisis de circuitos con múltiples mallasMétodo general para el análisis de circuitos con múltiples mallas


Reglas de Kirchhoff

Aplicación de las reglas de KirchhoffAplicación de las reglas de Kirchhoff

Determinar la corriente en cada parte del circuito de la figura.Determinar la corriente en cada parte del circuito de la figura.

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