CARLOS LEVANO HUAMACCTO

CICLO 2012-II Módulo:IUnidad:IV Semana: 4

FISICA III

CORRIENTE ELECTRICA

ORIENTACIONES

• Revisar el contenido teniendo en cuenta

La referencia bibliográfica propuesta para esta semana.

CONTENIDOS TEMÁTICOS

• Corriente electrica• Cooriente convencional• Fuerza electromotriz• Ley de ohm• Leyes de Kirchhoff

Corriente eléctrica

La corriente eléctrica I es la tasa del flujo de carga Q a través de una sección transversal A en una unidad de tiempo t.

QI

t

QI

t 1C

1 A1 s

1C

1 A1 s

Un Un ampereampere A A es la carga que fluye a la tasa de un es la carga que fluye a la tasa de un coulomb por segundocoulomb por segundo..

Un Un ampereampere A A es la carga que fluye a la tasa de un es la carga que fluye a la tasa de un coulomb por segundocoulomb por segundo..

AA++

--

AlambrAlambree

+Q+Q

tt

Ejemplo 1. La corriente eléctrica en un alambre es de 6 A. ¿Cuántos electrones fluyen a través de un punto dado en un tiempo de 3 s?

I = 6 AI = 6 A;

qI q It

t ;

qI q It

t

qq = (6 A)(3 s) = 18 C = (6 A)(3 s) = 18 C

Recuerde que: 1 eRecuerde que: 1 e-- = 1.6 x 10 = 1.6 x 10-19-19 C, luego convierta: C, luego convierta:

En 3 s: 1.12 x 1020 electrones

Corriente convencional

Imagine un capacitor cargado con Imagine un capacitor cargado con Q = CVQ = CV al que se permite descargarse. al que se permite descargarse.

Flujo de electrones:Flujo de electrones: La dirección La dirección de ede e- - que fluye de – a +. que fluye de – a +.

Corriente convencional:Corriente convencional: El movimiento de El movimiento de +q de + a – tiene el mismo efecto.+q de + a – tiene el mismo efecto.

Los Los campos eléctricoscampos eléctricos y el y el potencialpotencial se definen en se definen en términos de términos de +q+q, así que se supondrá , así que se supondrá corriente corriente convencional convencional (incluso si el flujo de electrones (incluso si el flujo de electrones puede ser el flujo real).puede ser el flujo real).

++

--

+ -Flujo de electrones

+ -+ -

e-

Flujo convencional

+

Fuerza electromotriz

Una Una fuente de fuerza electromotriz (fem)fuente de fuerza electromotriz (fem) es un es un dispositivo que usa energía química, mecánica u dispositivo que usa energía química, mecánica u otra para proporcionar la diferencia de potencial otra para proporcionar la diferencia de potencial necesaria para corriente eléctrica.necesaria para corriente eléctrica.

Líneas de Líneas de transmisióntransmisión

BateríaBatería Generador eólicoGenerador eólico

Analogía de agua para FEM

Presión baja

BombaAgua

Presión alta

VálvulaFlujode agua

Constricción

Fuente de FEM

ResistorPotencial alto

Potencial bajo

Interruptor

E

RI

+ -

La La fuente de femfuente de fem (bomba) proporciona el (bomba) proporciona el voltajevoltaje (presión) para forzar (presión) para forzar electroneselectrones (agua) a través de (agua) a través de una una resistenciaresistencia eléctrica (constricción estrecha). eléctrica (constricción estrecha).

Símbolos de circuito eléctrico

Con frecuencia, los Con frecuencia, los circuitos eléctricos circuitos eléctricos contienen contienen uno o más resistores agrupados y unidos a una uno o más resistores agrupados y unidos a una fuente de energía, como una batería.fuente de energía, como una batería.

Con frecuencia se usan los siguientes símbolos:Con frecuencia se usan los siguientes símbolos:

+ - + -- + - + -

Tierra Batería

-+Resistor

Resistencia eléctrica

Suponga que se aplica una diferencia de potencial constante Suponga que se aplica una diferencia de potencial constante de de 4 V4 V a los extremos de barras geométricamente similares a los extremos de barras geométricamente similares de, por decir, acero, cobre y vidrio.de, por decir, acero, cobre y vidrio.

4 V 4 V 4 V

Acero Cobre Vidrio

Is Ic Ig

La corriente en el vidrio es mucho menor para el acero o el hierro, lo La corriente en el vidrio es mucho menor para el acero o el hierro, lo que sugiere una propiedad de los materiales llamada que sugiere una propiedad de los materiales llamada resistencia resistencia eléctrica R.eléctrica R.

Ley de Ohm

La La ley de Ohmley de Ohm afirma que la corriente afirma que la corriente II a través de un a través de un conductor dado es directamente proporcional a la conductor dado es directamente proporcional a la diferencia de potencial diferencia de potencial VV entre sus puntos extremos. entre sus puntos extremos.

La ley de Ohm permite definir la La ley de Ohm permite definir la resistencia Rresistencia R y escribir las siguientes y escribir las siguientes formas de la ley:formas de la ley:

; ; V V

I V IR RR I

; ; V V

I V IR RR I

VIOhm deLey

Ejemplo 2. Cuando una batería de 3 V se conecta a una luz, se observa una

corriente de 6 mA. ¿Cuál es la resistencia del filamento de la luz?

Fuente de FEM

RI

+ -

V = 3 V6 mA

3.0 V

0.006 A

VR

I

RR = 500 = 500 RR = 500 = 500

La La unidad SIunidad SI para la resistencia para la resistencia eléctrica es el eléctrica es el ohmohm, ,

1 V1

1 A

1 V1

1 A

AmperímetroAmperímetroVoltímetroVoltímetro ReóstatoReóstatoFuente de Fuente de FEMFEM

Reóstato

A

Símbolos de circuito de laboratorio

V fem

-

+

Factores que afectan la resistencia1. La 1. La longitud Llongitud L del material. Los materiales más largos tienen mayor del material. Los materiales más largos tienen mayor

resistencia.resistencia.

1 1

LL

2 2

2L2L

2. 2. El El área Aárea A de sección transversal del material. Las de sección transversal del material. Las áreas más grandes ofrecen áreas más grandes ofrecen MENOSMENOS resistencia. resistencia.

2 2

AA

1 1

2A2A

Factores que afectan R (Cont.)

3. 3. La La temperatura Ttemperatura T del material. Las temperaturas del material. Las temperaturas más altas resultan en resistencias más altas resultan en resistencias más altasmás altas..

4. El tipo del 4. El tipo del materialmaterial. El hierro tiene más resistencia eléctrica que un . El hierro tiene más resistencia eléctrica que un conductor de cobre geométricamente similar.conductor de cobre geométricamente similar.

RRoo

R > RR > Roo

RRii > R > Rcc

CobreCobre HierroHierro

Resistividad de un material

La La resistividad resistividad es una propiedad de un material que determina su resistencia es una propiedad de un material que determina su resistencia eléctrica eléctrica RR..

Al recordar que Al recordar que RR es directamente proporcional a la longitud es directamente proporcional a la longitud LL e e inversamente proporcional al área inversamente proporcional al área AA, se puede escribir:, se puede escribir:

or L RA

RA L

or L RA

RA L

La unidad de resistividad es el La unidad de resistividad es el ohm-metro (ohm-metro (m)

Ejemplo 3. ¿Qué longitud L de alambre de cobre se requiere para producir un resistor

de 4 m? Suponga que el diámetro del alambre es 1 mm y que la resistividad del

cobre es 1.72 x 10-8 .m .2 2(0.001 m)

4 4

DA

AA = 7.85 x 10 = 7.85 x 10-7-7 m m22

LR

A

LR

A

-7 2

-8

(0.004 )(7.85 x 10 m )

1.72 x 10 m

RAL

L = 0.183 mLa longitud requerida es:La longitud requerida es:

Coeficiente de temperatura

Para la mayoría de los materiales, la resistencia Para la mayoría de los materiales, la resistencia RR cambia en proporción a cambia en proporción a la resistencia inicial la resistencia inicial Ro y al cambio en temperatura y al cambio en temperatura tt..

0R R t 0R R t Cambio en Cambio en resistencia:resistencia:

El El coeficiente de temperatura de la resistencia, coeficiente de temperatura de la resistencia, es es el cambio en resistencia por unidad de resistencia el cambio en resistencia por unidad de resistencia por unidad de grado en cambio de temperatura.por unidad de grado en cambio de temperatura.

C1

:es Unidad;0 tRR

Ejemplo 4. La resistencia de un alambre de cobre es 4.00 m a 200C. ¿Cuál será su

resistencia si se calienta a 800C? Suponga que = 0.004 /Co.

0 00 ; (0.004 / C )(4 m )(60 C )R R t R

RRoo = 4.00 m = 4.00 mt = 80t = 80ooC – 20C – 20ooC = 60 CC = 60 Coo

R = 1.03 mR = 1.03 m R = RR = Roo + + RR

R = R = 4.00 m4.00 m + 1.03 mm

R = 5.03 mR = 5.03 m

Potencia eléctrica

La La potencia eléctrica potencia eléctrica P P es la tasa a la que se gasta la es la tasa a la que se gasta la energía eléctrica, o trabajo por unidad de tiempo.energía eléctrica, o trabajo por unidad de tiempo.

V q

V

Para cargar C: Trabajo = qVPara cargar C: Trabajo = qV

Sustituya Sustituya q = It , q = It , entonces:entonces:

VItP

t P = VI

I

tq

It

qVt

TrabajoP e

Cálculo de potencia

Al usar la ley de Ohm, se puede encontrar la Al usar la ley de Ohm, se puede encontrar la potenciapotencia eléctrica a partir de cualquier par de los eléctrica a partir de cualquier par de los siguientes parámetros: siguientes parámetros: corriente corriente II, , voltajevoltaje VV y y resistenciaresistencia RR..

Ley de Ohm: Ley de Ohm: V = IRV = IR

22; ;

VP VI P I R P

R

22; ;

VP VI P I R P

R

Ejemplo 5. Una herramienta se clasifica en 9 A cuando se usa con un circuito que proporciona 120 V. ¿Qué potencia se usa para operar esta

herramienta?P = VI =P = VI = (120 V)(9 A) (120 V)(9 A) P = 1080 WP = 1080 W

Ejemplo 6.Ejemplo 6. Un calentador de 500 W extrae una corriente de 10 A. Un calentador de 500 W extrae una corriente de 10 A. ¿Cuál es la resistencia?¿Cuál es la resistencia?

R = 5.00 R = 5.00 22 2

500 W;

(10 A)

PP I R R

I

Resumen de fórmulas

QI

t

QI

t 1C

1 A1 s

1C

1 A1 s

Corriente eléctrica:

Corriente eléctrica:

; ; V V

I V IR RR I

; ; V V

I V IR RR I

Ley de OhmLey de Ohm

ampere 1 volt1

ohm 1aResistenci

Coeficiente de temperatura de la resistencia:Coeficiente de temperatura de la resistencia:

Resumen (Cont.)

or L RA

RA L

or L RA

RA L

22; ;

VP VI P I R P

R

22; ;

VP VI P I R P

R

0R R t

Resistividad de Resistividad de materiales:materiales:

Resistividad de Resistividad de materiales:materiales:

Potencia eléctrica P:

Potencia eléctrica P:

C1

:s Unidade;0 tRR

CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN SUGERIDAS

GRACIAS