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Corriente Electrica - Potencia Electrica FISICA I

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Conceptos previos sobre Corriente electrica .Potencial electrico

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ELECTRODINÁMICA

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INTRODUCCION

Es el estudio de los fenómenos físicos producidos por cargas eléctricas en movimiento.

Las cargas eléctricas se mueven debido a la existencia de un campo eléctrico dentro del conductor y por lo tanto debido a la diferencia de potencial entre los extremos del mismo. Esta diferencia de potencial es aplicada por una pila o un generador.

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INTRODUCCION

La mayor parte de las aplicaciones prácticas de la electricidad y con las cuales interactuamos a diario se dan debido a cargas eléctricas en movimiento (corrientes eléctricas).

LUZ

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INTRODUCCION

El tipo de carga eléctrica en movimiento va a depender del medio en el cual se realiza este movimiento.

• En un conductor: electrones de valencia.

• En un electrólito: iones positivos y negativos.

• En un gas: electrones y iones positivos.

• En un semiconductor: electrones y agujeros cargados.

En el curso se analizarán los efectos del movimiento de cargas eléctricas (electrones) en un conductor.

E

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FUENTES DE FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM)Dispositivo eléctrico que permite mantener una diferencia de potencial V entre dos puntos y que es utilizado para hacer circular carga a través de otro dispositivo conectado a sus bornes.

Puede ser una batería o un generador que mantienen una polaridad fija y producen corriente eléctrica en un solo sentido.

FEM de Corriente Continua CC ó DC

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Modelo de la batería o generador que sólo considera la fem de la misma.

Modelo de la batería o generador que considera la fem de la misma y una “resistencia interna”, que representa las pérdidas en forma de calor.

FEM real

FEM ideal

r

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CORRIENTE ELÉCTRICA

Es el desplazamiento de cargas eléctricas (electrones) a través de un conductor, debido a la aplicación de una V aplicada en los extremos.

Se define como la cantidad de carga por unidad de tiempo que pasa a través de una sección transversal del conductor.

E

Intensidad de la Corriente (I)

• Si el flujo de carga es variable:

• Si el flujo de carga es constante:TQ

I

dtdQ

I

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Q:Coulomb

t:Segundo

Unidades (S.I.)

En la práctica se utilizan unidades más pequeñas:

• 1 miliamperio (mA) = 10-3 A

• 1 microamperio (A) = 10-6 A

)(111

AAmperiosegundoCoulomb

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Dirección de la Corriente

Dispositivo eléctrico

electrones

Dispositivo eléctrico

carga positiva

En un circuito cerrado, el sentido convencional de la corriente eléctrica es saliendo por el borne positivo de la fuente e ingresando por el borne negativo de la misma.

SENTIDO REAL SENTIDO POR CONVENCION

I

I

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DENSIDAD DE CORRIENTE (J)Se define como el cociente entre la intensidad de corriente I, y el área o sección transversal A del conductor a través de la cual circula dicha corriente.

AI

J )/( 2mA

I debe ser penpendicular a la sección transversal.

I

Area A

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MODELO DEL MOV. DE LA CARGA ELECTRICA EN CONDUCTORES

E

• Los electrones no se mueven en línea recta sino en zig-zag debido a los continuos choques con los átomos que forman el conductor.

• La velocidad de los electrones entre choques es cercana a la velocidad de la luz, pero su velocidad promedio de avance es pequeña.

A

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MODELO DEL MOV. DE LA CARGA ELECTRICA EN CONDUCTORES

• La velocidad promedio con la que avanzan los electrones se denomina velocidad de deriva o velocidad de arrastre vd.

• Los choques sucesivos elevan la energía vibracional de los átomos, lo que ocasiona el aumento de la temperatura en el conductor (efecto Joule).

• Se cumple que:

AvenI d ...

Donde

n: número de electrones por unidad de volumen (1/m3)

e: carga básica del electrón (Coulomb)

vd: velocidad de deriva (m/s)

A: sección recta del conductor (m3)

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RESISTENCIA

• Se entiende como el grado de oposición (medible) que presenta un conductor al desplazamiento de las cargas eléctricas a través de él.

• La resistencia entre los extremos de un conductor queda definida como la relación entre la diferencia de potencial aplicada al conductor y la corriente que circula a través del mismo.

IV

R

Donde

V: diferencia de potencial o voltaje aplicado en Voltios

I : corriente que circula en Amperios

R: Resistencia en Ohmios ()

OhmioAmperio

voltio1

11

• También se utiliza el KiloOhmio = 1,000 Ohmios

Megaohmio = 1x106 Ohmios

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RESISTIVIDAD ()

• Es la relación entre el campo eléctrico establecido en un conductor y la densidad de corriente obtenida.

JE

También es llamada la resistencia específica del material.

Solamente depende del tipo de material y de la temperatura

Es una característica intrínseca del material y su valor se encuentra en tablas y a una determinada temperatura (generalmente 20 °C).

mOhmiomAmperio

mvoltio.

//

2

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ENFOQUE GEOMETRICO DE LA RESISTENCIA

• La resistencia de una sustancia depende de su geometría asi como de la resistividad de la sustancia.

• Si la sección transversal es uniforme en toda la longitud, entonces la resistencia del material puede ser expresado por:

AL

R L es la longitud del conductor en

metros

A es la sección transversal en m2

es la resistividad en Ohmios.metro

CONDUCTIVIDAD ()

• Es la inversa del valor de la resistividad

1

LA

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VARIACION DE LA RESISTIVIDAD CON LA TEMPERATURA

• Dentro de ciertos límites, varía linelamente con la temperatura de acuerdo a la siguiente expresión.

)(1 oo TT

Es el valor de la resistividad a la temperatura final T (°C)

o Es el valor de la resistividad a la temperatura inicial o de referencia To (°C)

Es el coeficiente de temperatura de la resistividad (1/°C) y su valor se da en tablas.

)(1 oo TTRR

• Como la resistencia esta relacionada con la resistividad, la variación de la resistencia con la temperatura puede escribirse como:

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MATERIAL (Ohmio.m) a 20°C (1/°C)

Plata 1,59x10-8 3,8x10-3

Cobre 1,7x10-8 3,9x10-3

Oro 2,44x10-8 3,4x10-3

Aluminio 2,82x10-8 3,9x10-3

Tungsteno 5,6x10-8 4,5x10-3

Hierro 10x10-8 5,0x10-3

Plomo 22x10-8 3,9x10-3

Nicromo 1,50x10-6 0,4x10-3

Vidrio 10x1014

RESISTIVIDADES Y COEFICIENTES DE TEMPERATURA PARA VARIOS MATERIALES

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LEY DE OHM

• Establece que toda corriente eléctrica I que circula por un elemento resistivo R produce en los terminales de dicha resistencia una diferencia de potencial V.

RIV .1V

1R 2R

2VI

• Si la resistencia R permanece constante para cualquier valor de I , entonces se dice que el material es OHMICO.

• La ecuación V=I.R es una recta para los materiales ohmicos.

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POTENCIA Y ENERGÍA ELÉCTRICA

• Si una diferencia de potencial V se mantiene entre los extremos de una resistencia, la potencia o rapidez a la cual la energía eléctrica es transformada en la resistencia está dada por:

IVP .

• Como la diferencia de potencial a través de la resistencia está dada por V=I.R, la potencia disipada se puede expresar por:

RV

RIP2

2.

VR

I

• 1 Voltiox1 Amperio= 1 vatio (w)

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POTENCIA Y ENERGÍA ELÉCTRICA

• La energía eléctrica es el producto de la potencia del dispositivo eléctrico por el tiempo de uso. Se puede expresar en Joules o en kWH

tPW .

• Si P esta en vatios y t en segundos, entonces la energía queda expresada en joules.

• Si P está en Kilovatios (kW) y el tiempo en horas (H), entonces la energía queda expresada en kWH