CARLOS LEVANO HUAMACCTO

CICLO 2013-I 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= 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

; q

I q Itt

= =

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

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

( )-

20-19

1e18 C 18 C 1,125 x 10 electrons

1.6 x 10 C

= =

En 3 s: 1.12 x 1020 electrones

Corriente convencional

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

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

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

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

++

--

+ -Flujo de electrones

+ -+ -

e-

Flujo convencional

+

Fuerza electromotriz

Una fuente de fuerza electromotriz (fem) es un dispositivo que usa energía química, mecánica u otra para proporcionar la diferencia de potencial 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 fuente de fem (bomba) proporciona el voltaje (presión) para forzar electrones (agua) a través de una resistencia eléctrica (constricción estrecha).

Símbolos de circuito eléctrico

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

+ - + -- + - + -

Tierra Batería

-+Resistor

Resistencia eléctrica

Suponga que se aplica una diferencia de potencial constante de 4 V a los extremos de barras geométricamente similares 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 que sugiere una propiedad de los materiales llamada resistencia eléctrica R.

Ley de Ohm

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

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

; ; 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 ΩRR = 500 = 500 Ω

La unidad SI para la resistencia eléctrica es el ohm, Ω:

1 V1

1 AΩ =

AmperímetroAmperímetroVoltímetroVoltímetro ReóstatoReóstatoFuente de Fuente de FEMFEM

Reóstato

A

Símbolos de circuito de laboratorio

V fem

-

+

Factores que afectan la resistencia1. La longitud L del material. Los materiales más

largos tienen mayor resistencia.

1 1 Ω

LL

2 2 Ω

2L2L

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

2 2 Ω

AA

1 1 Ω

2A2A

Factores que afectan R (Cont.)

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

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

RRoo

R > RR > Roo

RRii > R > Rcc

CobreCobre HierroHierro

Resistividad de un material

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

Al recordar que R es directamente proporcional a la longitud L e inversamente proporcional al área A, se puede escribir:

or L RA

RA L

ρ ρ= =

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

Ejemplo 3. ¿Qué longitud L de alambre de cobre se requiere para producir un resistor de 4 mΩ? Suponga que el diámetro del alambre es 1 mm y que la resistividad ρ del cobre es 1.72 x 10-8 Ω.m .

2 2(0.001 m)

4 4

DA

π π= = A = 7.85 x 10-7 m2

LR

Aρ=

-7 2

-8

(0.004 )(7.85 x 10 m )

1.72 x 10 m

RAL

ρΩ= =

Ωg

L = 0.183 mLa longitud requerida es:

Coeficiente de temperatura

Para la mayoría de los materiales, la resistencia R cambia en proporción a la resistencia inicial Ro y al cambio en temperatura ∆t.

0R R tα∆ = ∆Cambio en resistencia:

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

°∆∆=

C1

:es Unidad;0 tRRα

Ejemplo 4. La resistencia de un alambre de cobre es 4.00 mΩ a 200C. ¿Cuál será su resistencia si se calienta a 800C? Suponga que α = 0.004 /Co.

0 00 ; (0.004 / C )(4 m )(60 C )R R t Rα∆ = ∆ ∆ = Ω

RRoo = 4.00 m = 4.00 mΩ; ∆Ω; ∆t = 80t = 80ooC – 20C – 20ooC = 60 CC = 60 Coo

∆R = 1.03 mΩ∆R = 1.03 mΩ R = Ro + ∆R

R = 4.00 mΩ + 1.03 mΩ

R = 5.03 mΩR = 5.03 mΩ

Potencia eléctrica

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

V q

V

Para cargar C: Trabajo = qV

Sustituya q = It , entonces:

VItP

t= P = VI

I

tq

ItqV

tTrabajo

P === e

Cálculo de potencia

Al usar la ley de Ohm, se puede encontrar la potencia eléctrica a partir de cualquier par de los siguientes parámetros: corriente I, voltaje V y resistencia R.

Ley de Ohm: V = IR

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

R = 5.00 ΩR = 5.00 Ω22 2

500 W;

(10 A)

PP I R R

I= = =

CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN SUGERIDAS

• Investigar los capacitores en la emisión de las radio frecuencias.

GRACIAS