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FISICA II
CORRIENTE ELECTRICA I
PARTE.
*LEY DE OHM
*POTENCIAL ELECTRICO
*LEY DE KIRCHHOFF, MALLAS Y NODOS.
1. CORRIENTE CONTINUA
1.1 CORRIENTE ELECTRICA
1.2 EFECTOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA
1.3 CONDUCTIVIDAD ELECTRICA
1.4 AMPERIMETROS Y VOLTIMETROS
1.5 LA LEY DE OHM. RESISTENCIAS ELECTRICAS
1.6 LA FUERZA ELECTROMOTRIZ, POTENCIA ELECTRICAS
1.7 CIRCUITOS ELECTRICOS, LEY DE KIRCHHOFF.
1.1 CORRIENTE ELECTRICA
CORRIENTE ELECTRICA ES:
El movimiento ordenado y permanente de las partículas cargadas en un conductor,
Bajo la influencia de un campo eléctrico.
Efectos de la Corriente Eléctrica.
1. Efecto térmico
2. Efecto químico
3. Efecto magnético
4. Efecto lumínico
1.3 CONDUCTIVIDAD ELECTRICA
INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA . Amper (A):
Es la cantidad de carga coulomb (C) que pasa por una sección
Del conductor en una unidad de tiempo segundo (s).
I (A) =
RESISTENCIA ELECTRICA . OHM
Es la oposición que ofrece un conductor a la circulación de
Corriente eléctrica a través de el.
RESISTIVIDAD.
V (voltios)
La resistencia (R) del conductor R
=
Es directamente proporcional
I (ampere)
A la longitud (L).
La resistencia (R) del conductor
Es inversamente proporcional
Al area(A).
R
= ρ(Ohm*m)
L (metro)
A (m2)
q (C)
t (s)
1.4 AMPERIMETROS Y VOLTIMETROS
El amperímetro
El voltímetros
1.4 AMPERIMETROS Y VOLTIMETROS
Multimetros de pinza
Multimetros digital.
1.5 LA LEY DE OHM.
RESISTENCIAS ELECTRICAS
La resistencia de un conductor Es
proporcional a la diferencia de Potencial
aplicada
en
sus
extremos
E
inversamente
proporcional
a
la
Intensidad de corriente que por el
Circula.
V (voltios)
R =
I (ampere)
La diferencia de potencial en los
extremos un conductor metálico a
temperatura constante es directamente
proporcional a la intensidad de la
corriente que circula por dicho
conductor.
RESISTENCIAS ELECTRICAS
LAS RESISTENCIAS Y SU NOMENCLATURA.
1.6 LA FUERZA ELECTROMOTRIZ,
POTENCIA ELECTRICAS
LA FUERZA ELECTROMOTRIZ ES:
Es el trabajo o energía que debe realizar
un generador para trasladar la unidad
de carga a través de todo el circuito.
E (voltios)
=
w (watt)
q(c)
En un circuito completo, la fuerza
electromotriz
del
generador
es
directamente
proporcional
a
la
intensidad de la corriente del circuito,
multiplicada por la resistencia total.
E (voltios)
=
I (ampere) Rt (ohm)
La fuerza electromotriz de un
generador es igual a la suma de las
diferencias de potencial externa e
interna
E (voltios)
=
Ve + Vi
el flujo de corriente siempre se produce
cuando el movimiento de electrones se
realiza en una sola dirección, desde una
carga negativa a una carga positiva. Para ello,
es necesario que exista una diferencia de
potencial entre ambos puntos, es decir, un
exceso de electrones en un punto
(negativo) y un defecto de electrones en el
otro (positivo).
POTENCIA ELECTRICAS
Definición:
Se le llama potencia eléctrica al
trabajo que debe realizar
sobre una carga por unidad de
tiempo.
Efecto Joule
Consiste en el proceso de
transformación de energía
eléctrica en energía térmica
en una resistencia atravesada
por una corriente.
Q (calorías)=
0,24.I2 (ampere). Rt (ohm)
Q (Joule)= I2 (ampere). Rt (ohm)
Unidades
1 vatios= 1voltio. 1 ampere
Ecuaciones
P (vatios) = w (watt)
t(s)
P (vatios) =
I (ampere).V (voltios)
P (vatios) = I2 (ampere). R (ohm)
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1.7 CIRCUITOS ELECTRICOS,
LEY DE KIRCHHOFF.
DEFINICION:
Es el conjunto de elementos
indispensables para establecer y
mantener una corriente eléctrica con
su correspondiente utilización.
ELEMENTO DE UN CIRCUITO ELECTRICO.
Consta de: el Generador, los Receptores, los
Conductores y Elementos de maniobra.
TU ACTITUD DETERMINA TU ALTITUD
TEXTO: NUMEROS 13;14
A). ). Actitud ante la adversidad (Números 13:30-31)
”Caleb hizo callar al pueblo ante Moisés, y dijo: Subamos a conquistar esa
tierra.
Estoy
seguro
de
que
podremos
hacerlo.
Pero los que habían ido con él respondieron: No podremos combatir contra
esa gente. ¡Son más fuertes que nosotros!”
B). Actitud frente a la oportunidad (Números 14:3)
“¿Para qué nos ha traído el Señor a esta tierra? ¿Para morir
atravesados por la espada, y que nuestras esposas y nuestros niños
se conviertan en botín de guerra? ¿No sería mejor que volviéramos a
Egipto?”
C). Solo una actitud correcta hace la diferencia. (NUMEROS 14:24)
“En cambio, a mi siervo Caleb, que ha mostrado una actitud diferente
y me ha sido fiel, le daré posesión de la tierra que exploró, y su
descendencia la heredará.”
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1.7 CIRCUITOS ELECTRICOS,
LEY DE KIRCHHOFF.
DEFINICION:
Es el conjunto de elementos
indispensables para establecer y
mantener una corriente eléctrica con
su correspondiente utilización.
ELEMENTO DE UN CIRCUITO ELECTRICO.
Consta de: el Generador, los Receptores, los
Conductores y Elementos de maniobra.
1.7 CIRCUITOS ELECTRICOS
ECUACIONES:
I = I1= I2=In…..
V = V1+ V2+Vn…..
R = R1+ R2+Rn…..
ECUACIONES:
I = I1+ I2+In…..
V = V1= V2=Vn…..
1
1
1
1
=
+
+
Rt
R1
R2
Rn
LEY DE KIRCHHOFF.
Las leyes (o Lemas) de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav Robert Kirchhoff
en 1845, mientras aún era estudiante, estas son la Ley de los nodos o ley de
corrientes y la Ley de las "mallas" o ley de tensiones. Son muy utilizadas en
ingeniería eléctrica para obtener los valores de intensidad de corriente y potencial
en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen de la aplicación de la ley de
conservación de la energía.
1ª Ley de Kirchhoff o ley de mallas
A lo largo de una malla, la suma de fuerzas electromotrices
es igual a la suma de las
diferencias de potencial producidas en las resistencias.
Obsérvese que esta ley no es sino la ley de Ohm
generalizada.
Σ V = Σ (I. R)
2ª Ley de Kirchhoff o ley de nudos
En un nudo, la suma de las corrientes
que entran es igual a las de que salen, o
bien, la
suma algebraica de corrientes en un
nudo es nula.
ΣI entran = Σ I salen
A la malla I:
- 3 + 5 = I1 x 1 + I1 x 2 + I1 x 5 - I3 x 3
2 = I1 x 8 - I3 x 3 (ecuación 1)
A la malla II: (observa que al no haber generadores Σ V = 0)
0 = I2 x 2 + I2 x 4 + I2 x 1 + I3 x 3
0 = I2 x 7 + I3 x 3 (ecuación 2)
Aplicamos la 2ª ley de Kirchoff a uno de los dos nudos:
ΣI entran = Σ I salen
Por ejemplo al nudo B:
I1 + I3 = I2 (ecuación 3)
Resolviendo el sistema formado por las tres ecuaciones llegamos a la solución:
I1=20/101=0,198A.
I2=6/101=0,0594A.
I3 = -14/101 = - 0,138 A.
El signo negativo de I3 quiere decir que, en realidad, dicha corriente tiene sentido
contrario al que hemos supuesto y dibujado en nuestra figura
EJERCICIOS RESUELTOS.
Análisis de circuitos por el método de las mallas.
1) Asignar una corriente de malla a
cada trayectoria cerrada independiente
en el sentido de las manecillas del reloj
EJEMPLO: A la malla I:
V=
IXR
- 3 + 5 = I1 x 1 + I1 x 2 + I1 x 5 - I3 x 3
2 = I1 x 8 - I3 x 3 (ecuación 1)
A la malla II: (observa que al no haber generadores
Σ V = 0)
0 = I2 x 2 + I2 x 4 + I2 x 1 + I3 x 3
0 = I2 x 7 + I3 x 3 (ecuación 2)
2) El número de ecuaciones necesarias
es igual al número de trayectorias
cerradas independientes escogidas. La
columna 1 de cada ecuación se forma
sumando los valores de resistencia de
los resistores por los que pasa la
corriente de malla que interesa y
multiplicando el resultado por esa
corriente de malla.
EJERCICIOS RESUELTOS.
Análisis de circuitos por el método de las mallas.
3. Debemos considerar los términos
mutuos, se restan siempre de la primera
columna. Es posible tener más de un
término mutuo si la corriente de malla que
interesa tiene un elemento en común con
más de otra corriente de malla. Cada
término es el producto del resistor mutuo y
la otra corriente de malla que pasa por el
mismo elemento.
A la malla I:
- 3 + 5 = I1 x 1 + I1 x 2 + I1 x 5 - I3 x 3
2 = I1 x 8 - I3 x 3 (ecuación 1)
A la malla II: (observa que al no haber
generadores Σ V = 0)
0 = I2 x 2 + I2 x 4 + I2 x 1 + I3 x 3
0 = I2 x 7 + I3 x 3 (ecuación 2)
4. La columna situada a la derecha del signo
igual es la suma algebraica de las fuentes de
tensión por las que pasa la corriente de
malla que interesa. Se asignan signos
positivos a las fuentes de fuerza
electromotriz que tienen una polaridad tal
que la corriente de malla pase de la terminal
negativa a la positiva. Se atribuye un signo
negativo a los potenciales para los que la
polaridad es inversa.
EJERCICIOS RESUELTOS.
Análisis de circuitos por el método de las mallas.
Aplicamos la 2ª ley de Kirchoff a uno de
los dos nudos:
ΣI entran = Σ I salen
Por ejemplo al nudo B:
I1 + I3 = I2 (ecuación 3)
SISTEMA ECUACIONES
2 = I1 x 8 - I3 x 3 (ecuación 1)
0 = I2 x 7 + I3 x 3 (ecuación 2)
I1 + I3 = I2 (ecuación 3)
Resolviendo el sistema formado por
El signo negativo de I3 quiere decir que, las tres ecuaciones llegamos a la
en realidad, dicha corriente tiene sentido solución:
contrario al que hemos supuesto y I1=20/101=0,198A.
I2=6/101=0,0594A.
dibujado en nuestra figura
I3 = -14/101 = - 0,138 A.
EJERCICIOS RESUELTOS.
PROBLEMAS DE RESISTIVIDAD
1) Calcular la cantidad de calor que desprende un conductor de resistividad
1,5x10-8 ohm.m de 60 m de longitud y sección transversal 1,5mm2 cuando
esta sometido a una diferencia de potencial de 120V durante ¼.de hora.
La cantidad de calor Q viene dada por la ecuación: Q (calorías)=
La resistencia la calculamos por medio de la ec. 02
De donde obtenemos que R= 0,6 ohm
R
La intensidad I la obtenemos por la ley de ohm ec.03
Sustituyendo los valores eso es: I= 200A
Por lo tanto sustituyendo en la ec. 01
Q (calorías)= 0,24.(200)2 (ampere). (0.6) (ohm)x 900s
Da como resultado:
Q=5184kcal
0,24.I2 (ampere). R.t (ohm) (1)
= ρ(Ohm*m)
R
=
L (metro)
A (m2)
V (voltios)
(2)
(3)
I (ampere)
Se utiliza el tiempo por la unidad
de energía que implica el joule.
De no conocerse el tiempo se
asume la unidad cal/s
EJERCICIOS RESUELTOS.
POTENCIA ELECTRICA Y LEY DE OHM
2) Las indicaciones de una plancha son 500W y 250V. Calcular con esos datos
a)la resistencia eléctrica, b) la intensidad de corriente al instalarla en una red
220V c) la potencia que consume en una red de 220V., d) los kw-h tomados a
la red durante un mes (30) días si la plancha funciona por términos medios
de 4 horas diarias.
Resultado : a) 125 ohm; b) 1,76 A ; c) 387,2 W; d) 46,5 kw-h
Respuesta (a): P
IR = 2 A
R= 125 ohm
(vatios) =
I (ampere).V (voltios)
(500)(vatios) = I (ampere).
(250)(voltios)
P (vatios) = I2 (ampere). R (ohm)
Respuesta (b):
R
=
V (voltios)
125ohm =
I (ampere)
Ic = 1,76 A Respuesta (c): P (vatios) = I (ampere).V (voltios)
P = 387,2w Respuesta (d):
500W= (2 A)2 . R (ohm)
220 v
I (ampere)
P= 1,76 A . 220V
Total de hr= 30x4= 120 hr
Total de potencia consumida= 387,2x120= 46464w-h
P = 46,5 kw-h
EJERCICIOS PROPUESTOS
1) En los extremos de una resistencia de 10 ohm se establece una diferencia
de potencial de 30 V. calcular : a) la intensidad de corriente en la resistencia
b) calor desprendido en cada minuto c) la potencia eléctrica que se
suministra a la resistencia. R: a) 3 A b) 1296 Cal c) 90 W
2) Un horno eléctrico esta conectado a una diferencia de potencial de 110 v,
desprendiendo en 120s 5800 calorías, calcular el area que debe tener el
alambre que constituye su resistencia, de resistividad 5x10-6 y longitud 2m.
R: 0,16mm2
3) Un calentador posee una resistencia de 15 ohm y cuando se enciende
durante 2 minutos consume 28 Kilocalorías. Calcular la diferencia de
potencial a la que esta sometido y la energía en KW-h que consume en 4
horas. R: 120,8V ; 3,89KW-h
EJERCICIOS PROPUESTOS
1) Rellene el siguiente cuadro con el voltaje, la corriente y
la potencia eléctrica disipada por cada resistor.
SOLUCION.
R1
R2
R3
R4
Voltaje(V)
50
50
50
50
Corriente(mA)
1000
50
16,67
4,995
Potencia(W)
50
2,5
0,8335
0,24975
EJERCICIOS PROPUESTOS
2) Rellene el siguiente cuadro con el voltaje, la corriente y
la potencia eléctrica disipada por cada resistor:
R1
R2
R3
Voltaje(V)
16
16
48
Corriente(A)
1.333
2.667
4.000
Potencia(KW)
0,021328
0,042672
0,192
SOLUCION
EJERCICIOS PROPUESTOS
3) Determine la corriente, el voltaje y la potencia que consume cada
resistor en la red mostrada:
R1
R2
R3
Voltaje(V)
0.250
2.250
9.750
Corriente (mA)
62.50
750
812.5
Potencia(W)
0,015625
1,6875
7,921875
4) Rellene el siguiente cuadro con el voltaje, la corriente y la potencia eléctrica
disipada por cada resistor:
I
V (A) P
(W)
2,306
R1
R2
R3
0,48
0,138
R4
R5
0,32
R6
R7
R8
15