Download electricidad fisica2

Electricidad: carga y corriente eléctrica
Hacia el año 600 antes de Cristo (a.C.), el filósofo griego Tales
de Mileto descubrió que una barra de ámbar frotada con un paño
atraía objetos pequeños, como trocitos de papel. Llamó
electricidad a la propiedad adquirida por la barra, porque ámbar
en griego se dice elektron.
El fenómeno se observa también en muchos otros materiales,
como plástico o vidrio, y modernamente se llama carga eléctrica
a la propiedad que adquieren al frotarlos. La corriente eléctrica
que utilizamos diariamente consta de cargas eléctricas en
movimiento, que se producen en formas más eficientes que
frotando cuerpos.
Carga eléctrica
La carga eléctrica es una magnitud física característica de los
fenómenos eléctricos. La carga eléctrica es una propiedad de los
cuerpos. Cualquier trozo de materia puede adquirir carga
eléctrica.
Ámbar: Elecktron, en griego.
La electricidad estática es una carga eléctrica que se mantiene en estado estacionario (en reposo) sobre un objeto,
causada por la pérdida o ganancia de electrones.
Todo cuerpo se compone de átomos, cada uno de los cuales posee
igual número de electrones y protones.
Los electrones poseen una carga negativa, y los protones una
carga positiva. Estas cargas se contrarrestan unas a otras, para
que el objeto resulte neutro (no cargado).
Pero al frotar, por ejemplo, un peine o peineta sobre un chaleco los
electrones saltan del chaleco al peine y éste se carga de
electricidad estática.
El peine pasa a tener más electrones que protones y se carga
negativamente, mientras que el chaleco con más protones que
electrones, se carga positivamente.
Por lo tanto, se pueden definir dos tipos de cargas eléctricas:
1.- Carga positiva: Corresponde a la carga del protón.
2.- Carga negativa: Corresponde a la carga del electrón.
Las cargas eléctricas no se crean al frotar un cuerpo, sino que se
trasladan.
Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen.
Igual signo: se repelen
Distinto signo: se atraen
En todos los fenómenos eléctricos que se originan en el interior de un sistema aislado, vale la ley de conservación de
cargas , según la cual la suma de las cargas eléctricas positivas menos la de las cargas negativas se mantiene
constante.
La unidad con que se mide la carga eléctrica es el coulomb (C), en honor a Charles Coulomb, y que corresponde a lo
siguiente:
1 Coulomb = 6,25x1018 electrones. Por lo que la carga del electrón es de 1,6x10-19 C.
Para lograr que un cuerpo quede cargado eléctricamente requerimos que haya en él un exceso de uno de los dos tipos de
carga (+ o – ), lo cual podemos lograr haciendo uso de diferentes procesos, como el frotamiento (ya visto en el ejemplo
del peine), el contacto y la inducción.
Ver: PSU: Física,
Pregunta 07_2005(1)
Pregunta 09_2005(1)
Pregunta 10_2005(1)
Pregunta 01_2005(2)
Ver: Interacción de cargas eléctricas
Electrización por contacto
Un segundo método de carga es por contacto, el cual requiere "contacto" físico para que ocurra transferencia de
electrones además de la existencia de un cuerpo previamente cargado. No es muy eficiente, ya que por sucesivos toques
al final la carga se va "terminando". Tiene como característica fundamental que el cuerpo adquiere el mismo signo del
cuerpo que está inicialmente cargado.
Electrización por inducción
Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado
(en la figura de abajo el tubo con carga negativa) a un cuerpo neutro (la esfera colgante), se establece una interacción
eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.
Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del
cuerpo electrizado se acercan a éste.
En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas
zonas está cargado positivamente y en otras negativamente.
Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con
signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.
Ver: PSU: Física; Pregunta 01_2005(2)
Conductores y aisladores
El fenómeno de la electrización consiste, como ya vimos, en una pérdida o ganancia de electrones. Para que se
produzca, los electrones han de tener movilidad.
Existen algunos materiales, como los metales, que tienen la propiedad de permitir el
movimiento de cargas eléctricas, y por ello reciben el nombre de conductores eléctricos. En
cambio, hay otros, como el vidrio, el plástico, la seda, etc., que impiden el movimiento de
cargas eléctricas a través de ellos, y por esto reciben el nombre de aisladores o aislantes
eléctricos.
No podemos olvidar que ningún conductor es ciento por ciento conductor ni que tampoco un
material aislante es ciento por ciento aislante. De alguna manera, todos los materiales
conductores impiden cierta movilidad de cargas y, por otra parte, todos los materiales aislantes
permiten algo de movilidad de cargas.
Electroscopio
Electroscopio
El electroscopio es un aparato que permite averiguar si un cuerpo está eléctricamente cargado o no lo está. Se compone
de una botella de vidrio, un tapón de goma por cuyo centro pasa una varilla metálica que tiene, en uno de sus extremos,
una pelotilla metálica y, en el otro, dos laminillas de oro o platino que, al cargarse, por contacto o por inducción, se
repelen (se separan).
Corriente eléctrica
Diferencia de potencial
Las cargas eléctricas en movimiento en un conductor constituyen una
corriente eléctrica.
La corriente eléctrica es producida por una diferencia de potencial entre dos puntos. Se produce una diferencia de
potencial entre dos puntos cuando éstos tienen cargas de diferente signo.
¿Cómo se produce la corriente?
Todos los cuerpos existentes en la naturaleza están eléctricamente neutros mientras no se rompa el equilibrio que existe
entre el número de electrones y de protones que poseen sus átomos.
Los cuerpos en la naturaleza tienden a estar neutros; es decir, tienden a descargarse. Cuando un conductor C une dos
cuerpos A y B, el cuerpo A con exceso de electrones y el cuerpo B con déficit de electrones, los electrones se distribuyen
uniformemente entre ambos cuerpos. El movimiento de los electrones a través de C se conoce como corriente
eléctrica.
La fuerza que impulsa a los electrones a moverse se debe a la diferencia de potencial o tensión (V) que existe entre A y
B. Si la tensión es muy alta, los electrones pueden pasar de un cuerpo al otro a través del aire, por ejemplo, el rayo. En
cambio, si la tensión es baja, los electrones necesitan ciertos materiales, llamados conductores, para pasar de un cuerpo
a otro.
Los conductores más importantes son los metales. La Tierra es un inmenso conductor que, debido a que tiene tantos
átomos, puede ganar o perder electrones sin electrizarse. Por esto, si un cuerpo electrizado se conecta a tierra, se
produce una corriente eléctrica, hasta que el cuerpo se descarga.
Un cuerpo neutro tiene potencial eléctrico nulo.
Un cuerpo con carga positiva (déficit de electrones) tiene potencial positivo.
Un cuerpo con carga negativa (exceso de electrones) tiene potencial negativo.
En otros términos, la corriente eléctrica se define como un flujo de electrones.
Existen dos tipos de corriente: la corriente alterna y la corriente continua.
a) Corriente continua: Abreviado como DC, es aquella en la cual las cargas se mueven en una sola dirección. Las pilas y
baterías producen este tipo de corriente.
b) Corriente alterna: Abreviada AC, es aquella en la cual las cargas fluyen en una dirección y luego en dirección
opuesta. Su polaridad cambia de forma cíclica en el circuito. Las veces (ciclos) o “frecuencia” en que cambia por segundo
se mide en hertz (Hz).
En un circuito los electrones circulan desde el polo negativo al polo positivo, este es el sentido de la corriente, la que
recibe el nombre de corriente real. Pero los técnicos usan una corriente convencional, donde el sentido del movimiento es
el contrario de la corriente real, es decir, el sentido es del polo positivo al polo negativo.
Diferencia de potencial
La diferencia de potencial (o tensión) entre dos puntos es la energía que hay que dar a una carga positiva para
desplazarla desde un punto al otro. La unidad de medida es el voltio (V).
Del mismo modo que se necesita una presión para que circule agua por una tubería, se necesita tensión (fuerza) para que
circule la corriente eléctrica por un conductor.
El instrumento para medir la diferencia de potencial, tensión o voltaje es el voltímetro. Este se conecta en paralelo en el
circuito a medir.
La intensidad de corriente
Es la cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor por unidad de tiempo. Su unidad es el amperio (A).
Corresponde al paso de un coulomb de carga cada segundo.
El instrumento que mide la intensidad es el amperímetro. Se conecta en serie en el circuito a medir.
Resistencia
Los electrones, al moverse a través de un conductor, deben vencer una resistencia; en los conductores metálicos, esta
resistencia proviene de las colisiones entre los electrones. La resistencia eléctrica de un conductor se define como la
oposición que presenta un conductor al paso de la corriente a través de él.
La unidad de resistencia es el ohmio (W o Ω): resistencia que ofrece un conductor cuando por él circula un amperio y
entre sus extremos hay una diferencia de potencial de un voltio.
La resistencia eléctrica de un conductor depende de su naturaleza, de su longitud y de su sección.
A mayor longitud, mayor resistencia. A mayor sección, menos resistencia.
R = ρ • L/S
ρ es una constante que depende del material, llamada resistividad.
Ver: Cálculo de la resistencia eléctrica según tipo y forma del conductor
Ley de Ohm
La diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor es directamente proporcional a la intensidad que circula por
él. La relación entre estos factores constituye una ley fundamental.
V=I•R
Elementos de un circuito
Un circuito eléctrico es el camino o ruta por donde pasa la corriente eléctrica. Para esto necesitamos un conjunto de
elementos conductores conectados para transmitir la electricidad.




El generador o fuente de energía para mover las cargas eléctricas.
La resistencia o material que dificulta o permite el paso de la corriente.
Los cables de conexión entre la fuente y los aparatos eléctricos
El interruptor o punto de control de corriente: cerrado o abierto.
Ejemplo:
Circuito en serie
Tiene sólo un camino de recorrido para la corriente. Si más de un componente es conectado en este circuito toda la
corriente fluirá a través de dicho camino.
Las ampolletitas del árbol de Pascua están conectadas en serie, si tú sacas una de ellas (o si se quema) se apagan todas
porque el circuito queda interrumpido.
Las características de las resistencias conectadas en serie son:
a) por cada resistencia circula la misma corriente
I = I1 = I 2 = I3
Ver: PSU: Física, Pregunta 04_2005Física
b) la tensión de la fuente es igual a la suma de las tensiones de cada una de las resistencias
V = V1 + V2 + V3
c) la resistencia equivalente a todas ellas es igual a la suma de cada resistencia
R = R1 + R2 + R3
Circuito en paralelo
Este circuito tiene más de un camino para que la corriente circule.
Las ampolletas de la mesa del comedor están conectadas en paralelo, si se quema una de ellas no se apagan las otras
porque cada una está conectado en forma independiente a la fuente de corriente
Las características de las resistencias conectadas en paralelo son:
a) la corriente que produce la fuente es igual a la suma de la corriente que circula por cada resistencia
I = I1 + I 2 + I3
b) la tensión de la fuente es igual a la tensión de cada una de las resistencias
V = V1 = V2 = V3
c) la resistencia equivalente a todas ellas es igual a la suma del inverso de cada resistencia
Ver. además: Circuitos eléctricos
Ver: Potencia eléctrica y resistencia electrica
(Ir a Magnetismo y fuerza magnética)
Es propiedad: www.profesorenlinea.cl
Subir
UNIVERSIDAD VALLE DE MEXICO
TEMAS SELECTOS DE FISICA II
LEY DE OHM
Ejercicio No. 4
Nombre:__________________________________________________Grado:_____ Grupo:______
Fecha:_______________________
Resistencia eléctrica:
Todos los materiales presentan cierta oposición al flujo de electrones o corriente eléctrica, pero unos
obstruyen la circulación mas que otros. Esto se debe a que en los átomos de algunos materiales los
electrones externos son cedidos con relativa facilidad, disminuyendo la resistencia al paso de la corriente.
Por definición, la resistencia eléctrica es la oposición que presenta un conductor al paso de la corriente o
flujo de electrones.
La unidad empleada para medir la resistencia eléctrica es el ohm en honor al físico alemán George Simon
Ohm por la publicación de un trabajo sobre la corriente eléctrica ῼ
LEY DE OHM
George Simon Ohm(1787-1854), físico y profesor alemán, utilizo en sus experimentos instrumentos de
medición bastante confiable y observó que si aumenta la diferencia de potencia en un circuito, mayor es la
intensidad de la corriente eléctrica; también comprobó que al incrementar la resistencia del conductor,
disminuye la intensidad de la corriente eléctrica. Con base en sus observaciones, en 1827 enunció la
siguiente ley que lleva su nombre:
la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en un circuito es directamente
proporcional a la diferencia de potencial aplicado a sus extremos e inversamente proporcional a la
resistencia del conductor .
Se expresa de la siguiente manera
I
V
R
V= Diferencia de potencial aplicado a los extremos del
conductor en volts (V)
R= Resistencia del conductor en ohm ῼ
I= Intensidad de la corriente que circula por el conductor en
(A)
Ejercicios:
1.- Determinar la intensidad de la corriente eléctrica a través
de una resistencia de 30 ῼ al aplicarle una diferencia de
potencial de 120 V:
Solución:
Datos:
Formula:
sustitución y resultado:
2.- Un tostador eléctrico tiene una resistencia de 45 ῼ cuando está caliente. ¿Cuál será la intensidad de la
corriente que fluirá al conectarlo a una línea de 120 V
Solución:
Datos:
Formula:
sustitución y resultado:
3.-Un alambre conductor deja pasar 9 A al aplicarle una diferencia de potencial de 110 V ¿Cuál es el valor
de su resistencia?
Solución:
Datos:
Formula:
sustitución y resultado:
4.-Calcular la diferencia de potencial aplicada a una resistencia de 35 ῼ si por ella fluye 5 A
Solución:
Datos:
Formula:
sustitución y resultado:
UNIVERSIDAD VALLE DE MEXICO
FISICA II
Características de los circuitos con
resistencia colocadas en serie
Ejercicio No. 2
Nombre:__________________________________________________Grado:_____ Grupo:______
Fecha:_______________________
Circuito eléctrico: Es un sistema en el cual la corriente fluye por un conductor en una trayectoria completa
debido a una diferencia de potencial. Un foco conectado a una pila por medio de un conductor es un ejemplo
de un circuito eléctrico básico.
Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serie, en paralelo
o en forma mixta. Cuando un circuito se conecta en serie, los
elementos se conectan uno después del otro, por lo que la corriente
tiene una sola trayectoria. El circuito se interrumpe totalmente si se
abre en cualquier punto. Esta característica se aprovecha para
proteger y controlar sistemas eléctricos los interruptores y los fusible
se conectan en serie.
En un circuito en serie los electrones tienen un sola trayectoria, ya que existe la misma cantidad de corriente
en todos los elementos del circuito.
La diferencia de potencia o voltaje total aplicado a un circuito en serie en cualquiera de sus elementos tiene
V  IR
un valor igual al producto de su intensidad de corriente por su resistencia:
En un circuito en serie, la suma de la caída de voltaje de cada elemento es igual al voltaje total aplicado. (ley
de voltaje de Kirchhoff.
Circuito con tres resistencias conectadas en serie con una fuente de voltaje de 12 V, la suma de todas las
caídas de voltaje en cada resistencia del circuito será de 12 V. la suma de todas las caídas de cada resistencia
deberá tener el mismo valor que el de la fuente de voltaje.
La resistencia total o equivalente de un circuito en serie es
igual a la suma de todas sus resistencia.
Concepto de pila y conexión de pilas en serie y paralelo. Una pila es un dispositivo que transforma la
energía química en energía eléctrica. Una batería es un agrupamiento de dos o más pilas unidas en serie o en
paralelo.
Ejercicios:
1.- Dos focos, uno de 30 ῼ y otro de 60 ῼ, se conectan en serie con una diferencia de potencial de 120 V
a) Representa el circuito eléctrico
b) calcular la intensidad de la corriente que circula por el circuito
c) determinar la caída de voltaje o de tensión en cada resistencia
Solución:
2.-Una serie formada por 12 focos de navidad con una resistencia de 20 ῼ cada uno, se conecta a un voltaje
de 120 V. calcular:
a) ¿Cuál es el valor de la resistencia equivalente?
b) ¿Cuál es la intensidad de la corriente que circula por cada resistencia?
c) ¿Qué valor tendrá la caída de tensión o caída de voltaje en cada uno de los focos?
Solución:
UNIVERSIDAD VALLE DE MEXICO
FISICA II
Características de los circuitos con
resistencia colocadas en paralelo
Ejercicio No.4
Nombre:__________________________________________________Grado:_____ Grupo:______
Fecha:_______________________
Circuito en paralelo:
En un circuito en paralelo los elementos operan en forma independiente. Por ello, si uno de los ramales se
desconecta o abre, los restantes continuarán funcionando
En un circuito en paralelo en todos los ramales tienen el mismo voltaje. Sin embargo, la corriente total se
distribuye entre los tres por lo tanto queda:
V
I
R
Si el valor de la resistencia es pequeño, el de la intensidad de corriente sera grande. Por ello, cuando todas
las resistencias conectadas en paralelo tiene la misma caída de voltaje, podrán tener o no la misma
intensidad de corriente dependiendo del valor de su resistencia. En la instalación eléctrica de tu casa,
todos los focos y aparatos están conectados en paralelo, pues requieren del mismo voltaje para funcionar
y de valores distintos de intensidad de corriente
La corriente total que se suministra a un circuito en paralelo es igual a la suma de la corriente en cada
ramal
Por tal razón se funden los fusibles de nuestras casa cuando
conectamos al mismo tiempo muchos aparatos, como la lavadora, el
televisor, la plancha, el modular y encendemos los focos de toda la
casa, pues la gran cantidad de dispositivos eléctricos requiere mayor
corriente eléctrica de tal manera que la corriente total alcanza un
valor superior a la capacidad o amperaje nominal del fusible, y para
evitar que la instalación se queme por estar sobrecargada, el fusible
se funde e interrumpe inmediatamente el suministro de energía
eléctrica debido a que esta componente esta colectada en serie con
la toma general de corriente.
V= 6V
Cuando la resistencia se conecta en paralelo, sus terminales se unen en dos extremos comunes que se
conectan a la fuente de energía o voltaje, en esta conexión, la corriente eléctrica se divide en cada uno de
los ramales . Por tanto la corriente total que se suministra a un circuito en paralelo es igual a la suma de
las corrientes en cada ramal.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Al conectar dos o más resistencias en paralelo se puede calcular la resistencia equivalente de la combinación con la siguiente expresión
matemática:
1 = 1_ + 1 + 1 … 1_
Re R1 R2 R3 Rn
Donde Re = resistencia equivalente del circuito en paralelo.
R1 R2 R3 Rn = suma del valor de las resistencias 1, 2, 3. hasta n resistencias.
En una conexión de resistencias en paralelo la Intensidad total del circuito es igual a:
I = I1 + I2 + I3 + … In
El voltaje total será el mismo en cada una de las resistencias:
V = V1 = V2 = V3 = Vn
De acuerdo con la Ley de Ohm sabemos que I = V/R y como I = I1 + I2 + I3, entonces:
I1 = V/R1 ; I2 = V/R2; I3 = V/R3
por lo tanto:
I=V+V+V
R1 R2 R3
Ejercicios:
1.-Una plancha eléctrica de 60 ῼ se conecta en paralelo a un tostador eléctrico de 90 ῼ con un voltaje de
120V
a) Determinar el valor de la resistencia equivalente del circuito
b) ¿Qué valor tendrá la intensidad de la corriente que circula por cada resistencia?
2.-Tres aparatos eléctricos de 8, 15 y 20 ῼ se conectan en paralelo a una batería de 60 V
a) calcular el valor de la resistencia equivalente
b) determinar el valor de la corriente total suministrada en la batería
d) ¿cuál es el valor de la corriente que circula por
cada aparato
UNIVERSIDAD VALLE DE MEXICO
TEMAS SELECTOS DE FISICA II
Conexión mixta de resistencias:
Ejercicio No. 7
Nombre:__________________________________________________Grado:_____ Grupo:______
Fecha:_______________________
Realiza el siguiente ejercicio:
De los siguientes circuitos de conexión mixta de resistencias calcular:
a) La resistencia equivalente del circuito
b) La intensidad de la corriente total que circula por el mismo
UNIVERSIDAD VALLE DE MEXICO
TEMAS SELECTOS DE FISICA II
Ley de Kirchoof
Ejercicio No. 8
Nombre:__________________________________________________Grado:_____ Grupo:______
Fecha:_______________________