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- 1. 7 .1 Corriente eléctrica y densidad de corriente. 7 .2 Resistencia y ley de Ohm . 7 . 3 Energía en los circuitos eléctricos. 7 . 4 Asociación de resistencias . 7 . 5 Circuitos de una sola malla . 7.6 Circuito abierto y cortocircuito. 7 . 7 Potencia. Ley de Joule . 7.8 Circuitos RC BIBLIOGRAFÍA - Alonso; Finn. "Física ". Cap. 24. Addison-Wesley Iberoamericana. - Gettys; Keller; Skove. "Física clásica y moderna". Cap. 24 y 25. McGraw-Hill. - Halliday; Resnick. "Fundamentos de física". Cap. 31 y 31. CECSA. - Roller; Blum. "Física". Cap. 31, 32 y 33. Reverté. - Serway. "Física". Cap. 27 y 28. McGraw-Hill. - Tipler. "Física". Cap. 22 y 23. Reverté. Tema 7.- CORRIENTE ELÉCTRICA
- 2. 7. 1 CORRIENTE ELÉCTRICA Y DENSIDAD DE CORRIENTE Conductor: Material en el cual algunas de las partículas cargadas ( portadores de carga ) se pueden mover libremente. Corriente eléctrica Flujo de cargas eléctricas que, por unidad de tiempo, atraviesan un área transversal Unidad: Amperio 1A = 1C/s Sentido de la corriente: Coincide con el de los portadores de carga positivos. pinchar aquí
- 3. Velocidad de desplazamiento (v d ) Caracteriza el movimiento de los electrones dentro de un conductor sometido a un campo eléctrico externo. Relación entre v d y la corriente I n: densidad de portadores de carga q: carga de cada portador V d : velocidad de cada portador Todos los portadores que hay en v d t pasan a través de A en un t. La carga total en el volumen Av d t es
- 4. Densidad de corriente eléctrica: Se define como la corriente por unidad de área. Si la velocidad de arrastre varía de un punto a otro, podemos calcular la corriente a partir de la densidad de corriente.
- 5. 7. 2 RESISTENCIA Y LEY DE OHM El campo eléctrico está dirigido de las regiones de mayor potencial a las de menor potencial. Resistencia eléctrica: Es una medida de la oposición que ejerce un material al flujo de carga a través de él. Unidad: Ohmio 1 =1V/A Ley de Ohm
- 6. Materiales óhmicos Materiales no óhmicos La resistencia no depende de la caída de potencial ni de la intensidad. La resistencia depende de la corriente, siendo proporcional a I .
- 7. Resistividad: Expresa la relación entre la resistencia de un conductor y su tamaño. Unidades de : .m Conductividad: Es la inversa de la resistividad : coeficiente de temperatura de la resistividad.
- 8. 7. 3 ENERGÍA EN LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS En un conductor, el flujo de carga positiva se hace de potenciales altos a potenciales bajos, mientras que los electrones lo hacen en sentido contrario. Esto se traduce en que la carga pierde energía potencial y gana energía cinética que se transforma de inmediato en energía térmica. En A 1 U 1 = V 1 Q En A 2 U 2 = V 2 Q Energía perdida por unidad de tiempo Potencia disipada Se mide en vatios (W)
- 9. Fuerza electromotriz y baterías El dispositivo que suministra la energía eléctrica suficiente para que se produzca una corriente estacionaria en un conductor se llama fuente de fuerza electromotriz (fem). Convierte la energía química o mecánica en energía eléctrica La fuente de fem realiza trabajo sobre la carga que la atraviesa, elevando su energía potencial en q . Este trabajo por unidad de carga es la fem ( ).
- 10. ANALOGÍA MECÁNICA DE UN CIRCUITO SENCILLO
- 11. Fuente de fem ideal: Mantiene constante la diferencia de potencial entre sus bornes e igual a . Fuente de fem real: La diferencia de potencial entre sus bornes disminuye con el aumento de la corriente. Ideal Real r: Resistencia interna de la batería Representación de una batería real
- 12. 7. 4 ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS La resistencia equivalente de una combinación de resistencias es el valor de una única resistencia que, reemplazada por la combinación, produce el mismo efecto externo. V: ddp entre los extremos de la asociación I : corriente a través de la combinación Asociación en serie Asociación en paralelo
- 13. 7. 5 CIRCUITOS DE UNA SOLA MALLA Leyes de Kirchhoff: Son útiles para encontrar las corrientes que circulan por las diferentes partes de un circuito o las caídas de potencial que existen entre dos puntos determinados de dicho circuito. Conceptos previos Nudo: Intersección de tres o más conductores. Malla: Todo recorrido cerrado en un circuito. Rama: Es un elemento o grupo de elementos conectados entre dos nudos.
- 14. Ley de Kirchhoff de las corrientes (LKC): En cualquier instante, la suma algebraica de todas las corrientes que concurren en un nudo es cero. I 1 I 3 I 2 Corrientes que salen del nudo (+) Corrientes que entran en el nudo (-) Convenio
- 15. Ley de Kirchhoff de los voltajes (LKV): La suma algebraica de todas las caídas de tensión a lo largo de una malla debe ser nula en cualquier instante. Caída de tensión V 12 =V 1 -V 2 : Energía en julios eliminada del circuito cuando una carga de +1 C pasa del punto 1 al punto 2 Convenio I 1 2 1 2 En una resistencia hay una caída de tensión positiva en el sentido de la corriente (V 12 >0) En una batería hay una caída de tensión positiva en el sentido del terminal positivo al negativo, independientemente del sentido de la corriente (V 12 >0)
- 16. 7. 6 CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO Circuito abierto: Es una rama de un circuito por la que no circula corriente. A B r R 0 Cortocircuito: Es un recorrido de muy baja resistencia (idealmente R=0) entre dos puntos de un circuito. r R CORTOCIRCUITO A B
- 17. 7. 7 POTENCIA. LEY DE JOULE 1.- Energía disipada en una resistencia Ley de Joule 2.- Energía absorbida o cedida por una batería Potencia de salida: Rapidez con la que los portadores ganan energía eléctrica. Potencia de entrada: Rapidez con la que los portadores pierden energía eléctrica a su paso por la batería. En cualquier caso P = V I , donde V es la diferencia de potencial entre los extremos del elemento e I la corriente que lo atraviesa.
- 18. 7. 8 CIRCUITOS RC Un circuito RC está compuesto por una resistencia y un condensador. En dichos circuitos la corriente fluye en una dirección, como en un circuito de cc, pero a diferencia de éstos, la corriente varía con el tiempo. CASO 1: Proceso de carga del condensador, inicialmente descargado, cuando sus terminales se conectan en serie con un resistencia y una batería. CASO 2: Proceso de descarga del condensador, inicialmente cargado, cuando sus terminales se conectan en serie con un resistencia. Ambos procesos viene definidos por un tiempo característico
- 19. CARGA DEL CONDENSADOR En t =0 el condensador está descargado. Al cerrar el interruptor, existe una caída de potencial entre los extremos de la resistencia y el condensador empieza a cargarse. Condensador cargado Circuito abierto
- 20. DESCARGA DEL CONDENSADOR En t =0 el condensador está cargado. Al cerrar el interruptor, existe una caída de potencial entre los extremos de la resistencia debido a la corriente inicial y el condensador empieza a descargarse. Condensador descargado Cortocircuito Ejemplo