• Author / Uploaded
• Jorge Colmenares Bazurto

Citation preview

Electricidad

307

ELECTRODINÁMICA

Electrodinámica es una parte de la electricidad que se encarga de estudiar las cargas eléctricas en movimiento.

INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA ( i ) Es la cantidad de carga (∆Q) que atraviesa una sección del hilo conductor en la unidad de tiempo.

CORRIENTE ELÉCTRICA i =

Es el movimiento o flujo libre de electrones a través de un conductor, debido a la presencia de un campo eléctrico que a su vez es originado por una diferencia de potencial.

∆Q ∆t

Unidad de Intensidad de Corriente en el S.I. Amperio (A) =

NATURALEZA DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Coulomb segundo

TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA A)

Corriente Contínua Se realiza cuando las cargas eléctricas se desplazan en un solo sentido, debido a que el campo eléctrico permanece constante ya que su diferencia de potencial es invariable, ejemplo: en la pila, en la batería, etc.

En un conductor metálico, los electrones se mueven en forma desordenada, no tienen ninguna dirección y sentido definido, sin embargo en promedio el número de electrones que se desplazan en un sentido es igual al número de electrones que se desplazan en sentido contrario, con lo cual el movimiento neto es nulo, con ello concluimos que el flujo neto de electrones es cero.

B)

Corriente Alterna Se realiza cuando las cargas eléctricas se desplazan cambiando periódicamente de sentido, esto se debe a que el campo eléctrico cambia de sentido con cierta frecuencia, producto del cambio frecuente de la diferencia de potencial; ejemplo: la corriente que generalmente usamos en casa.

Cuando el hilo conductor se conecta a dos cuerpos de diferentes potenciales, se produce un campo eléctrico dentro del hilo, haciendo que los electrones se muevan en sentido contrario al campo eléctrico existente dentro del conductor. Los dos cuerpos (A y B) de diferentes potenciales pueden ser los bornes de una batería.

Jorge Mendoza Dueñas

308

SENTIDO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

RESISTENCIA ELÉCTRICA ((R))

A)

Es la medida de la oposición que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica a través de él.

Sentido Real En un conductor sólido, los electrones se desplazan del polo negativo (potencial menor) al polo positivo (potencial mayor) oponiéndose al campo eléctrico E .

Se le representa mediante un segmento de línea quebrada.

En los buenos conductores, las cargas eléctricas encuentran poca oposición a su paso. Luego la resistencia del cuerpo será baja.

B)

Sentido Convencional Para esto asumiremos que quienes se mueven en un conductor sólido son las cargas positivas. En un conductor sólido, las cargas positivas se desplazan del polo positivo (potencial mayor) al polo negativo (potencial menor). En el mismo sentido que el campo eléctrico.

En los malos conductores las cargas eléctricas encuentran gran oposición a su paso. Luego la resistencia del cuerpo será alta.

LEYES FUNDAMENTALES: RESISTENCIA ELÉCTRICA A)

Leyes de Paullet

1°

La resistencia eléctrica ofrecida por un conductor es directamente proporcional a su longitud. RαL

2°

NOTA

La resistencia eléctrica ofrecida a un conductor es inversamente proporcional al área de la sección recta de dicho conductor. Rα

De ahora en adelante el sentido de la corriente que se tomará en cuenta será el convencional.

1 A

Luego:

FUENTES DE CORRIENTE ELÉCTRICA

R =

ρL A

ρ (resistividad): depende del material

NOTA Fuente de corriente eléctrica es aquel dispositivo capaz de transformar algún tipo de energía, en energía eléctrica. Las seis fuentes básicas de energía que se pueden utilizar son: − Frotamiento − Presión − Calor

− Luz − Magnetismo − Acción química

El mejor conductor de la electricidad es la plata siguiendo el cobre, el aluminio y el hierro, en ese orden.Todos los materiales conducen la corriente eléctrica en cierta medida, y a todos los materiales se les pueden asignar un valor de“resistividad” que indica exactamente la facilidad con que ese material habrá de conducir la corriente eléctrica.

Electricidad

B)

309 eléctrica: Si son lámparas se transformará en energía luminosa y calórica; si son motores en energía mecánica; si son aparatos radiotelefónicos en energía sonora, etc.

Ley de Ohm “En una corriente eléctrica, la diferencia de potencial es directamente proporcional a la intensidad de corriente eléctrica”.

W = Vq

V1 V2 V3 = = = cte. i1 i2 i3

R =

También: W = Vit = i2 Rt =

V i

W (Joule) V( Voltio) i ( Amperio) R ( Ohmio)

V (Voltio) i ( Amperio) R (Ohmio)

B)

P=

También:

C)

Rf : resistencia final Ro : resistencia inicial α : coeficiente de variación térmica de la resistencia ∆T : incremento de temperatura ( Tf – To)

A)

Energía Eléctrica (W) Para que un circuito se encuentre en funcionamiento habrá que darle energía puesto que la energía no se crea ni se destruye. Así un generador le cede su energía química para la transformación a otra clase de energía. En los receptores que están en el circuito se producen nuevas transformaciones de la energía

W t

P = Vi = i2 R =

V2 R

P (Watts)

Efecto de Joule Toda corriente eléctrica que atraviesa una resistencia eléctrica origina en ella un desprendimiento de calor que es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de corriente y al tiempo que dura la corriente. Q (calorías) W (Joule) Q = 0,24 i2Rt = 0,24 W i (Amperio) R (Ohmio) t (segundo)

Rf = Ro (1 + α∆T)

CONCEPTOS FUNDAMENT ALES FUNDAMENTALES

Potencia Eléctrica (P) Es la rapidez con la cual se realiza trabajo.

OBSERVACIÓN Existen algunos materiales que no obedecen a la leyes de OHM, a éstos se les llama materiales no óhmicos, en ellos “R” no es constante; evidentemente en estos, la gráfica (V - i) no será la línea recta. En nuestro curso supondremos que todos los cuerpos son óhmicos; a no ser que se diga lo contrario. Experimentalmente se demuestra que la resistencia de un material varía con la temperatura, así:

V2 t R

D)

Fuerza Electromotriz (εε) Es la energía o trabajo que se realiza para llevar la carga de un potencial menor a otro mayor, se puede decir también que es la fuerza motriz que hace mover los electrones.

ε =

W q

ε (Voltio) W (Joule) q ( Coulomb)

Jorge Mendoza Dueñas

310

RE = R1 + R2 + R3 iE = i1 = i2 = i3 VE = V1 + V2 + V3

B)

En Paralelo La diferencia de potencial en cada una de las resistencias es la misma.

En la figura derecha, la unidad de carga sale de la fuente (pila), alimentada de una gran energía (ε), luego empieza a moverse y al pasar por la resistencia R, sufre un desgaste de energía, de manera que para recuperar nuevas energías, tendrá que pasar nuevamente por la fuente.

Regla de signos

E)

Circuito Eléctrico Es el recorrido o conjunto de recorridos cerrados que siguen las cargas eléctricas formando una o varias corrientes. Los circuitos pueden estar constituidos por generadores, resistencias, condensadores, bobinas, etc. El circuito más simple que puede existir está formado por una fuente y una resistencia.

1 1 1 1 = + + RE R1 R2 R3 iE = i1 + i2 + i3 VE = V1 = V2 = V3

EXPERIENCIA: CIRCUITO SIMPLE OBJETIVO ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS Asociar dos o más resistencias, significa reemplazarlas por una sola que tenga los mismos efectos que todas juntas, los más elementales son:

A)

En Serie Las intensidades de corrientes son iguales.

Conocer experimentalmente el circuito más simple (constituido por una pila y una resistencia).

MATERIALES A EMPLEARSE − Un foco pequeño que funcione con 1,5 v. − Una pila de cualquier tamaño (1,5 v). − Un alambre (conductor) de 15 a 20 cm de longitud.

NÚMERO DE ALUMNO: Dos PROCEDIMIENTO 1.-

Coger el conductor y armar el montaje mostrado en la figura (a).

Electricidad 2.-

311

Tomar la pila y colocar el casquillo del foco sobre el polo positivo de la pila y el otro extremo sobre el otro polo (fig. b).

PREGUNTAS 1.-

¿Se encendió el foquito? Si-No ¿Por qué?

2.-

Si Ud. tuviese un foco para 6 voltios. ¿Cuántas pilas usaría? ¿Por qué?

3.-

Según lo visto ¿Cuál es el principio de una linterna de mano?

4.-

Fabricar un linterna de mano.

EXPERIENCIA: ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS EN SERIE OBJETIVO Observar las características de un sistema de resistencias asociadas en serie. (b)

MATERIAL A EMPLEARSE − − − −

Seis foquitos iguales. Tres baterías pequeñas de 6 voltios o más. Un conductor (alambre), L = 2 m aprox. Tres tableros.

NÚMERO DE ALUMNOS: Tres

(c)

PROCEDIMIENTO 1.-

Realizar tres montajes (a, b, c) como se muestra a continuación.

PREGUNTAS

2.-

Cerrar los interruptores (acostúmbrese a protegerse con un material aislante) en a, b, y c. Anotar sus observaciones.

1.-

¿En qué caso brillan con mayor intensidad los foquitos? En a, b ó c ¿Porqué?

2.3.-

Extraer el foquito (1). Anotar sus observaciones.

En el caso (a) ¿Cuál de los foquitos brilla con mayor intensidad?

4.-

Extraer el foquito (4). Anotar sus observaciones.

3.-

En el caso (b) ¿Cuál de los foquitos brilla con mayor intensidad? ¿Qué se concluye?

4.-

Si se extrae el foquito (1) en el caso (a). ¿Qué pasa?

5.-

Si se extrae el foquito (4) en el caso (b). ¿Qué pasa? ¿Por qué? ¿A qué conclusión se llega?

(a)

Jorge Mendoza Dueñas

312 6.-

Si se extrae el foquito (6). ¿Existirá corriente eléctrica en el caso (c)? Si-No ¿Por qué?

7.-

Si tuviesen amperímetro y voltímetro, medir la intensidad y el voltaje en cada foquito con ayuda del señor Profesor, para luego apoyán-

dose en la ley de Ohm; calcular la resistencia eléctrica en cada foquito. 8.-

Si pudiese conseguir dos foquitos diferentes a los ya adquiridos y reemplazarlos en (1) y (2). ¿Cuál de los tres foquitos (1,2,3) brillará más? ¿Por qué?

EXPERIENCIA: ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS EN PARALELO OBJETIVO Observar las características de un sistema de resistencias asociadas en paralelo. (c)

MATERIAL A EMPLEARSE − − − −

Seis foquitos iguales. Tres baterías pequeñas de 6 voltios o más. Un conductor (alambre), L = 2 m aprox. Tres tableros.

NÚMERO DE ALUMNOS: Tres

PREGUNTAS 1.-

¿En qué caso brillan con mayor intensidad los foquitos? En a, b ó c ¿Por qué?

2.-

En el caso (a). ¿Cuál de los foquitos brilla con mayor intensidad?

3.-

En el caso (b). ¿Cuál de los foquitos brilla con mayor intensidad? ¿A qué se concluye?

4.-

Si se extrae el foquito (1) en el caso (a). ¿Qué pasa? Explique.

5.-

Si se extrae el foquito (4) en el caso (b). ¿Qué pasa? Explique.

6.-

Si se extrae el foquito (6). ¿Existirá corriente eléctrica en el caso (c)? Si-No ¿Por qué?

7.-

Si tuviesen amperímetro y voltímetro, medir la intensidad y el voltaje en cada foquito con ayuda del señor Profesor, para luego apoyándose en la ley de Ohm; calcular la resistencia eléctrica en cada foquito.

8.-

Mencione diez ejemplos de resistencia eléctrica.

9.-

Las lámparas, focos fluorescentes, artefactos eléctricos que usamos en casa. ¿Están asociados en serie o paralelo?

PROCEDIMIENTO 1.-

Realizar tres montajes como se muestra a continuación.

2.-

Cerrar los interruptores (acostúmbrese a protegerse con un material aislante) en a, b, y c. Anotar sus observaciones.

3.-

Extraer el foquito (1). Anotar su observaciones.

4.-

Extraer el foquito (4). Anotar sus observaciones.

(a)

(b)

Ciencia y Tecnología Electricidad

313 313

Electricidad en la noc he noche

La ciudad de noche sin electricidad carecería de luz, no sería lo que hoy en día es. Prácticamente la vida activa diaria de las personas terminaría cuando se oculta el Sol; no sería error entonces afirmar: “La electricidad es el principio de muchos principios físicos”.

Ef ecto de Joule Efecto Aplicaciones del ef ecto Joule: Todos los artefactos eléctriefecto cos, al estar en funcionamiento sufren un incremento de temperatura, es más, ésta se aprovecha en algunos de ellos tales como la plancha, la cocina eléctrica, el soldador eléctrico, la secadora de cabello, etc.

Ciencia y Tecnología Jorge Mendoza Dueñas

314 314

Resistencia en serie

Las resistencias en una vivienda

Las luces de navidad, están compuestas por un conjunto de minúsculos focos asociados en serie, si uno de ellos es extraído o se interrumpe su funcionamiento, los demás también dejan de funcionar.

Generalmente las viviendas tienen sus aparatos eléctricos instalados en paralelo. Podemos encender todos los aparatos a la vez; así como también encender los aparatos necesarios sin alterar en absoluto su normal funcionamiento.

Electr oencefalograma Electroencefalograma El electroencefalograma, consiste en recoger las señales eléctricas que emite el encéfalo. En realidad el cerebro produce diferentes tiras de impulsos eléctricos cuyos parámetros límites son conocidos por los médicos. Esto se realiza con el electroencefalógrafo, el cual con ayuda de electrodos que se colocan en el cuero cabelludo, recogen las señales eléctricas; con ello es posible detectar anormalidades en el paciente, si los hubiese.

¿Cuánto cuesta la ener gía eléctrica? energía La mayor parte de las viviendas tienen como generador de electricidad, una central hidroeléctrica. La compañia que nos suministra electricidad, coloca en la fachada de la casa un contador de energía eléctrica cuya unidad de medida es el kW - h (kiloWatt-hora). 1 kW-h cuesta en promedio US$ 0,10 (diez céntimos de dólar).