Ecuacion de Continuidad, Ohm, Joule-1

1. INTRODUCCIÓN La experiencia establece que la carga puede crearse y destruirse pero siempre en parejas de carga positi

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1. INTRODUCCIÓN La experiencia establece que la carga puede crearse y destruirse pero siempre en parejas de carga positiva y negativa. Existe una gran variedad de mecanismos por los que, tanto desde el punto de vista microscópico como desde el macroscópico, se crea y se destruye carga, en consecuencia, se considera que el Universo es globalmente neutro. Esta realidad experimental se eleva a postulado con el nombre de Principio de neutralidad del Universo. Este principio se traduce en una ecuación denominada ecuación de continuidad, o conservación de la carga que veremos más adelante. Así mismo como es fundamental en la carrera que seguimos, hay que tener en cuenta la ley de ohm que Georg Simón Ohm (1789-1854) fue un físico y matemático alemán que aportó a la teoría de la electricidad la Ley de Ohm, conocido principalmente por su investigación sobre las corrientes eléctricas. Estudió la relación que existe entre la intensidad de una corriente eléctrica, su fuerza electromotriz y la resistencia, formulando y veremos más adelante la ley mencionada. De la misma forma deberemos analizar la ley de joule planteada por el físico británico Joule, James Prescott (1818 - 1889). Uno de los más notables físicos de su época, es conocido sobre todo por su investigación en electricidad y termodinámica. En el transcurso de sus investigaciones sobre el calor desprendido en un circuito eléctrico, formuló la ley actualmente conocida como ley de Joule que establece que la cantidad de calor producida en un conductor por el paso de una corriente eléctrica cada segundo, es proporcional a la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de corriente. Joule verificó experimentalmente la ley de la conservación de energía en su estudio de la conversión de energía mecánica en energía térmica que veremos posteriormente.

2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General 

Investigar sobre la ecuación de continuidad, ley de ohm y de joule para el conocimiento fundamental en la materia de teoría electromagnética.

2.2. Objetivos Específicos   

Comprender la importancia de la ecuación de continuidad en nuestro estudio. Aprender a medir Corrientes y Voltajes eléctricos a través de la Ley de Ohm en forma teórica Conocer la ley de joule y su aplicación de diferentes campos.

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3. CONTENIDO 3.1. ECUACIONES DE CONTINUIDAD El principio de conservación local de la carga exige que si cierta carga desaparece de un lugar, esta misma carga debe de viajar y aparecer posteriormente en otro lugar. Dado que la carga viajando constituye una corriente eléctrica, este principio puede expresarse en términos de corriente eléctrica como: “La intensidad de corriente que atraviesa la superficie cerrada de un recinto es igual a menos la variación temporal de la carga móvil en su interior.” Este principio se conoce como ecuación de continuidad para la carga y puede expresarse como:

Para un volumen fijo

Y aplicando el teorema de Gauss

Por lo que la ecuación de la carga se escribe:

Como cualquiera que sea el volumen al que se extiende esta integral, se conserva el mismo resultado, el integrando debe ser idénticamente nulo, resultando la llamada ecuación de continuidad de la carga:

Si la corriente es estacionaria, el flujo del vector J a través de una superficie cerrada contenida dentro del conductor es nulo, pues de lo contrario, las cargas positivas o negativas se acumularían en el volumen interior.

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Ahora bien,

Implica que

Esta es la ecuación de continuidad para las corrientes estacionarias.

3.2. LEY DE OHM Esta ley es fundamental para la electricidad, ya que hace posible determinar la intensidad de la corriente que fluye por un conductor cuando la resistencia del mismo y la resistencia potencial que se le aplica, son conocidas. Esta ley se define como un conductor dado, la relación potencial de la intensidad de corriente es constante, se representa con la letra “R” y se llama resistencia eléctrica La ecuación matemática que describe esta relación es:

Dónde: I = es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V = es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios G = es la conductancia en siemens R = es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que R en esta relación es constante, independientemente de la corriente. Esta ley tiene el nombre del físico alemán Georg Ohm, que en un tratado publicado en 1827, halló valores de tensión y corriente que pasaba a través de unos circuitos eléctricos simples que contenían una gran cantidad de cables. Él presentó una ecuación un poco más compleja que la mencionada anteriormente para explicar sus resultados experimentales. La ecuación de arriba es la forma moderna de la ley de Ohm. Esta ley se cumple para circuitos y tramos de circuitos pasivos que, o bien no tienen cargas inductivas ni capacitivas (únicamente tiene cargas resistivas), o bien han alcanzado un régimen permanente. También debe tenerse en cuenta que el valor de la resistencia de un conductor puede ser influido por la temperatura.

3.2.1.

Resistencias eléctricas.

Es la oposición que presentan los conductores al paso de la corriente eléctrica que origina una elevación de las temperaturas cuyas aplicaciones más importantes son la calefacción y los sistemas de alumbrado

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3.2.2.

La resistividad

Característica peculiar de cada elemento (material), representado por p es decir. L R= P --A L = temperatura. La resistencia aumenta si la temperatura se incrementa, es decir A = Coeficiente de la temperatura de la resistencia. P = Es una constante característica de cada material.

3.2.3.

Tipos de circuitos

Hay tres tipos de circuitos:   

Circuitos en serie Circuitos en paralelo Circuitos mixtos

3.2.3.1. Circuito en serie Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, interruptores, entre otros) se conectan secuencialmente. La terminal de salida de un dispositivo se conecta a la terminal de entrada de dispositivo siguiente. 3.2.3.2. Circuito en paralelo Es circuito eléctrico en paralelo es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores etc.). Conectados coincida entre sí, lo mismo que terminales de salida. 3.2.3.3. Circuitos mixtos Un circuito mixto es aquel que dispone de componentes electrónicos conectados tanto en paralelo cuanto en serie, asociados a una sola fuente de tensión.

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3.3. LEY DE JOULE La ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra. Al circular una corriente eléctrica a través de un conductor el movimiento de los electrones dentro del mismo produce choques con los átomos del conductor cuando adquieren velocidad constante, lo que hace que parte de la energía cinética de los electrones se convierta en calor, con un consiguiente aumento en la temperatura del conductor. Mientras más corriente fluya mayor será el aumento de la energía térmica del conductor y por consiguiente mayor será el calor liberado. A este fenómeno se le conoce como efecto joule. El calor producido por la corriente eléctrica que fluye través de un conductor es una medida del trabajo hecho por la corriente venciendo la resistencia del conductor; la energía requerida para este trabajo es suministrada por una fuente, mientras más calor produzca mayor será el trabajo hecho por la corriente y por consiguiente mayor será la energía suministrada por la fuente; entonces, determinando cuanto calor se produce se puede determinar cuanta energía suministra la fuente y viceversa. El calor generado por este efecto se puede calcular mediante la ley de joule que dice que: “La cantidad de calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de la corriente y el tiempo que dura la corriente”. Expresado como fórmula tenemos:

Dónde: W = Cantidad de calor, en Joules I = Intensidad de la corriente, en Amperes R = Resistencia eléctrica, en Ohm T = Tiempo de duración que fluye la corriente, en segundos Lo que equivale a la ecuación para la energía eléctrica, ya que la causa del efecto joule es precisamente una pérdida de energía manifestada en forma de calor. Normalmente cuando el trabajo eléctrico se manifiesta en forma de calor se suele usar la caloría como unidad. El número de calorías es fácil de calcular sabiendo que: 1 joule = 0,24 calorías (equivalente calorífico del trabajo) 1 caloría = 4,18 joules (equivalente mecánico del calor) Por lo que la ley de joule queda expresada como:

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3.3.1.

APLICACIONES

El calentamiento de los conductores es un fenómeno muy importante por sus múltiples aplicaciones como: 3.3.1.1. ALUMBRADO ELECTRICO Se utilizan para el alumbrado lámparas, bombillas o ampollas llamadas de incandescencia.

3.3.1.2. APLICACIONES DOMÉSTICAS Muchas aplicaciones prácticas del efecto Joule intervienen en la construcción de los aparatos electrodomésticos, tales como planchas, hervidores, hornos, calentadores de ambiente y de agua, secadores, rizadores.

3.3.1.3. APLICACIONES INDUSTRIALES El efecto Joule permite el funcionamiento de aparatos industriales, como aparatos de soldadura, hornos eléctricos para la fundición y metalurgia y soldadores de punto. Este último, muy utilizado en la industria automotriz y en la chapistería, reemplaza con ventaja el sistema de remachado.

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4. CONCLUSIONES  



La ecuación de continuidad nos indica que las fuentes de campo (cargas y corrientes eléctricas) están interrelacionadas en el caso dependiente del tiempo, esta ecuación representa el principio de conservación de la carga eléctrica. Podemos decir dos cosas respecto a la ley de ohm: Primero: no todos los materiales obedecen a la ley de ohm porque dependen de su composición. Segundo: la resistencia no depende del voltaje ni de la intensidad y actúa independientemente. La ley de Joule afirma que en un circuito en el cual los electrones fluyen de forma acelerada, estos chocan unos con otros creando rozamiento entre ellos y por lo tanto la creación de calor, esto dependerá del flujo sobre el cual se encuentran transitando es decir de la oposición del circuito a su libre flujo por causa de la resistencia.

5. RECOMENDACIONES   

Comprender el concepto de la ecuación de continuidad para posteriormente realizar ejercicios en clase. Entender la ley de ohm para facilitar el cálculo de corriente en un circuito Saber el concepto de la ley de joule para comprender su uso en diferentes ámbitos que vivimos a diario.

6. BIBLIOGRAFIA

http://www.slideshare.net/vicentz/la-ecuacin-de-continuidad http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_continuidad http://teoriaelectromagneticaleydejoule.blogspot.com/2013/05/ley-de-joule-el-siguienteblog-sido.html http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm

http://alexgabriel1992.blogspot.com/2009/04/la-ley-de-ohm.html

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