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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXACTAS QUIMICA I

TEMA: LEY OHM, LEY FARADAY, CELDAS GALVANICAS, POTENCIAL ELECTRICO.

INTEGRANTES:  Erika Benítez T.  José Larrea V.  Sebastián Moreta S.  David Salgado C.

1° “C” Quito, 04 de julio del 2012

Objetivo: Conocer las distintas leyes de la electroquímica. Marco teórico: 1. LEY DE OHM La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son:

1. Tensión o voltaje "E" 2. Intensidad de la corriente " I " 3. Resistencia "R" en ohm (

) de la carga o consumidor conectado al circuito.

La ley de ohm es una propiedad específica de ciertos materiales La

relación

es un enunciado de la ley de Ohm. Un conductor

cumple con la ley de Ohm sólo si su curva V-I es lineal; esto es si R es independiente de V y de I. La

relación

sigue siendo la definición general de la resistencia de

un conductor, independientemente de si éste cumple o no con la ley de Ohm.

Postulado General de la Ley de Ohm “El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada”

Los circuitos que se presentan a continuación tienen como finalidad construir diagramas. 1. Circuito en Serie: Se define un circuito en serie como aquel circuito en el que la corriente electica solo tiene un solo camino para llegar al punto. Como ejemplo tenemos la corriente y una serie de focos interconectados entre sí por un circuito en serie.

2. Circuito Paralelo: Se define como un circuito paralelo como aquel circuito en el que la corriente eléctrica se separa o recorre. Su característica más importante es el hecho de que el potencial en cada elemento del circuito es exactamente igual en cada uno de ellos. En el ejemplo siguiente tenemos un ejemplo de circuito paralelo.

3. Circuito Mixto: Es una combinación de elementos tanto en serio como en paralelo.

Problema:

¿ A qué fuerza electromotriz está conectado un calentador eléctrico cuya resistencia es de 36 Ohms y por ella circula una corriente de 6 Amperes? E=I*R 6 ohms * 36 amperios = 216 Volt 2. LEYES DE FARADAY Las leyes de Faraday de la electrólisis expresan relaciones cuantitativas en base a las investigaciones electroquímicas publicadas por el físico y químico inglés Michael Faraday en 1834. Primera Ley de Faraday: “La masa de un producto obtenido o de reactivo consumido durante la reacción en un electrodo, es proporcional a la cantidad de carga (corriente x tiempo) que ha pasado a través del circuito”. Esta primera ley, permite calcular, la cantidad de electricidad (en coulambios o faraday) para depositar un equivalente gramo de una sustancia. m = E.Q = Eg / F I t

-

M  es la masa

-

E  es el equivalente electroquímico que resulta de dividir el equivalente químico (Eg) por la constante de Faraday F

-

Q  es la carga, que resulta de multiplicar la intensidad de corriente por el tiempo transcurrido

-

Constante de Faraday (F)  carga eléctrica contenida en un mol de electrones. Es aproximadamente igual a 96.500C (Coulomb)

-

Carga eléctrica (Q)  cantidad de corriente, su valor es igual a la intensidad de corriente por el tiempo transcurrido.

-

Equivalente químico (equivalente gramo Eg)  valor expresado en gramos que resulta de dividir la masa molar por el número de electrones involucrados en a semireacción

-

Intensidad de corriente (I)  carga que atraviesa la sección de un conductor en la unidad de tiempo, unidad es el amperio A

Segunda Ley de Faraday: “Las masas de diferentes sustancias producidas por el paso de la misma cantidad de electricidad, son directamente proporcionales a sus equivalentes gramos”. Esta ley permite calcular la masa de diferentes sustancias depositadas por la misma cantidad de electricidad. La cantidad de elemento depositado por un Faraday (96.500 c) se conoce como equivalente electroquímico. 𝐦𝐝 𝐄𝐠𝐝 = 𝐦𝐥 𝐄𝐠𝐥

-

md  es la masa de sustancia depositada

-

Egd  su equivalente gramo

-

ml  masa de la sustancia liberada en el otro electrodo

-

Egl  su equivalente gramo

3. Celdas galvánicas Para comprender de una manera más práctica lo que son las celdas galvánicas, primero debemos conocer que las pilas galvánicas o voltaicas fueron inventadas en el año 1800 por un físico italiano llamado Alessandro Volta, que descubrió que cuando se ponen en contacto dos metales de diferente tipo se produce una corriente eléctrica. La experimentación se llevo a cabo basándose en que Luigi Galvani, pudo apreciar que un anca de rana colgada de un gancho de cobre experimenta una contracción al ponerla en contacto con otro metal, a lo que Galvani mal interpreto como electricidad animal. Con los conocimientos de este estudio Volta ideo la primera pila, y lo hizo de la siguiente manera: apilado en una columna de vidrio varias placas alternadas de cobre, papel secante empapado en salmuera y zinc. Unió ambos extremos con un cable conductor de energía por medio del cual circuló una corriente eléctrica. Se puede decir que la parte más importante de este invento es la posibilidad del manejo controlado de la corriente eléctrica, gracias a lo cual fue posible producir la electrólisis que condujo a importantes descubrimientos como la composición química del agua y de muchas otras sustancias. En la actualidad existe un sin número de artefactos que dependen de esta energía controlada como son desde automóviles hasta satélites.

Como veíamos anteriormente el mecanismo que usó volta para realizar la primera pila es al que llamamos celdas galvánicas, obteniendo que una celda galvánica es un dispositivo para producir energía eléctrica a partir de una reacción redox es decir, convierte energía potencial química en energía eléctrica. La forma en que estas generan energía eléctrica es por medio de la combinación de dos semireacciones o reacciones parciales. La semireacción de reducción que se llevan a cabo en el cátodo reduciendo un metal a su estado de oxidación inferior, y la semireacción de oxidación que se da en el ánodo elevando un metal a su estado de oxidación superior, mientras que ambas semireacciones se realizan en compartimientos independientes llamados celdas que contienen soluciones diferentes formadas por los iones de cada elemento, y a su vez estos se unen por una barrera porosa o puente salino, a través del cual pueden difundirse dichos iones, la misma que es usada como interruptor del sistema. El número de electrones transferidos en ambas direcciones debe ser el mismo, de tal forma que al combinarse dan la reacción electroquímica global de la celda. Para dos metales A y B se debe cumplir lo siguiente: A n+ + n eB m+ + m em A + n B m+

A B n B + m A n+

Para comprender mejor lo mencionado se presenta el siguiente ejemplo

Usaremos el Zinc y el Cobre como metales, la reacción que se tendrá va a ser: Zn + Cu2+

Zn2+ + Cu

Como se dijo que la reacción se obtiene de la combinación de las dos semireacciones obtendremos que como el potencial de oxidación del Zn++ es 0,763 V y el del Cu++ es de 0,337 V el de la reacción será 1,10 V.

4. Potencial eléctrico El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para

mover

una carga positiva q desde

el

punto

de

referencia,1 dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Matemáticamente se expresa por:

El potencial eléctrico sólo se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en movimiento

debe

recurrirse

a

lospotenciales de

Liénard-Wiechert para

representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz. Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuenta con energía y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde el exterior del campo hasta el punto considerado. La unidad del sistema internacional es el voltio(V). Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman una superficie equipotencial. Considérese eléctrico

una

carga

puntual

en

presencia

de

un

cualquiera. La carga experimentará una fuerza eléctrica:

campo

Esta fuerza realizará un trabajo para trasladar la carga de un punto A a otro B, de tal forma que para producir un pequeño desplazamiento eléctrica hará un trabajo diferencial

la fuerza

expresado como:

Teniendo en cuenta la expresión (1):

Por lo tanto, integrando obtenemos que el trabajo total realizado por el campo eléctrico será:

Figura 1 En un caso concreto con un campo eléctrico definido: Sea una carga puntual

que recorre una determinada trayectoria A - B en las inmediaciones

de una carga

tal y como muestra la figura 1. Siendo

infinitesimal de la carga puede expresar así:

el desplazamiento

en la dirección radial, el trabajo diferencial

se

Para calcular el trabajo total, se integra entre la posición inicial A, distante

de la carga

y la posición final B, distante

De la expresión (6) se concluye que el trabajo

de la carga

:

no depende de la trayectoria

seguida por la partícula, sólo depende de la posición inicial y final, lo cual implica que la fuerza eléctrica

es una fuerza conservativa. Por lo tanto se

puede definir una energía potencial que permite calcular el trabajo más fácilmente:

El trabajo realizado por la fuerza eléctrica para desplazar una partícula entre A y B será:

Por convención, el nivel cero de energía potencial se suele establecer en el infinito, es decir, si y sólo si

.

CONCLUSIONES:



La electroquímica estudia los cambios químicos que producen una corriente eléctrica y la generación de electricidad mediante reacciones químicas.



Celdas electrolíticas: son aquellas en las cuales la energía eléctrica que procede de una fuente externa provoca reacciones químicas no espontáneas generando un proceso denominado electrólisis.



Celdas voltaicas o galvánicas: son celdas electroquímicas en las cuales las reacciones espontáneas de óxido-reducción producen energía eléctrica.



En todas las reacciones electroquímicas hay transferencia de electrones y por tanto, son reacciones de óxido reducción (redox).soluciones electrolíticas



La primera ley de Faraday nos permite calcular, la cantidad de electricidad para depositar un equivalente gramo de una sustancia.



La segunda ley de Faraday permite calcular la masa de diferentes sustancias depositadas por la misma cantidad de electricidad.

CITAS BIBLIOGRÁFICAS: 

WEBGRAFIA:

http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/quimica/Tema15.html http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_ley_ohm/ke_ley_ohm_2.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctrico http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/potencial.html



BIBLIOGRAFIA:

William Daub,William S. Seese. QUIMICA. Francisco Julián Trujillo Santacoloma MÓDULO DE APOYO ACADÉMICO EN QUÍMICA