Magnitudes electricas
Enviado por marceloluisia • 6 de Julio de 2022 • Informes • 1.583 Palabras (7 Páginas) • 50 Visitas
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Magnitudes eléctricas I: Corriente y resistencia.
- Objetivos.
Comprender los conceptos de corriente y resistencia eléctrica.
Aplicar la Ley de Ohm.
Calcular la potencia disipada por una resistencia eléctrica.
Sumar resistencias eléctricas en serie y en paralelo.
- Ideas clave.
2.1. Corriente eléctrica
La corriente eléctrica se define como el flujo de carga eléctrica a través de un material. Este flujo depende del material a través del cual pasan las cargas y de la diferencia de potencial existente de un extremo a otro del material. Cada vez que hay un flujo neto de carga a través de cierta área, decimos que existe una corriente eléctrica.
Figura 1: Cargas en movimiento a través de una superficie A.
Supongamos que las cargas que se mueven en forma perpendicular a un área A, como muestra la figura 1. La corriente I se define como la cantidad de carga que atraviesa la superficie por unidad de tiempo. Es decir, si Q
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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE Av. Libertador Bernardo O´Higgins nº3363 - Estación Central - Santiago - Chile Mesa central: (+56-2) 2 718 00 00
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es la carga total que pasa a través de esta superficie en un intervalo de tiempo t, la corriente I es igual a | ||||
I = | Q | : | (1) | |
t | ||||
La unidad de corriente en el Sistema Internacional es el Ampere, denotado por una letra A. Se define como un Coulomb por segundo, es decir A = C=s. (Recordemos que un Coulomb, denotado por C, es una unidad de carga eléctrica, la cual corresponde a la magnitud de la carga de 6:241 1018 electrones.)
Podemos describir microscópicamente la conducción de corriente. Para ello, consideremos la corriente en un conductor cilíndrico como en la figura 2. El volumen de un segmento del conductor de longitud x es A x. Si la densidad de portadores de carga es n, entonces el número de portadores de carga en el segmento gris es nA x. Entonces la carga total está dada por Q = qnA x, donde q es la carga de cada portador.
Figura 2: Portadores de carga q desplazándose con velocidad vd a lo largo de un segmento de conductor de largo x.
Llamemos vd a la velocidad con que avanzan los portadores de carga; esta se denomina velocidad de deriva. Recordando que x = vd t, entonces podemos concluir que
I = nqvdA: | (2) |
2.2. Potencial eléctrico
El potencial eléctrico V es el responsable por el movimiento de las cargas. Podemos hacer un paralelo entre dicha cantidad y la energía potencial gravitacional: una masa m ubicada a cierta altura h tiene una energía potencial gravitacional dada por E = mgh, donde g es la aceleración de gravedad. En ausencia de otras fuerzas, una masa cae desde donde tiene mayor energía potencial hacia donde tiene menos (es decir, cae hacia abajo por acción de la fuerza de gravedad). Algo similar ocurre con el potencial eléctrico: las cargas se mueven desde lugares donde hay más potencial eléctrico hacia donde hay menos. De manera análoga, la energía potencial eléctrica de una carga q está dada por E = qV , donde V es el potencial eléctrico en el lugar donde se encuentra la carga. En esta analogía, la carga q juega el papel de la masa m, mientras que el potencial V es análogo a la cantidad gh.
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En el Sistema Internacional, la diferencia de voltaje se mide en Volts, denotado por la letra V , el cual equivale a un Joule por Coulomb, es decir V = J=C1.
2.3. Ley de Ohm
Existen conductores donde la diferencia de potencial V aplicada entre sus extremos y la corriente I que circula a través de ellos están relacionadas de manera lineal
V =IR: | (3) |
La constante R se denomina resistencia eléctrica. Dichos materiales se llaman conductores Omhnicos. La ecuación (3) se denomina Ley de Ohm.
En el sistema internacional, la resistencia eléctrica se mide en Ohms, denotado por . Un Ohm equivale a un Volt por Ampere, es decir = VA .
2.4. Resistencia eléctrica
El valor de la resistencia de un conductor depende de su geometría y del material que lo compone. Considere un conductor cilíndrico recto, como el de la figura 3.
Figura 3: Conductor cilíndrico recto. | ||||||||||||||||||
En general, la resistencia de dicho conductor está dada por | ||||||||||||||||||
R = | l | ; | (4) | |||||||||||||||
A | ||||||||||||||||||
donde la constante depende del material del conductor y se denomina resistividad. | ||||||||||||||||||
Veamos un ejemplo. Un cable de 300 km de longitud consta de cinco hilos de cobre, cada uno de 0:52 mm | ||||||||||||||||||
de | diámetro, agrupados y rodeados por una funda aislante. Determine la resistencia del cable. Utilice = 3 | |||||||||||||||||
6 | cm para la resistividad del cobre. | |||||||||||||||||
10 | ||||||||||||||||||
por | Solución: Dado que el cable consta de N = 5 hilos de cobre, el área de la sección transversal total está dada | |||||||||||||||||
d2 | 0:0522 | |||||||||||||||||
A = N r2 = N | = 5 | cm2: | (5) | |||||||||||||||
4 | ||||||||||||||||||
4 | ||||||||||||||||||
La resistencia entonces resulta | ||||||||||||||||||
R = | l | = | (3 10 6 cm)(3 107 cm) | 8:4 | 102 | (6) | ||||||||||||
A | 5 (0:052 cm)2=4 | |||||||||||||||||
1No confundir la unidad “Volt” con la magnitud “diferencia de voltaje”; usualmente se utiliza la misma letra para denotar ambas cosas.
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