Sesion numero uno

1. Conceptos Fundamentales de la
Electricidad
Unidad 01
Fundamentos de Electrotecnia
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2. • Conceptos fundamentales de electricidad
• Tension,corriente,Resistencia
• Leyes fundamentales de la electricidad
• Ley de Ohm
• Leyes de Kirchhoff
• Circuitos de corriente continua
Serie,paralelo,mixto
• Circuitos de corriente alterna: RC,RL,RLC
Parámetros Eléctricos
Potencia Eléctrica
Energia electrica.Eficienia eléctrica
Circuitos trifasicos: simetricos y asimetricos
U01 Conceptos Fundamentales de la Electricidad 2

3. La electricidad es una de las formas de energía que mas
INTRODUCCIÓN
ventajas y comodidades aporta a los seres humanos en la
actualidad.
Con ella conseguimos que funcionen, entre otras, las
siguientes aplicaciones:
Luz con lámparas eléctricas, calor con cocinas, hornos y
calefacciones, frío con frigoríficos y equipos de aire
acondicionado; fuerza motriz con motores (ascensores,
vehículos eléctricos, electrodomésticos, etc.), y muchas mas
aplicaciones que con el paso de los años aparecerán.
3

4. OBJETIVOS
Conocer los conceptos fundamentales de la electricidad.
Conocer las diversas formas de generación de tensión eléctrica
Comprender las diferencias entre tensión continua y alterna
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5. ELECTRICIDAD
Es una manifestación física que tiene que ver con las
modificaciones que se dan en las partes mas pequeñas
de la materia, en los átomos y más concretamente en el
electrón.
El estudio del movimiento electrónico explica muchos
fenómenos en la naturaleza.
De hecho el término “electricidad” viene de la palabra
“electrón”.
5

6. 6

7. EL ÁTOMO
En física y química, átomo (Del latín
atomum, y éste del griego άτομον,
indivisible) es la unidad más pequeña de un
elemento químico que mantiene su identidad
o sus propiedades, y que no es posible dividir
mediante procesos químicos.
El átomo es la partícula mas pequeña de un elemento que aún mantiene las
propiedades químicas de éste.
A la combinación de dos o más átomos iguales o diferentes se le denomina:
molécula.
En el núcleo se encuentran los protones y neutrones. En la corteza se
encuentran los electrones, recorriendo trayectorias circulares o elípticas
(órbitas).
Todo átomo tiene un número de protones igual al número de electrones.
Los electrones de la última orbita forman los electrones de valencia.
7

8. EL ÁTOMO
La diferencia entre uno y otro elemento radica, básicamente, en la
cantidad de protones y electrones que tenga el átomo en el núcleo y en
las órbitas, respectivamente.
Hidrógeno Carbono Cobre
1 protón 6 protones 29 protones
1 electrón 6 electrones 29 electrones
8

9. 9

10. El núcleo positivo atrae a los electrones orbitales, pero
ESTRUCTURA ATÓMICA
estos no caen al núcleo debido a la fuerza centrifuga
(hacia fuera) creada por su movimiento orbital y el
electrón está en equilibrio.
10

11. EL ÁTOMO
La fuerza centrífuga es más débil en los electrones de las orbitas
más alejadas del centro.
El cobre tiene un electrón de valencia, que puede ser arrancado de
la órbita por una débil fuerza, esto hace que sea buen conductor.
Los mejores conductores son el cobre, el oro y la plata por que
tienen un único electrón de valencia.
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12. CARGA ELECTRICA
Todo objeto cuyo número de electrones sea distinto al de protones
tiene carga eléctrica. Si tiene más electrones que protones la carga
es negativa. Si tiene menos electrones que protones, la carga es
positiva.
Cargas eléctricas de distinto signo se atraen y cargas eléctricas de
igual signo se repelen.
Protón Protón
+ + (Repulsión)
Electrón Electrón
- - (Repulsión)
Protón Electrón
+ - (Atracción)
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13. COMO SE CARGAN
LOS CUERPOS?
Carga por Fricción.
La fricción como ya se sabe, trae
muchas cosas por descubrir una de
ellas es la transferencia de
electrones de un material a otro, nos
podemos dar cuenta de esto cuando
nos peinamos o acariciamos un gato.
 Hay materiales que mediante la
fricción quedan electrizados durante un
tiempo, y esto es por la transferencia
de electrones de un cuerpo a otro.
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14. CARGA ELÉCTRICA
• Si el número de protones de un átomo es igual al número de
electrones, la carga neta del átomo es: cero. (cuerpo
neutro)
• Entonces, para cargar eléctricamente un cuerpo habría que
agregar o retirar electrones de las últimas órbitas de sus
átomos.
• Si agregamos electrones, el átomo se cargará
negativamente.
• Si retiramos electrones, el átomo se cargará positivamente,
suponiendo que el átomo, inicialmente, es neutro.
• La unidad de la carga eléctrica es el “Coulombio” (C), en el
que 1 C = 6.3x1018 electrones. Es decir un exceso o defecto
de 6 trillones de electrones.
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15. MOVIMIENTO ELECTRÓNICO
• Un cuerpo con carga positiva y otro con carga negativa
generarán una diferencia de carga eléctrica.
• Si estos cuerpos se unen con un conductor eléctrico, el
exceso de electrones de uno será atraído por el defecto de
electrones del otro (carga positiva) hasta que se
establezca un equilibrio.
• A través del conductor aparece una circulación de
electrones que va del polo negativo al positivo, este
movimiento de electrones se denomina corriente eléctrica.
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16. TENSIÓN ELÉCTRICA
Una fuente de tensión tiene por misión separar cargas
eléctricas en dos bornes.
Símbolos de fuentes de tensión
+
+
U E
- -
Norma IEC Norma NEMA
Unidad ……… V(voltio)
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17. SIGLAS SIGNIFICADO DE LAS SIGLAS
UNE Unificación Normas Españolas, organismo español de publicación de normas.
IEC International Electrotechnical Commission. En esta comisión participan y colaboran las principales naciones
industrializadas. Las recomendaciones que hace la IEC son tomadas en parte o totalmente por las diferentes
comisiones nacionales.
DIN Deutsche Industrienormen. Normas alemanas para la industria.
UTE Union Technique de I’Electricité. Asociación electrónica francesa.
BS British Standard. Normalización inglesa, que acoge en gran parte las normas IEC.
ANSI American National Standards Institute. Instituto de normalización nacional de USA.
NEMA National Electrical Manufactures Association. Asociación de fabricantes de productos electrotécnicos de
USA.
SEV Schweizerischer Elektrotechnischer Verein. Entidad electrónica suiza.
NF Normas francesas.
IS Indian Standard. Prescripciones indias unificadas en gran parte con IEC.
JIS Japonese Industrial Standard. Prescripciones japonesas.
CEE International Comission on Rules for the Approval of Electrical Equipment. Prescripciones internacionales
preferentemente para aparatos de instalación de baja tensión hasta 63ª.
AS Australian Standard. Prescripciones australianas unificadas en gran parte con IEC.
CSA Canadian Standard Association. Asociación para la normalización en Canadá. 17
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18. UNIDADES DE TENSION
ELECTRICA
Múltiplos
KV = 103 V
MV = 106 V
Submúltiplos
mV = 10-3 V
µV = 10-6 V
nV = 10-9 V
pV = 10-12 V
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19. FORMAS DE OBTENER
TENSIÓN ELECTRICA
• Tensión por frotamiento
Al frotar materiales plásticos se obtiene un desequilibrio de cargas
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20. Las nubes, empujadas por el viento, se cargan eléctricamente, hasta tal
punto que deben descargarse para neutralizar este exceso. Este fenómeno
natural es el rayo.
20

21. FORMAS DE OBTENER
TENSIÓN ELECTRICA
b) Tensión por inducción magnética
La diferencia de cargas se obtienen al mover una bobina en un campo
magnético o al mover un imán en una bobina fija.
21

22. FORMAS DE OBTENER
TENSIÓN ELECTRICA
c) Tensión por presión
Al variar la presión o la tracción aparece una diferencia de cargas entre las
superficies de determinados cristales (por ejemplo, cuarzo). El valor de la
diferencia de cargas depende de la intensidad del esfuerzo exterior.
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23. FORMAS DE OBTENER
TENSIÓN ELECTRICA
d) Tensión por calor
Al calentar el punto de contacto de dos metales (Termocupla) diferentes
aparece una pequeña tensión.
+
+
-
23

24. Termómetros digitales Termocupla o Termopar
Estos termómetros miden la temperatura en el punto de conexión de dos
alambres finos colocados en la punta de la sonda.
24

25. FORMAS DE OBTENER
TENSIÓN ELECTRICA
e) Tensión por luz:
Cuando la luz incide sobre determinados materiales (silicio, germanio)
provoca una separación de cargas.
Célula fotovoltaica
25

26. Las células fotovoltaicas convierten la luz solar directamente en electricidad.
Éstas células, también llamadas células solares, normalmente están hechas de
silicio, cuya materia prima es arena. Un pedazo de semiconductor fino recibe un
tratamiento especial para que forme un campo eléctrico, positivo en un lado y
negativo en el otro. Cuando la energía luminosa del sol llega a la célula, se
liberan los electrones de los átomos en el material semiconductor, lo cual crea
una corriente eléctrica. Usualmente, cada célula puede generar
aproximadamente 1 vatio de electricidad.
26

27. 27

28. FORMAS DE OBTENER
TENSIÓN ELECTRICA
f) Tensión por procesos químicos
Cuando se sumergen dos conductores diferentes en un líquido conductor
también se produce una separación de cargas, fenómeno que se utiliza en
todas las fuentes de tensión electroquímicas.
28

29. 29

30. FORMAS DE CONECTAR LAS PILAS ELECTRICAS..
30

31. TIPOS DE TENSION
a) Tensión Continua (DC):
Es aquella en la que su polaridad no cambia en el tiempo y su
magnitud permanece constante
_______
Símbolo :
31

32. TIPOS DE TENSION
b) Tensión Alterna (AC):
Es aquella en la que su polaridad varia con el tiempo y su magnitud es
variable.
Símbolo:
32

33. TIPOS DE TENSION
c) Tensión Mixta:
Es la suma de las dos anteriores. Su magnitud no es constante,
oscilando alrededor de un valor medio.
Símbolo:
33

34. POTENCIAL ELECTRICO
Es la tensión de un punto respecto de otro “referencia” o “tierra”. Y la diferencia
de potencial entre dos puntos es la diferencia aritmética entre el punto de mayor
potencial menos el punto de menor potencial.
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35. POTENCIAL ELECTRICO
Potencial (V)
+30
+20 20V
+10 20V
60V
0
30V
-10
30V 10V
-20
-30
35

36. CIRCUITO ELECTRICO:
Se define como un conjunto de elementos conductores que forman un
camino cerrado (malla) por el cual circula una corriente eléctrica.
interruptor
+ Carga o
receptor
Fuente de
tensión
-
Conductor
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37. 37

38. 38

39. Intensidad de corriente
produce efecto
causa
tensión corriente
La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga que circula por
segundo a través de una sección del conductor.
t
Intensidad de corriente = Cantidad de carga
Tiempo de circulación
Símbolo ………………… I KA (kiloamperio) = 1 000 A
Unidad ……………….. A (Amperio) mA (miliamperio) = 0.001A
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40. TIPOS DE CORRIENTE
a) Corriente Continua (DC):
Es aquella en la que su magnitud permanece constante con el
tiempo y su valor permanece constante
IDC(A)
40

41. TIPOS DE CORRIENTE
b) Corriente Alterna (AC):
Es aquella en la que su sentido de movimiento varia con el tiempo y
su magnitud es variable.
iAC(a)
+ +
t(s)
- -
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42. MEDICION DE LA TENSION ELECTRICA
El instrumento que mide tensión es el: voltímetro
Símbolo del voltímetro V
Esquema eléctrico para medir tensión
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43. 43

44. Unidades de Prefijo en Ingeniería
Prefijo Abreviación Valor
Tera T 1012
Giga G 109
Mega M 106
Kilo k 103
(nada) 100
Mili m 10-3
Micro µ 10-6
Nano n 10-9
Pico p 10-12
Fempto f 10-15
Atto a 10-18
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45. Marque la alternativa correcta.
1. La electricidad es:
a) Una destrucción de electrones.
b) Una marcha de electrones de sus átomos.
c) Un intercambio de electrones entre átomos.
2. Un cuerpo aislante presenta:
a) Gran resistencia al paso de los electrones.
b) Una desviación en el camino de los electrones.
c) Poca resistencia al paso de los electrones.
3. La intensidad eléctrica es:
a) El paso de electrones por un conductor.
b) La cantidad de electrones que pasan.
c) Los electrones que circulan cada segundo.
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46. 4. ¿Cuántos mA hay en 2.5 A? 5. ¿Cuántos A hay en 25 mA?
a) 25 mA. a) 25000 A.
b) 250 mA. b) 0.0025 A.
c) 2500 mA. c) 0.025 A.
6. ¿Cuántos mV hay en 2.5 KV? 7. ¿Cuántos KV hay en 25 MV?
a) 25000 mV. a) 25000 KV.
b) 0.025 mV. b) 0.025 KV.
c) 2500000 mV. c) 25000 KV.
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47. Por un cable pasan 24 trillones de electrones en 2 segundos. Calcular la intensidad en A que pasa, si
se supone que 1 culombio tiene 6 trillones de electrones.
Solución:
Por un conductor circulan 32 microamperios o millonésimas de amperio. ¿Cuántos culombios pasan en
2 segundos?
Solución:
Tecsup 2010-II
U01 Conceptos Fundamentales de la Electricidad 47

48. Calcular los mA que circulan por un cable conductor que es atravesado por 10 culombios en 2
segundos.
Solución:
Por un cable circulan 1.800 culombios en un tiempo de 3 minutos. Calcular la corriente eléctrica.
Solución:
Tecsup 2010-II
U01 Conceptos Fundamentales de la Electricidad 48

49. Tecsup 2010-II
U01 Conceptos Fundamentales de la Electricidad 49

50. CORRIENTE
Y
RESISTENCIA ELECTRICA
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51. OBJETIVOS
•Describir los tipos de corriente y sus efectos.
•Analizar las magnitudes que afectan las resistencias eléctricas.
Esta sesión aporta al logro del siguiente Resultado de la Carrera:
“Los estudiantes aplican matemáticas, ciencia y tecnología en el
diseño, instalación, operación y mantenimiento de sistemas
eléctricos”.
Hernando Prada 51

52. INTENSIDAD DE CORRIENTE
• DEFINICIÓN:
La corriente eléctrica de un conductor se define
como la cantidad neta de carga que pasa por él,
por unidad de tiempo, en cualquiera de sus
puntos.
∆Q
I=
∆t
Hernando Prada 52

53. INTENSIDAD DE CORRIENTE
Hernando Prada 53

54. Intensidad de Corriente
• La carga de un cuerpo se mide por el número de
electrones que posee en exceso o por defecto, esta
carga se expresa en Couloms(C).
• Un cuerpo tiene una carga de 1C si ganó o
perdió 6.25*1018 electrones.
• De la relación anterior deducimos que un
electrón tiene una carga de 1.6*10-19 C
Hernando Prada 54

55. Ejemplo:
• Calcular la intensidad de Corriente que circula
por un conductor durante 16 segundos si han
pasado por la seccion circular del conductor
2*1019 electrones
Rpta: 0.2 A
Hernando Prada 55

56. Intensidad de Corriente
Hernando Prada 56

57. Intensidad de Corriente
UNIDADES Y MÚLTIPLOS:
Hernando Prada 57

58. Intensidad de Corriente
• Ordenes de Magnitud:
Hernando Prada 58

59. Circuito Eléctrico
La corriente eléctrica es la circulación de cargas o electrones a través de un
circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo
positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).
¿Qué provoca el movimiento de los electrones en un conductor?
Para que por un conductor circule una corriente eléctrica, es necesario
que entre sus extremos haya una diferencia de carga eléctrica, de
manera que los electrones circularán desde donde hay más cantidad
hasta donde hay menos.
Hernando Prada 59

60. Circuito Eléctrico y Circuito Hidráulico Cerrado
Hernando Prada 60

61. Símil hidráulico:
Diferencia de niveles de fluido:
Diferencia de potencial
Flujo de agua:
Corriente eléctrica
Bomba hidráulica:
Fuente de voltaje
La corriente, al igual que el agua, circula a través de unos canales o
tuberías; son los cables conductores y por ellos fluyen los electrones
hacia los elementos consumidores.
Hernando Prada 61

62. MEDICION DE LA CORRIENTE ELECTRICA
El instrumento que mide corriente es el Amperímetro
Símbolo: A
Esquema eléctrico para medir corriente
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63. Hernando Prada 63

64. Sentido de la Corriente Eléctrica
El sentido de la corriente en el interior de la fuente de tensión, es del borne
positivo al borne negativo, este es el verdadero sentido de la corriente, llamado
sentido real o sentido electrónico.
Hernando Prada 64

65. Sentido de la Corriente Eléctrica
Hernando Prada 65

66. Sentido de la Corriente Eléctrica
Sin embargo, asumimos que el sentido de la corriente es el contrario al
sentido verdadero, a esto se conoce como sentido técnico de la corriente.
En el presente curso asumiremos que la corriente circula en el
sentido técnico.
Hernando Prada 66

67. Efectos de la corriente eléctrica
•Efecto calorífico
•Efecto luminoso
•Efecto químico
•Efecto fisiológico
Hernando Prada 67

68. Hernando Prada 68

69. RESISTENCIA ELECTRICA
“La resistencia eléctrica es la mayor o menor oposición que ofrecen los cuerpos
Conductores al paso de la corriente eléctrica”
La Resistencia depende de:
1.- La sección del conductor
Mayor área ===>Menor Resistencia
Menor área ===>Mayor Resistencia
2.- La longitud del conductor
La resistencia de un conductor aumenta con su longitud
Hernando Prada 69

70. 3. La resistividad
La resistividad de un conductor o la resistencia eléctrica especifica, es una
característica propia de cada elemento o material y se define como la
resistencia de un conductor de un metro de longitud y un m2 de sección.
Hernando Prada 70

71. 3.- La resistividad depende del material
Algunas resistividades…
Hernando Prada 71

72. De lo visto anteriormente podemos relacionar lo siguiente:
Hernando Prada 72

73. RESISTENCIA ELECTRICA
Definimos la resistencia eléctrica como la oposición que ejerce un material al
paso de la corriente eléctrica.
representación
Símbolo: R
Unidad: Ω (Ohmio)
Hernando Prada 73

74. Medición de la resistencia eléctrica
El instrumento que mide la resistencia eléctrica es el ohmímetro
Símbolo: Ω
Conexión para medir resistencia eléctrica
Hernando Prada 74

75. Medición de resistencia eléctrica con el multimetro Analógico
Procedimiento
1. Gire el selector de función a la escala y posición de ohmios.
2. Cortocircuite (unir) las puntas de prueba para obtener cero ohmios.
3. Gire la perilla de ajuste de cero hasta obtener cero ohmios.
4. Conectar las puntas de prueba al resistor y leer los valores
obtenidos.
5. Cada vez que cambie de escala poner a cero el ohmímetro.
Hernando Prada 75

76. Prueba de continuidad
Si tenemos un ohmímetro, podemos realizar pruebas sencillas que nos determinen el
estado de algunos dispositivos, aparatos o máquinas eléctricas.
Por ejemplo, necesitamos saber si la bobina de un motor está “abierta” o cerrada “, si un
interruptor esta en ON (cerrado) o en OFF (abierto).
Hernando Prada 76

77. VARIACION DE LA RESISTENCIA POR EFECTO DE LA TEMPERATURA
El calor es el movimiento de las moléculas o de los átomos.
Por tanto al aumentar la oposición a la circulación de los electrones aumenta la
resistencia.
Hernando Prada 77

78. Formas de calentar un conductor
a) Calentamiento interno o propio: Producido por la circulación de
corriente en un conductor (efecto joule)
b) Calentamiento externo o indirecto: Producido por influencia externa.
RF = Ri [1 + α ( TF - Ti ) ]
Hernando Prada 78

79. Clasificación de las resistencias
Hernando Prada 79

80. Tipos de Resistencias
Potenciómetros de ajuste (trimmer)
potenciómetros giratorios
Potenciómetro de cursor
Fotorresistencias (LDR)
Resistencia bobinadas Resistencias de película
Hernando Prada 80

81. Tipos
Hernando Prada 81

82. Tipos
Hernando Prada 82

83. Tipos
Hernando Prada 83

84. Tipos
Hernando Prada 84

85. Tipos
Hernando Prada 85

86. Tipos
Hernando Prada 86

87. Tipos
Hernando Prada 87

88. Códigos de identificación de resistencias eléctricas
1. Mediante letras y cifras
Hernando Prada 88

89. Códigos de identificación de resistencias eléctricas
2. Mediante código de colores
Hernando Prada 89

90. Hernando Prada 90

91. Rectangle 15
4 7 102 ±
10%
Primera banda & Segunda banda x tercera banda = valor nominal
4 7 100 = 4700
Valor nominal = 4700
Tolerancia = 10%
Valor máximo = 4700 +10 % de 4700 = 5170
Valor mínimo = 4700 – 10 % de 4700 = 4230
Hernando Prada 91

92. ASOCIACION DE RESISTENCIAS
Resistencias en Serie
Se dice que varias resistencias están en serie cuando van conectadas unas
detrás de otras.
RT = R1 + R2 + R3 + . . . Rn
La resistencia total será: 10 + 20 + 5 = 35 Ω.
Hernando Prada 92

93. ASOCIACION DE RESISTENCIAS
Resistencias en Paralelo
Varias resistencias están en paralelo cuando tienen unidos los extremos en un
mismo punto.
1 1 1 1 1
= + + + +
R
T
R R R
1 2
R3 n
1 1 1 1 13
= + + =
R 2 3 4 12
T
12 Ω
===> R =
13
T
93

94. Hernando Prada 94

95. Hernando Prada 95

96. Hernando Prada 96

97. EJERCICIOS
Un alambre de cobre de 800m y un área 8mm2 tiene una resistividad de
1.72x10-6 Ωmm2/m y otro alambre de aluminio de 950m de largo cuya
resistividad es de 2.63x10-6 Ωmm2/cm. están conectados en serie ¿cual es la
resistencia total del conductor? Si el alambre de aluminio tiene un diámetro
de 3mm. (π = 3.1416)
Hernando Prada 97

98. EJERCICIOS
Calcular la resistencia equivalente del circuito mostrado
4Ω 2Ω
4Ω 6Ω 16 Ω
I
9Ω
220V 9Ω
5Ω 12 Ω 7Ω
25 Ω 27/6 Ω 4Ω
Hernando Prada 98

99. • La resistencia final de un termómetro de platino es de 135Ω a 80ºC, hallar el
valor de su resistencia inicial a 25ºC. coeficiente de temperatura de la resistencia
de platino 0.00392 ºC-1.
• Un cable circular de cobre, de 1milímetro de diámetro tiene una resistividad de
0.0175Ω mm2/m y el valor de su resistencia es de 10 Ω. Calcular su longitud.
(π=3.14)
• Calcular la resistencia de un conductor de aluminio cuya longitud es de 42m y
sección 1.55mm2,ρAl= 0.028 Ωxmm2/cm
• Calcular la resistencia equivalente del siguiente circuito
Hernando Prada 99

100. MUCHAS GRACIAS
Hernando Prada 100