Paper de difusión científica sobre la corriente eléctrica

1. Paper de Difusión Científica - Corriente Eléctrica
Autores:
 Mamani Mejía, Jhonday Jesús – jhondaymame@gmail.com
 Olivera Rondón, Luis Abel – luis.olivera2015@gmail.com
Escuela Profesional de Ingeniería de Sistemas – Universidad Andina del Cusco
Abstract
Las cargas se mueven bajo la influencia de los campos eléctricos, constituyendo lo que se
denomina, corriente eléctrica. Pone de relieve su importancia, el hecho de que una gran
mayoría de las aplicaciones en electricidad implican a la propia corriente. De manera
habitual, asociamos las corrientes al movimiento de cargas en conductores, pero el haz
de iones que proviene de un acelerador de partículas o los electrones en un tubo de
imagen de televisión, también, forman parte de la corriente eléctrica. Ahora bien, el
movimiento de las cargas en un conductor se vuelve complejo, debido a la presencia de
fuerzas adicionales a las creadas por los campos. Estas fuerzas son debidas a las
colisiones producidas por la nube electrónica y los iones positivos del propio material y a
los campos eléctricos internos generados en el conductor.

2. Introducción
El término corriente eléctrica, o simplemente corriente, se emplea para describir la tasa de
flujo de carga que pasa por alguna región de espacio. La mayor parte de las aplicaciones
prácticas de la electricidad tienen que ver con corrientes eléctricas. Por ejemplo, la batería
de una luz de destellos suministra corriente al filamento de la bombilla cuando el
interruptor se conecta. Una gran variedad de aparatos domésticos funcionan con corriente
alterna. En estas situaciones comunes, el flujo de carga fluye por un conductor, por
ejemplo, un alambre de cobre. Es posible también que existan corrientes fuera de un
conductor. Por ejemplo, un haz de electrones en el tubo de imagen de una TV constituye
una corriente.
Desarrollo de la Investigación
Intensidad de Corriente
La corriente eléctrica es la circulación de cargas eléctricas en un circuito eléctrico.
La intensidad de corriente eléctrica (I) es la cantidad de electricidad o carga eléctrica (Q)
que circula por un circuito en la unidad de tiempo (t). Para denominar la Intensidad se
utiliza la letra I, y su unidad es el Amperio (A).
La intensidad de corriente eléctrica viene dada por la siguiente fórmula:
𝐼 =
𝑄
𝑡
Donde:
I = Intensidad expresada en Amperios (A)
Q = Carga eléctrica expresada en Culombios (C)
t = Tiempo expresado en segundos (seg.)

3. Resistencia Eléctrica
Es la oposición que encuentra la corriente eléctrica para pasar por los materiales.
Depende de tres factores:
 Tipo de material: Cada material presenta una resistencia diferente y unas
características propias, habiendo materiales más conductores que otros. A esta
resistencia se les llama resistividad (ρ) y tiene un valor constante que se mide en
(Ωm).
 La longitud: Cuanto mayor es la longitud del conductor, más resistencia ofrece. Se
mide en metros (m).
 La sección: Cuanto más grande es la sección, menos resistencia ofrece el
conductor. Por lo tanto, presenta más resistencia un hilo conductor delgado que
uno grueso. Se mide en m2
.
La resistencia de un conductor se cuantifica en Ohmios (Ω) y se puede calcular de la
siguiente manera:
𝑅 = 𝜌
𝐿
𝑆
Ley de Ohm
La ley de Ohm es la ley fundamental de la corriente eléctrica. Dice así: “En un circuito
eléctrico, la intensidad de la corriente que lo recorre es directamente proporcional a la
tensión aplicada, e inversamente proporcional a la resistencia que este presenta”.
Se expresa mediante la fórmula:
𝑉 = 𝑅. 𝐼
Asociación de Resistencias
 Asociación de pilas en serie: Las pilas pueden conectarse en serie cualesquiera
que sean las fuerzas electromotrices y la máxima corriente que cada una de ellas
pueda suministrar. Evidentemente, al conectarlas en serie, las fuerzas
electromotrices se suman, así como sus resistencias internas. Se puede notar que
la pila equivalente al conjunto de las n pilas resulta con una f.e.m. mayor, pero,
con una resistencia interna mayor, lo cual empeora la situación en este punto. Se
debe considerar, además, la corriente máxima que puede suministrar cada una de
ellas. La asociación serie sólo podrá suministrar la corriente de la pila que menos
corriente es capaz suministrar.

4.  Asociación de pilas en paralelo: Al conectar pilas en paralelo debe tenerse en
cuenta que sean todas de la misma f.e.m., ya que, en caso contrario, fluiría
corriente de la de más f.e.m. a la de menos, disipándose potencia en forma de
calor en las resistencias internas, agotándolas rápidamente. Si todas ellas son del
mismo voltaje el conjunto equivale a una sola pila de la misma tensión, pero con
menor resistencia interna. Además, la corriente total que puede suministrar el
conjunto es la suma de las corrientes de cada una de ellas, por concurrir en un
nudo. La asociación en paralelo por tanto, podrá dar más corriente que una sola
pila, o, dando la misma corriente, tardará más en descargarse.
Potencia Eléctrica
Es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; esto quiere decir que
la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado.
La unidad en el Sistema Internacional de medidas es el vatio (watt).
Energía Eléctrica
Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una
diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica
entre ambos cuando se le pone en contacto por medio de un conductor eléctrico.
La energía puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como energía
lumínica, energía mecánica o energía térmica.
Leyes de Kirchhoff
Primera Ley de Kirchhoff
*Describe con precisión la situación del circuito:
La suma de las tensiones en un bucle de corriente cerrado es cero.
*Las resistencias son sumideros de potencia, mientras que la batería es una fuente de
potencia.
En el caso sencillo de una única fuente de tensión, una sencilla operación algebraica
indica que la suma de las caídas de tensión individuales debe ser igual a la tensión
aplicada:

5. E= E1 + E2 + E3
E= 37,9 + 151,5 + 60,6
E= 250 V
Kirchhoff para voltajes - lazos
Camino cerrado, lazo o bucle empezando por un nodo cualquiera se establece un
camino cerrado en un circuito pasando por los elementos básicos y regresando al nodo
original sin pasar dos veces por cualquier nodo intermedio.
Ley de Kirchhoff para el voltaje
La suma algebraica de las diferencias de potencial a lo largo de cualquier camino cerrado
del circuito es cero.

6. La suma algebraica implica que hay que asignar un signo a los voltajes a lo largo del lazo.
Segunda ley de Kirchhoff
"La corriente que circula hacia un nodo o punto de derivación es igual a la suma de las
corrientes que abandonan el nodo o derivación.“
I1= E / R1=250 / 5 = 50mA
I2 = E / R2 = 250 / 20 =12,5mA
I3 = E / R3 = 250 / 8 = 31,25 mA
La corriente total es
I total =I1 + I2 + I3 = 50 + 12,5 + 31,25 = 93,75 mA

7. Kirchhoff para corrientes – nodos
Un nodo es un punto del circuito donde se unen dos o más elementos
Ley de Kirchhoff de la corriente
La suma algebraica de las corrientes en cualquier nodo del circuito es igual a cero.

8. Problemas de aplicación
1) Calcula la potencia eléctrica de una bombilla alimentada a un voltaje de 220voltios y
por el que pasa una intensidad de corriente de 2 amperios. Calcula la energía eléctrica
consumida por la bombilla si ha estado encendida durante 1 hora.
P=V*I ; P= 220*2= 440 w = 0,44 kw
E=P*t ; E= 0,44*1= 0,44 kw.h
2) Calcula la potencia eléctrica de una bombilla alimentada a un voltaje de 220voltios y
que tiene una resistencia de 10 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida por la
bombilla si ha estado encendida durante 2 horas.
I = V/R = 220/10; I= 22 A
P=V*I ; P= 220*22 = 4840 w = 4,84 kw
E=P*t ; E= 4,84*2 = 9,68 kw.h
3) Calcula la potencia eléctrica de un motor por el que pasa un intensidad de 4 A y que
tiene una resistencia de 100 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida por el motor
si ha estado funcionando durante media hora.
V = I * R; V= 4*100 = 400 voltios
P=V*I ; P= 400*4 = 1600 w = 1,6 kw ; media hora= 0,5 horas
E=P*t ; E= 1,6*0.5 = 0,8 kw.h
4) Calcula la potencia eléctrica de un calefactor eléctrico alimentado a un voltaje de 120
voltios y que tiene una resistencia de 50 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida
por el motor si ha estado funcionando durante 15 minutos.
I = V / R = 120/50; ; I= 2,4 A
P=V*I ; P= 120*2,4 = 288 w = 0,288 kw ; 15 minutos= 0,25 horas
E=P*t ; E= 0,288*0,25 = 0,072 kw.h

9. 5) Calcula la potencia eléctrica de un motor eléctrico por el que pasa una intensidad de
corriente de 3 A y que tiene una resistencia de 200 ohmios. Calcula la energía eléctrica
consumida por el motor si ha estado funcionando durante 10 minutos.
V = I * R ; V= 3*200 = 600 voltios
P=V*I ; P= 600*3 = 1800 w = 1,8 kw ; 10 minutos=¿? Horas
Regla de tres:
60 minutos ---> 1 hora
10 minutos ---> X horas
60 * X = 10 * 1 ---> X = 0,16 horas.
E=P*t ; E= 1,8*0,16 = 0,3 kw.h
6) Una batería de automóvil de 12 V de fem proporciona 7,5 A al encender las luces
delanteras. Cuando el conductor opera el motor de arranque con las luces encendidas, la
corriente total llega a 40 A. Calcule la potencia eléctrica en ambos casos.
Resolución:
datos: fem = 12 V
i1 = 7,5 A
i2 = 40 A
P1 = V.i1 Þ P1 = 12 V.7,5 A Þ P1 = 90 W
P2 = V.i2 Þ P2 = 12 V.40 A Þ P1 = 480 W
7) Una pila cuesta 2,00 €. Su tensión es de 1,5 V y puede entregar 2 A durante 6 horas,
calcule:
a) La potencia.
b) La energía.

10. c) El costo de cada kWh.
Resolución:
datos: i = 2 A
V = 1,5 V
c pila = 2,00 €
t = 6 h = 21600 s
a) P = V.i Þ P = 1,5 V.2 A Þ P = 3 W
b) E = P.t Þ E = 3 W.21600 s Þ E = 64800 J = 0,018 kW.h
c) Costo = c pila/E Þ Costo = 2,00€ / 0,018 kW.h Þ Costo = 111,11 $/kW.h
8) Una lámpara cuya I es de 0,5 está conectada a una línea de 220v. Calcular:
•La potencia eléctrica
•La energía consumida en Julios si ha estado encendido durante 5h.
P= V·I = 0,5·220 = 110 w
E = P.T= 110 · 3600·5=1.980.000 Jul

11. Conclusión
El conocimiento y la comprensión de los elementos que forman un circuito eléctrico nos
permiten entender cómo se suministra y se disipa la energía en ellos.
Una vez entendidos los conceptos básicos que intervienen en los circuitos eléctricos,
éstos se pueden aprovechar con diferentes fines prácticos, tales como sistemas de
calefacción, instalaciones de iluminación, accionamiento de máquinas, motores, etc.
Bibliografía
Tipler & Mosca “Física para la ciencia y tecnología” Ed. Reverté (vol. II)
Serway & Jewett, “Física”, Ed. Thomson (vol. II) •Halliday, Resnick & Walter, “Física”, Ed.
Addison- Wesley.
Sears, Zemansky, Young & Freedman, “Física Universitaria”, Ed. Pearson Education (vol.
II)
Alonso, M. y Finn, E. J. Física. Addison-Wesley Iberoamericana, Madrid (1995), capítulo
24 parte A.