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Corriente y resistencia
    Presentación PowerPoint de
 Paul E. Tippens, Profesor de Física
Southern Polytechnic State University
Objetivos: Después de completar
        este módulo deberá:
• Definir corriente eléctrica y fuerza
  electromotriz.
• Escribir y aplicar la ley de Ohm a circuitos
  que contengan resistencia y fem.
• Definir la resistividad de un material y
  aplicar fórmulas para su cálculo.
• Definir y aplicar el concepto de coeficiente
  de temperatura de la resistencia.
Corriente eléctrica
La corriente eléctrica I es la tasa
del flujo de carga Q a través de       +        +Q
una sección transversal A en                         A
una unidad de tiempo t.                                  t
                                      Alambre
            Q               1C
       I
            t
                    1A
                            1s                           -

      Un ampere A es la carga que fluye a
      la tasa de un coulomb por segundo.
Ejemplo 1. La corriente eléctrica en un alambre
  es de 6 A. ¿Cuántos electrones fluyen a través
  de un punto dado en un tiempo de 3 s?

            q
        I     ; q   It
            t                              I=6A
        q = (6 A)(3 s) = 18 C
Recuerde que: 1 e- = 1.6 x 10-19 C, luego convierta:
                 1e-                  20
 18 C   18 C                1,125 x 10 electrons
             1.6 x 10-19C

        En 3 s: 1.12 x 1020 electrones
Corriente convencional
Imagine un capacitor cargado con Q = CV al que
                       se permite descargarse.
         + -
         + -                Flujo de electrones: La dirección
         + -                de e- que fluye de – a +.
        Flujo de
     e electrones
      -
                            Corriente convencional: El
                        +
                            movimiento de +q de + a –
   Flujo convencional
                            tiene el mismo efecto.

Los campos eléctricos y el potencial se definen en
términos de +q, así que se supondrá corriente
convencional (incluso si el flujo de electrones puede
ser el flujo real).
Fuerza electromotriz
Una fuente de fuerza electromotriz (fem) es un
dispositivo que usa energía química, mecánica u
otra para proporcionar la diferencia de potencial
necesaria para corriente eléctrica.




Líneas de          Batería      Generador
transmisión                     eólico
Analogía de agua para FEM
  Presión   Constricción   Presión   Potencial Resistor   Potencial
    alta                    baja       alto                 bajo
                                            +             -
                                                  R
             Flujo Válvula              I                     Interruptor

            de agua                              E

Agua          Bomba                           Fuente de
                                                FEM

La fuente de fem (bomba) proporciona el voltaje
(presión) para forzar electrones (agua) a través de
una resistencia eléctrica (constricción estrecha).
Símbolos de circuito eléctrico
 Con frecuencia, los circuitos eléctricos contienen
 uno o más resistores agrupados y unidos a una
 fuente de energía, como una batería.
Con frecuencia se usan los siguientes símbolos:

    Tierra          Batería          Resistor
                    +    -

   + - + -
   - + - + -
Resistencia eléctrica
Suponga que se aplica una diferencia de potencial constante
de 4 V a los extremos de barras geométricamente similares
de, por decir, acero, cobre y vidrio.

       Acero              Cobre              Vidrio

        Is                 Ic                 Ig

        4V                 4V                 4V
    La corriente en el vidrio es mucho menor
    para el acero o el hierro, lo que sugiere una
    propiedad de los materiales llamada
    resistencia eléctrica R.
Ley de Ohm
La ley de Ohm afirma que la corriente I a través de un
  conductor dado es directamente proporcional a la
 diferencia de potencial V entre sus puntos extremos.


             Ley de Ohm           I     V
 La ley de Ohm permite definir la resistencia
 R y escribir las siguientes formas de la ley:

             V                               V
       I       ;      V      IR;       R
             R                               I
Ejemplo 2. Cuando una batería de 3 V se
   conecta a una luz, se observa una corriente
   de 6 mA. ¿Cuál es la resistencia del filamento
   de la luz?
           V     3.0 V
       R
           I    0.006 A
           R = 500
                                       +           -
                                           R
La unidad SI para la resistencia   I   6 mA
eléctrica es el ohm,                   V=3V
                 1V                    Fuente de
            1
                 1A                      FEM
Símbolos de circuito de laboratorio
                         A
                   +
      V      fem                       Reóstato
                   -




Voltímetro   Fuente de Amperímetro   Reóstato
               FEM
Factores que afectan la resistencia
1. La longitud L del material. Los materiales
   más largos tienen mayor resistencia.
             L                2L
          1                   2
2. El área A de sección transversal del material. Las
  áreas más grandes ofrecen MENOS resistencia.

                 A                 2A
         2
                              1
Factores que afectan R (Cont.)
3. La temperatura T del material. Las temperaturas
  más altas resultan en resistencias más altas.

                                    R > Ro
         Ro
4. El tipo del material. El hierro tiene más
   resistencia eléctrica que un conductor de
   cobre geométricamente similar.

                                     Ri > R c
       Cobre            Hierro
Resistividad de un material
La resistividad es una propiedad de un material
    que determina su resistencia eléctrica R.

  Al recordar que R es directamente
  proporcional a la longitud L e inversamente
  proporcional al área A, se puede escribir:
               L             RA
          R         or
               A              L

La unidad de resistividad es el ohm-metro ( m)
Ejemplo 3. ¿Qué longitud L de alambre de
   cobre se requiere para producir un resistor de
   4 m ? Suponga que el diámetro del alambre
   es 1 mm y que la resistividad del cobre es
   1.72 x 10-8 .m .
        D2     (0.001 m) 2
  A                           A = 7.85 x 10-7 m2
        4          4
                                            -7   2
         L         RA   (0.004 )(7.85 x 10 m )
   R           L                      -8
         A                   1.72 x 10 m

La longitud requerida es:    L = 0.183 m
Coeficiente de temperatura
Para la mayoría de los materiales, la resistencia
R cambia en proporción a la resistencia inicial
Ro y al cambio en temperatura t.
    Cambio en             R     R0 t
    resistencia:
El coeficiente de temperatura de la resistencia, es
el cambio en resistencia por unidad de resistencia
por unidad de grado en cambio de temperatura.

                     R                1
                        ; Unidad es :
                   R0 t               C
Ejemplo 4. La resistencia de un alambre de cobre
es 4.00 m a 200C. ¿Cuál será su resistencia si se
calienta a 800C? Suponga que = 0.004 /Co.

Ro = 4.00 m        t = 80oC – 20oC = 60 Co
                            0                0
 R    R0 t ;    R (0.004 / C )(4 m )(60 C )

     R = 1.03 m         R = Ro + R

        R = 4.00 m    + 1.03 m

               R = 5.03 m
Potencia eléctrica
    La potencia eléctrica P es la tasa a la que se gasta la
    energía eléctrica, o trabajo por unidad de tiempo.

Para cargar C: Trabajo = qV
                                            V         q
         Trabajo     qV             q
P                           e I
            t         t             t
Sustituya q = It , entonces:                 I
                                                 V
          VIt
     P                     P = VI
           t
Cálculo de potencia
Al usar la ley de Ohm, se puede encontrar la
potencia eléctrica a partir de cualquier par de los
siguientes parámetros: corriente I, voltaje V y
resistencia R.
           Ley de Ohm: V = IR
                                         2
                        V 2
        P VI ; P I R; P
                         R
Ejemplo 5. Una herramienta se clasifica en 9 A
 cuando se usa con un circuito que proporciona 120 V.
 ¿Qué potencia se usa para operar esta herramienta?

     P = VI = (120 V)(9 A)      P = 1080 W


Ejemplo 6. Un calentador de 500 W extrae
una corriente de 10 A. ¿Cuál es la
resistencia?
                P    500 W
 P     2
      I R; R                     R = 5.00
                I2   (10 A) 2
Resumen de fórmulas
Corriente                Q                1C
eléctrica:
                   I             1A
                         t                1s


             Ley de Ohm

      V                               V
 I      ;     V          IR;    R
      R                               I
                                1 volt
     Resistencia       1 ohm
                               1 ampere
Resumen (Cont.)
 Resistividad      R
                         L
                              or
                                        RA
de materiales:           A               L

Coeficiente de temperatura de la resistencia:

                          R                1
     R     R0 t         R0 t
                             ; Unidade s :
                                           C

                                                2
   Potencia                        V
                                   2
                   P VI ; P I R; P
  eléctrica P:                      R
CONCLUSIÓN:
Corriente y resistencia

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CORRIENTE Y RESISTENCIA

  • 1. Corriente y resistencia Presentación PowerPoint de Paul E. Tippens, Profesor de Física Southern Polytechnic State University
  • 2. Objetivos: Después de completar este módulo deberá: • Definir corriente eléctrica y fuerza electromotriz. • Escribir y aplicar la ley de Ohm a circuitos que contengan resistencia y fem. • Definir la resistividad de un material y aplicar fórmulas para su cálculo. • Definir y aplicar el concepto de coeficiente de temperatura de la resistencia.
  • 3. Corriente eléctrica La corriente eléctrica I es la tasa del flujo de carga Q a través de + +Q una sección transversal A en A una unidad de tiempo t. t Alambre Q 1C I t 1A 1s - Un ampere A es la carga que fluye a la tasa de un coulomb por segundo.
  • 4. Ejemplo 1. La corriente eléctrica en un alambre es de 6 A. ¿Cuántos electrones fluyen a través de un punto dado en un tiempo de 3 s? q I ; q It t I=6A q = (6 A)(3 s) = 18 C Recuerde que: 1 e- = 1.6 x 10-19 C, luego convierta: 1e- 20 18 C 18 C 1,125 x 10 electrons 1.6 x 10-19C En 3 s: 1.12 x 1020 electrones
  • 5. Corriente convencional Imagine un capacitor cargado con Q = CV al que se permite descargarse. + - + - Flujo de electrones: La dirección + - de e- que fluye de – a +. Flujo de e electrones - Corriente convencional: El + movimiento de +q de + a – Flujo convencional tiene el mismo efecto. Los campos eléctricos y el potencial se definen en términos de +q, así que se supondrá corriente convencional (incluso si el flujo de electrones puede ser el flujo real).
  • 6. Fuerza electromotriz Una fuente de fuerza electromotriz (fem) es un dispositivo que usa energía química, mecánica u otra para proporcionar la diferencia de potencial necesaria para corriente eléctrica. Líneas de Batería Generador transmisión eólico
  • 7. Analogía de agua para FEM Presión Constricción Presión Potencial Resistor Potencial alta baja alto bajo + - R Flujo Válvula I Interruptor de agua E Agua Bomba Fuente de FEM La fuente de fem (bomba) proporciona el voltaje (presión) para forzar electrones (agua) a través de una resistencia eléctrica (constricción estrecha).
  • 8. Símbolos de circuito eléctrico Con frecuencia, los circuitos eléctricos contienen uno o más resistores agrupados y unidos a una fuente de energía, como una batería. Con frecuencia se usan los siguientes símbolos: Tierra Batería Resistor + - + - + - - + - + -
  • 9. Resistencia eléctrica Suponga que se aplica una diferencia de potencial constante de 4 V a los extremos de barras geométricamente similares de, por decir, acero, cobre y vidrio. Acero Cobre Vidrio Is Ic Ig 4V 4V 4V La corriente en el vidrio es mucho menor para el acero o el hierro, lo que sugiere una propiedad de los materiales llamada resistencia eléctrica R.
  • 10. Ley de Ohm La ley de Ohm afirma que la corriente I a través de un conductor dado es directamente proporcional a la diferencia de potencial V entre sus puntos extremos. Ley de Ohm I V La ley de Ohm permite definir la resistencia R y escribir las siguientes formas de la ley: V V I ; V IR; R R I
  • 11. Ejemplo 2. Cuando una batería de 3 V se conecta a una luz, se observa una corriente de 6 mA. ¿Cuál es la resistencia del filamento de la luz? V 3.0 V R I 0.006 A R = 500 + - R La unidad SI para la resistencia I 6 mA eléctrica es el ohm, V=3V 1V Fuente de 1 1A FEM
  • 12. Símbolos de circuito de laboratorio A + V fem Reóstato - Voltímetro Fuente de Amperímetro Reóstato FEM
  • 13. Factores que afectan la resistencia 1. La longitud L del material. Los materiales más largos tienen mayor resistencia. L 2L 1 2 2. El área A de sección transversal del material. Las áreas más grandes ofrecen MENOS resistencia. A 2A 2 1
  • 14. Factores que afectan R (Cont.) 3. La temperatura T del material. Las temperaturas más altas resultan en resistencias más altas. R > Ro Ro 4. El tipo del material. El hierro tiene más resistencia eléctrica que un conductor de cobre geométricamente similar. Ri > R c Cobre Hierro
  • 15. Resistividad de un material La resistividad es una propiedad de un material que determina su resistencia eléctrica R. Al recordar que R es directamente proporcional a la longitud L e inversamente proporcional al área A, se puede escribir: L RA R or A L La unidad de resistividad es el ohm-metro ( m)
  • 16. Ejemplo 3. ¿Qué longitud L de alambre de cobre se requiere para producir un resistor de 4 m ? Suponga que el diámetro del alambre es 1 mm y que la resistividad del cobre es 1.72 x 10-8 .m . D2 (0.001 m) 2 A A = 7.85 x 10-7 m2 4 4 -7 2 L RA (0.004 )(7.85 x 10 m ) R L -8 A 1.72 x 10 m La longitud requerida es: L = 0.183 m
  • 17. Coeficiente de temperatura Para la mayoría de los materiales, la resistencia R cambia en proporción a la resistencia inicial Ro y al cambio en temperatura t. Cambio en R R0 t resistencia: El coeficiente de temperatura de la resistencia, es el cambio en resistencia por unidad de resistencia por unidad de grado en cambio de temperatura. R 1 ; Unidad es : R0 t C
  • 18. Ejemplo 4. La resistencia de un alambre de cobre es 4.00 m a 200C. ¿Cuál será su resistencia si se calienta a 800C? Suponga que = 0.004 /Co. Ro = 4.00 m t = 80oC – 20oC = 60 Co 0 0 R R0 t ; R (0.004 / C )(4 m )(60 C ) R = 1.03 m R = Ro + R R = 4.00 m + 1.03 m R = 5.03 m
  • 19. Potencia eléctrica La potencia eléctrica P es la tasa a la que se gasta la energía eléctrica, o trabajo por unidad de tiempo. Para cargar C: Trabajo = qV V q Trabajo qV q P e I t t t Sustituya q = It , entonces: I V VIt P P = VI t
  • 20. Cálculo de potencia Al usar la ley de Ohm, se puede encontrar la potencia eléctrica a partir de cualquier par de los siguientes parámetros: corriente I, voltaje V y resistencia R. Ley de Ohm: V = IR 2 V 2 P VI ; P I R; P R
  • 21. Ejemplo 5. Una herramienta se clasifica en 9 A cuando se usa con un circuito que proporciona 120 V. ¿Qué potencia se usa para operar esta herramienta? P = VI = (120 V)(9 A) P = 1080 W Ejemplo 6. Un calentador de 500 W extrae una corriente de 10 A. ¿Cuál es la resistencia? P 500 W P 2 I R; R R = 5.00 I2 (10 A) 2
  • 22. Resumen de fórmulas Corriente Q 1C eléctrica: I 1A t 1s Ley de Ohm V V I ; V IR; R R I 1 volt Resistencia 1 ohm 1 ampere
  • 23. Resumen (Cont.) Resistividad R L or RA de materiales: A L Coeficiente de temperatura de la resistencia: R 1 R R0 t R0 t ; Unidade s : C 2 Potencia V 2 P VI ; P I R; P eléctrica P: R