1.4 Energia y potencia (4).ppt

Física Electricidad 1
Potencia y ley de Joule
¿Cómo medimos el gasto de
un dispositivo electrónico?
Midiendo la potencia disipada
Potencia y ley de joule

¿Qué significa
1 watt de potencia?
¿Qué me cobran
cuando pago la cuenta
de la luz?
James Watt
(1736-1819)
Resistencia eléctrica

Potencia y ley de JOULE
Ley de Joule
Potencia corriente
voltaje
Energía
Tiempo
Potencia
¿Qué es la POTENCIA?

POTENCIA ELECTRICA
• La potencia eléctrica
es la energía útil que
se obtiene en un
sistema, aparato o
maquina eléctrica al
estar funcionando por
medio de la
aplicación de un
voltaje y una
corriente eléctrica.

MEDICIÓN DE LA POTENCIA
• Existen aparatos para medir la
potencia eléctrica, sin embargo en
esta presentación el objetivo es que
comprendas y apliques los
procedimientos y el modelo
matemático.
• Para ello existen tres formulas que
son:

• En la primera fórmula la potencia se
obtiene por la multiplicación del voltaje
por la intensidad de corriente eléctrica
• En la segunda expresión se calcula
dividiendo el cuadrado del voltaje
entre la intensidad de corriente, y ;
• la tercera se determina multiplicando
el cuadrado de la intensidad de
corriente por la resistencia eléctrica
FORMULAS:

v
Unidades de medida de la potencia
• La potencia eléctrica se
mide en watts, y cada
variable en las ecuaciones
es la siguiente:
- V : voltaje en (Volts)
- i: intensidad de corriente
eléctrica en (amperes)
- R: es la resistencia
eléctrica en (Ohms).

8
Potencia
Potencia P es la cantidad de trabajo W por unidad de
tiempo t.
P = W / t
En el Sistema Internacional de Unidades se expresa
en vatios o Watts (W) 1 W = 1 J / 1 s

9
Potencia
Potencia P es la cantidad del trabajo W en una unidad
de tiempo t.
V = W / q → W = V·q
I = q / t → t = q / I
P = W / t = I · V
Entonces, la potencia es proporcional a la corriente
I y a la diferencia de potencial V.

Ejemplos resueltos
• Determina el voltaje que se deberá aplicar a un
foco que tiene una resistencia eléctrica de 40
ohms para que desarrolle una potencia de 100
watts.
La solución es, aplicar la formula que con los datos
de Resistencia y Potencia se proporcionan, por lo
que para calcular el voltaje se aplica la fórmula:
y se despeja “v” el voltaje, y sacando
raíz cuadrada: qued ando:
Que sustituyendo
se llega a:

• Un horno de microondas tiene una potencia de 3600 watts, si se
conecta a un voltaje de 120 volts, que intensidad de corriente
eléctrica necesitará para funcionar a dicha potencia?
• La solución consiste en usar los datos que son:
- la potencia: 3600 w
- El voltaje : 120 volts ,
- y se requiere calcular la intensidad de corriente (i)
- Entonces la formula a aplicar es: P = V* i
De donde al despejar “i” se tiene:
i = P por lo que sustituyendo se tiene: i= 3600 W = 30 amperes
v 120 V

1
2
• Los dispositivos transforman energía eléctrica en energía
térmica o luz.
• Nosotros queremos conocer la fuerza transformada por el
dispositivo.
• Considerando el siguiente circuito simple.
Cuando la carga se mueve de c a d en el resistor, este pierde
energía potencial eléctrica de casi dV porque Vb=Vc y Va=Vd.
Energía Eléctrica y Potencia
R
c d
b a
+ -
∆V0
I

1
3
El cambio en la energía potencial eléctrica para una carga
dQ moviéndose a través una dif. de potencial dV es dU =
(dQ)dV. Así la forma en que dQ pierde energía potencial
en su paso por el resistor es:
• De la conservación de la energía: el decremento en la energia pot.
electrica de c a d es acompañado con la transferencia de energía en otra
forma.
• La potencia P = IdV es el cambio en la transferencia de energía
eléctrica.Es también la cantidad de energía que es transferida de la bateria
al resistor.
• En el resistor la energía es transferida a energía térmica haciendo que la
temperatura del resistor se incremente.
• La energia térmica es disipada (pérdida) por que la transferencia no es
reversible.
o
U Q
V I V P I V
t t
 
     
 

1
4
Esta es la potencia disipada en la resistencia. Como
dV = IR tenemos:
Nota: la energía será transferida a cualquier dispositivo eléctrico
que sea conectado entre los puntos c y d – no solo una
resistencia.-
En un motor eléctrico la energía es transformada en trabajo
hecho por el motor, o en una bateria la energía es transferida a
la energía química almacenada en la bateria.
o
U Q
V I V P I V
t t
 
     
 
2
2 ( )
V
P I V I R
R

   

1
5
Fuerza Electromotriz
• La fuente de energía (bateria) necesaria para obtener
corriente en un circuito.
• El dispositivo que provee está energía es una fuente de
Fuerza electromotriz o fem.
• La fuente es un “bombeadora de carga” moviendo las
cargas “colina arriba” hacia un mayor potencial.
• La fem, e, describe el trabajo hecho por unidad de carga --
SI unidades de la fem (fuerza electromotriz ) es el voltaje.

1
6
Baterias Reales
 Las baterias tienen una resistencia interna, r.
 Voltaje terminal, dV= Vb-Va, es diferente a la fem, e.
 Representada por la caja punteada conteniendo la
bateria con la fem, e en serie con una resistencia alterna r.
I
R
c d
R
+ -
E
Bateria
a
b

1
7 Imagine una carga positiva moviéndose de a a b en el circuito.
 El potencial es incrementado por e, luego decrementado por Ir
mientras está se mueve a través del resistor interno.
 El voltaje terminal, dV= Vb-Va, es V = e - Ir.
Cuando I = 0, V = e – conocido como voltaje de circuito abierto. Pero
el voltaje terminal, dV iguala la diferencia de Potencial a través del
potencial externo R (llamada resistencia de carga) Vdc = IR así
dV = Vdc = IR de dV = e - Ir
También tenemos e = IR + Ir o:
I
R
c d
r
+ -
E
Bateria
a
b
I
R r
e



1
8
I
R
c d
r
+ -
E
Bateria
a
b
r
V
ε
R
+ -
ε
Ir
d c b
IR
a

La potencia eléctrica que se genera
o se consume en un instante dado se
especifica por el voltaje V que obliga a
los electrones a producir una corriente I.
La potencia eléctrica es el
producto del voltaje con la
corriente
Símbolo: P Unidad de medición: El Watt
Se simboliza por: W
P = V x I 1 W= 1V x 1A

Símbolo: E Unidad de medición: El watt-hora
La Energía Eléctrica es la potencia
generada o consumida en la unidad de
tiempo; y se define como el producto de
la potencia eléctrica consumida
(generada) por el tiempo de consumo
(generación)
E = P x t
Donde:
P es la potencia Watts,
t es el tiempo que esta funcionando el aparato o
equipo Horas
E es la energía que se consume en Watts - Hrs.
ENERGÍA GENERADA O CONSUMIDA
El equipo para medir el consumo eléctrico se le llama Wattorímetro
y es conectado en paralelo con los aparatos eléctricos.

Potencia eléctrica
La potencia eléctrica P es la tasa a la que se gasta la
energía eléctrica, o trabajo por unidad de tiempo.
V q
V
Para cargar C: Trabajo = qV
Sustituya q = It , entonces:
VIt
P
t
 P = VI
I
t
q
I
t
qV
t
Trabajo
P 

 e

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
2
; ;
V
P VI P I R P
R
  

Ejemplo. 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. Un calentador de 500 W extrae
una corriente de 10 A. ¿Cuál es la
resistencia?
R = 5.00 W
2
2 2
500 W
;
(10 A)
P
P I R R
I
  

Cálculo de diferencias de potencial
Para calcular las diferencias de potencial hay que separar
la contribución de cada elemento.
Ej.: VA –VC = (VA –VD) + (VD –VC)
= (VA –VB) + (VB –VC)
tierra: potencial cero

Cálculo de diferencias de potencial
Potencial eléctrico en un punto de un circuito representa
la energía que posee cada unidad de carga al paso por
dicho punto.
fem:
polo positivo tiene potencial más alto
resistencia: la energía perdida por cada unidad de
carga se manifestará como trabajo realizado en dicho
circuito (calentamiento en una resistencia, luz)

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