Especificación de fuerza electromotriz

1. FUERZA
ELECTROMOTRIZ
Características

2. FUERZA ELECTROMOTRIZ
 Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía
proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo
que suministre corriente eléctrica. Para ello se
necesita la existencia de una diferencia de potencial
entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro
positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear
o impulsar las cargas eléctricas a través de un
circuito cerrado.

3. Pilas o baterías
Son las fuentes de FEM, generan energía eléctrica
por medios químicos. Las más comunes y corrientes
son las de carbón-zinc y las alcalinas, que cuando se
agotan no admiten recarga. Las hay también de
níquel-cadmio (NiCd), de níquel e hidruro metálico
(Ni-MH) y de ión de litio (Li-ion), recargables.
En los automóviles se utilizan baterías de plomo-
ácido, que emplean como electrodos placas de
plomo y como electrolito ácido sulfúrico mezclado
con agua destilada.

4. Pilas o baterías
La tensión E cuando la batería no suministra
corriente, es la tensión interna o f.e.m. de la misma
batería. La tensión V cuando circula una corriente I,
es la tensión entre los bornes de la batería para este
valor particular de corriente.
La diferencia entre E (circuito abierto) y V (caída de
tensión) es debida al paso de la corriente a través de
la resistencia interna. Toda pila tiene resistencia
correspondiente tanto al electrolito como a los
terminales de la pila.

5. Pilas o baterías
Si la tensión E, medida en los terminales de
la batería, cae al valor V cuando se cierra
éste, el voltaje (e = E – V) es la caída de
tensión en la batería debida al paso de la
corriente I. Sea (r) la resistencia interna del
elemento.
Según la ley de Ohm:
E – V = e = Ir

6. Resistencia de la Batería y Corriente
La resistencia interna de un generador tiende a reducir el
flujo de corriente. Si al cerrar el circuito la f.e.m. del
generador actuará sobre un circuito compuesto por la
resistencia interna r de la batería y la resistencia del
circuito externo. Como las resistencias r y R están en
serie la resistencia total es la suma de las dos
resistencias.
I = E / (r + R)
La potencia desarrollada por el generador es: P = EI [W].
La potencia perdida en la batería es: P = I2r [W].
La potencia entregada por el circuito externo o potencia útil es: P = V I [W].

7. Resistencia de la Batería y Corriente
1. ¿Cuál es la resistencia interna de una pila de 2 V (circuito abierto) que tiene
un voltaje en sus terminales de 1,85 volts cuando circula una corriente de 22
A?
2. Una batería tiene una fem a circuito abierto de 6 V, y una resistencia interna
de 0,2 Ω. Determinar la corriente y el voltaje en los terminales cuando la
batería se pone en cortocircuito al conectarle entre sus terminales un alambre
de resistencia despreciable.
Voltaje en terminales, V = E – I r = 6 volts - 30 amps x 0,2 ohm = 0 volt

8. Ejercicios
La tensión de un acumulador a circuito abierto es de 2,20 V. La
tensión entre los bornes cuando circula una corriente de 12 A
resulta ser de 1,98V. ¿Cuál es la resistencia interna del
acumulador?
Un voltímetro conectado entre los bornes de una pila seca, marca
1,40V cuando la pila está en circuito abierto. El voltímetro marca
1,02 voltios cuando la pila suministra una corriente de 3 A. ¿Cuál
es la resistencia interna?
Una pila de 2,2V de f.e.m. y de 0,03 ohmios de resistencia interna
se conecta sobre una resistencia exterior de 0,10 ohmios. Hallar la
corriente, la potencia perdida en ella, la potencia útil, el rendimiento
de la pila y la corriente de cortocircuito.

9. Elementos de batería en serie
Cuando se conectan en serie, la f.e.m. total es la
suma de las f.e.m parciales y la resistencia total es la
suma de las resistencias parciales. Por lo tanto, si se
conecta en serie, formando batería, varios elementos
de f.e.m. E1, E2, E3, E4 y las resistencias r1, r2, r3, r4,
la f.e.m. total del conjunto es: E = E1+ E2+ E3+ E4 y la
resistencia total es: r = r1+ r2+ r3+ r4.
Si a los terminales de la batería se le conecta una
resistencia exterior R, la corriente es:
I = E / (r + R)

10. Elementos de batería en serie
Se puede conectar en serie las pilas o baterías
aunque no tengan el mismo voltaje, lo que se debe
considerar en este tipo conexión es que debe tener
la misma capacidad de corriente.

11. Elementos de batería en paralelo
Para actuar en paralelo satisfactoriamente, todas la baterías
beben tener la misma f.e.m., el funcionamiento en caso de ser
desigual esta fuerza o distintas las resistencias internas se puede
tratar como problema separado y también se puede dar el caso de
tener la misma f.e.m. con resistencias distintas. Si se dispone de
tres baterías en paralelo igual a E voltios y con resistencias
internas respectivas de r1, r2, r3, ohmios, siendo el voltaje terminal
V voltios, se tiene la siguiente ecuación de corrientes.
I1 = (E – V) / r1 I2 = (E – V) / r2 I3 = (E – V) / r3

12. Elementos de batería en paralelo
Conectando las pilas en paralelo no cambia el voltaje. El voltaje
final de las pilas en paralelo, es el mismo que el de una sola.
Cuando se conectan pilas en paralelo de tensiones desiguales,
circula corriente entre las pilas debido a las diferencias de
potencial y se consume energía eléctrica. Hay, también una
posibilidad de que las pilas puedan dañarse.

13. Ejercicios
 Seis pilas secas tienen una fem de 1,5 volts y una resistencia
interna de 0,1 ohm cada una. ¿Qué corriente pueden entregar a
una resistencia externa de 35 ohms, a) cuando las pilas se
conectan en serie, y b) cuando se conectan en paralelo.

14. Ejercicios
 Seis pilas secas tienen una fem de 1,5 volts y una resistencia
interna de 0,1 ohm cada una. ¿Qué corriente pueden entregar a
una resistencia externa de 35 ohms, a) cuando las pilas se
conectan en serie, y b) cuando se conectan en paralelo.
a) fem total = 6 X 1,5 volts = 9 volts
resistencia interna total = 6 X 0,1 ohm = 0,6 ohm
resistencia total ( int. + ext.) = 0,6 + 35 ohms = 35,6 ohms
corriente I = E/R= 9 volts/35,6 ohms = 0,252 amp
b) fem del grupo en paralelo = fem de una sola pila = 1,5 volts;
resistencia interna = 0,1/6 ohms = 0,0167 ohms (despreciable) ;
resistencia total del circuito 0,0167 + 35 = 35,0167 ~ 35 ohms
(aproximadamente).
corriente I = E/R = 1,5 volts/35 ohms = 0,0429 amp

15. Ejercicios
 Cuatro pilas de 1,4 volts de fem cada una y una resistencia
interna de 1,2 ohms se conectan primero en serie y luego en
paralelo. Si cada combinación se cortocircuita con un alambre
grueso, calcular la fem total, la resistencia interna y la corriente
de cortocircuito en cada caso.
a) Combinación serie: fem total = 4 X 1,4 volts = 5,6 volts
resistencia interna total = 4 X 1,2 ohms = 4,8 ohms
corriente de cortocircuito I = E/R = 5,6 V/ 4,8 ohms = 1,17 A
b) Combinación paralelo: fem total = fem de una pila = 1,4 V.
resistencia interna total = 1,2 / 4 ohm = 0,3 ohm
corriente de cortocircuito I = E/R = 1,4 V / 0,3 ohm = 4,67 A

16. Ejercicios
Cuatro pilas secas de f.e.m. 1.30, 1.30, 1.35, 1.40 voltios y 0.3,
0.4, 0.2 y 0.1 ohmios de resistencia han sido conectadas en
serie con el objeto de accionar un relé de 10 ohmios. ¿Cuánto
vale la corriente del relé?.
Tres baterías de f.e.m. 1.40 voltios y resistencias internas 0.25,
0.20, 0.10 ohmios, se conectan en paralelo para alimentar una
carga con 1,5 ohmios de ressitencia. Determinar: la resistencia
equivalente, la corriente, la tensión Terminal, la corriente
suministrada por la batería.
Dos pilas de f.e.m. 10 voltios, 1 ohmio y 6 voltios, 2 ohmios
respectivamente se conectan en serie pero en oposición
(conectando entre sí los terminales positivos y en serie un
resistor externo de 5 ohmios. Determinar la corriente y la
tensión en cada una de las partes del circuito.

17. FUERZA
ELECTROMOTRIZ
LEYES DE KIRCHHOFF

18. Ley de los nodos o ley de corrientes de
Kirchhoff
En todo nodo, donde la densidad de la carga
no varíe en un instante de tiempo, la suma de
corrientes entrantes es igual a la suma de
corrientes salientes..
En todo nodo la suma algebraica de
corrientes debe ser 0.

19. Ley de las "mallas" o ley de tensiones
de Kirchhoff
En toda malla la suma de todas las caídas de
tensión es igual a la suma de todas las
subidas de tensión.
En toda malla la suma algebraica
de las diferencias de potencial
eléctrico debe ser 0.

20. Aplicaciones de la ley de Kirchhoff
En las aplicaciones de la segunda ley de
Kirchhoff a problemas concretos, el asunto
de los signos algebraicos puede causar
dificultades, originando errores por lo que se
recomienda considerar las siguientes reglas:
Una subida de potencial debe ir precedida del
signo más.
Una caída de potencial debe ir precedida del
signo menos

21. Aplicaciones de la ley de Kirchhoff
Corrientes de malla
 Una malla considera cualquier trayectoria
cerrada de un circuito sin importar que el
recorrido sin importar que el recorrido tenga o no
fuente.
 Para resolver el circuito es conveniente
determinar la trayectoria de la malla y luego se
asigna una corriente de malla.
 Es conveniente asignar la corriente de malla en
sentido de las manecillas del reloj
 Aplicar la LKV a recorrido de cada malla
 Finalmente se determina las corrientes de cada
rama o de las resistencias.

22. Aplicaciones de la ley de Kirchhoff
Corrientes de malla
 Malla abcda
 Malla adefa

23. Ejercicios de la ley de Kirchhoff

24. Ejercicios de la ley de Kirchhoff
Encontrar la corriente de malla y rama