Corriente eléctrica y resistencia

Física: Ondas y electromagnetismo

Unidad 4: Circuitos eléctricos

Corriente eléctrica y resistencia.

En las situaciones electrostática E=0  y no hay corriente.

Sin embargo, esto no significa que todas las cargas en el interior del conductor estén en reposo.

Unidad 4: Circuitos eléctricos

​Las partículas individuales pueden moverse a altas velocidades (10⁶ m/s), pero el movimiento es aleatorio.

Cuando el campe eléctrico es distinto de cero hay movimiento de cargas pero es lento.

Corriente eléctrica y dirección del flujo de corriente

• Una corriente eléctrica es todo movimiento de una carga de una región a otra.

• Se define que la corriente eléctrica denotado por I, va en la dirección en la que hay un flujo de carga positivo (ver figura a). Esta convención sobre la dirección del flujo de corriente se llama corriente convencional.

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• Se define la corriente a través del área de sección transversal A como la carga neta que fluye a través del área por unidad de tiempo. De esta forma si una carga neta dQ fluye a través de un área en un tiempo dt (ver figura b), la corriente I a través del área es:

Multiple Choice

¿Cuál es la dirección de la corriente?

• Igual al flujo de carga positivo.

• Igual al flujo de carga negativo.

• Es el promedio del flujo de carga positivo y negativo.

• Es igual al movimiento de los neutrones.

Corriente, velocidad de deriva eléctrica y densidad de corriente

Unidad 4: Circuitos eléctricos

Multiple Choice

¿Cuál es la velocidad de deriva en un alambre de aluminio con $$J=318\ \frac{A}{m^2}$$ y $$n=6,03\times10^{28}\ \frac{electrones}{m^3}$$ ?

• $$1,65\times10^{-8}\ \frac{m}{s}$$

• $$2,03\ \times10^{-9}\ \frac{m}{s}$$

• $$3,30\times10^{-8}\ \frac{m}{s}$$

• $$2,45\times10^6\ \frac{m}{s}$$

Resistividad

La densidad de corriente J en un conductor depende del campo eléctrico E y las propiedades del material.  Para ciertos materiales, en especial metales, a una temperatura dada, J  es casi directamente proporcional a  E, y la razón de las magnitudes de E y J es constante. Esta relación llamada Ley de Ohm, fue descubierta en 1826 por el físico alemán George Simón Ohm (1787-1854)

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• ​Un conductor perfecto tendrá resistividad cero y un aislante perfecto tendrá resistividad infinita.

• El recíproco de la resistividad es la conductividad, los buenos conductores tienen conductividad mayor que los aislantes.

• Un material que obedece razonablemente bien la ley de ohm, se llama conductor óhmico o conductor lineal. Existen muchos materiales que se apartan de la ley de Ohm estos se denominan no óhmicos o no lineales.

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​Resistencia

Multiple Choice

Indique si la aseveración es verdadera o falsa.

"La ley de Ohm es válida para todos los materiales conductores".

• Verdadera.

• Falsa.

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​Resistencia y temperatura

Multiple Choice

¿Qué es potencia?

• Es el trabajo por unidad de área.

• Es la capacidad de realizar trabajo.

• Es la energía entregada al sistema.

• Es la rapidez a la cual se transfiere energía.

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Energía y potencia en circuitos eléctricos

U=qVab puede ser una cantidad de energía eléctrica entregada al elemento del circuito o una cantidad de energía que se extrae de ese elemento.

En los circuitos es más frecuente el interés de la rapidez con la que la energía proporciona a un elemento del circuito o se extrae de él.

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Potencia en una resistencia

​Potencia de una fuente

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Combinación de resistencias

Resistencias en serie:

​Resistencias en paralelo:

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Reglas de Kirchhoff

Necesitamos un par de términos antes de ver las reglas de Kirchhoff

§Unión (o nodo) es el punto en que se unen tres o más conductores

§Espira: es cualquier trayectoria cerrada de conducción.

Regla de Kirchhoff de las uniones

La suma algebraica de las corrientes en cualquier unión es igual a cero:

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Regla de Kirchhoff de las espiras

La suma algebraica de la ddp en cualquier espira, incluso en las asociadas con la fem y los elementos con resistencias, debe ser igual a cero

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Convenciones de signo para la regla de las espiras

1. Suponga un sentido de la corriente e indíquelo en el diagrama.

2. Luego desde un punto de la espira realice un recorrido imaginario sumando fem y los IR

Cuando pasa a través de una fuente en la dirección – a + la fem es positiva, cuando va de + a – la fem es negativa.

Cuando pasa a través de un resistor en el mismo sentido de la corriente, entonces IR es negativo. Cuando pasa en sentido opuesto a la corriente IR es positio porque representa un aumento de potencial.

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Ejemplo

A. Encuentre las corrientes en el circuito de la figura.

B. Calcule las potencias en cada dispositivo.

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Ejemplo

Un material de resistividad 7,854 x10^-4 Ω·m es utilizado para construir un resistor cilíndrico de 2mm de diámetro y de 4cm de longitud. Este resistor, de resistencia R, se conecta en un circuito (entre los puntos D y E), junto a otros resistores y una batería de V₀=360V, en la configuración mostrada en el dibujo. Las resistencias se relacionan con el valor de R como: R₁=12·R,    R₂=3·R,    R₃=5·R,    R₄=4·R

a)Determine el valor R de la resistencia cilíndrica.

b)Calcule la resistencia equivalente del circuito

c)Calcule al corriente que pasa por la resistencia R y la diferencia de potencial entre los puntos D y E

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Dispositivos de medición

Amperímetro

§Se utiliza un amperímetro para medir corriente

§En línea con la bombilla, toda la carga que pasa a través de la bombilla también debe pasar a través del medidor.

Voltímetro

§Se utiliza un voltímetro para medir el voltaje (diferencia de potencial).

§Se conecta a los dos extremos de la bombilla.

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Circuito RC

• Un circuito de corriente continua puede contener condensadores y resistencias, la corriente variará con el tiempo.

• Cuando el circuito se completa, el condensador comienza a cargarse.

• El condensador continúa cargando hasta que alcanza su carga máxima (Q = CV) Una vez que el condensador está completamente cargado, la corriente en el circuito es cero

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Carga del capacitor

Descarga del capacitor