8 corriente

8/8/2019 8 corriente

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIRIAFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS

Curso: FISICA II CB 302U

Profesor: JOAQUIN SALCEDO [email protected]:

Tipler -Mosca, Serway-Beichner, Sears-Semansky, Benson, Maximo-Alvarnga,Salvador http://es.wikipedia.org/

Corriente

Corriente elctricaEn un alambre desconectado existe movimiento de los portadores, pero no existe un

flujo neto en algn sentido.Al establecer una diferencia de potencial los portadores son sometidos a la accindel CE es decir se mueven en un sentidoSi consideramos un rea trasversal al movimiento hay una rapidez de flujo de carga.

Corriente media

m

qi

t

=

Corriente instantnea1

, 11

CA

dqi

d st==

Cargas que pasan por una seccin transversal

Los portadores pueden ser positivos, negativos o ambos.Tarea: analizar los portadores en conductores, en semiconductores y en otrassituaciones.

El sentido convencional asume que los portadores son positivos.

22

Qi

t

U Q V

U Q Vi V

t t

P i V

V

P i V i R R

=

=

= =

=

= = =

Fuerza electromotriz, Unidades


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Corriente

,dW J

V

dq C

= =

Corriente

,dq

i Vdt

= = iR

Mirando las cargas. Modelo microscpico

Velocidad de deriva o arrastreAl activar CE los portadores que tenan un movimiento aleatorio se mueven a favor(+) o en contra (-)

Su movimiento no es libre no es en lnea recta: hay colisiones tomo-electrn (comosi fuera friccin)Esto causa que se muevan muy lentamenteY cmo se enciende el foco casi al instante?

d d

d

N dQdQ Nq Vq nAdxq I nAv q J nv q

V dt

vnq

A

J

= = = =

=

= = =I


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Corriente

* mostrar que la densidad atmica esta relacionado con la densidad de masaanel nmero de Avogadro y la masa molecular M poraN

Aa

Nn

M

=

* de los electrones en un alambre de cobre tpico de radio 0.815mm quedv

transporta una corriente de 1A, suponiendo que existe un electrn libre por tomo?

Con la suposicin

3 2328 3(8.93 / )(6.02 10 )

8.47 10 / 63.5

Aa

N g cm xn n x atomos m

M

= = = =

2 3

5

28 19

1

(3.14)(0.815 10 )

3.54 10 / 8.47 10 (1.6 10 )

d

I IJ

A r x

Jv x

nq x x

= = = =

= = = m s

Lentito!?

Entonces Cmo es que la luz eclctica surja instantneamente?

Otra versin

Sea una corriente en un conductor de rea de seccin transversal A y longitud x

Si asumimos una rapidez promedio para los portadoresdv

d x v t =

El volumen

dV x A v t = = A La carga

ol ol d

ol

m dd

NQ Nq V q nV q nv tAq

V

Qi nv Aq nv q

t

ij

A

= = = =

= = = =

Donde n nmero de portadores por unidad de volumen (densidad de portadores)Cual es su relacin con la densidad atmica?


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Corriente

Uno a uno?

Ejercicio

Un Alambre de cobre N 12 (rea de seccin transversal 6 23.31 10x m ) conduce 10 A.Suponiendo que cada tomo da un electrn.Halla la velocidad de arrastreSolucin

a

iv

nqA=

Necesitamos las otras magnitudes ya estn dadasnN

nV

=

N= # de partculas, con la suposicin, igual al # de electrones e igual al # deAvogadro.Clculo de V

En las tabla peridica 63.5 ( 1 ) M g mo= = l La densidad del cobre 38.85 /g cm

363.5 7.098.95

M MV c

V

= = = = m

Clculo de n23

28 3

3

6.02 108.49 10 /

7.09

N x electronesn x electrones m

V cm= = =

Clculo de vd

28 3 19 6 2

4

10 /

8.49 10 (1.6 10 )3.31 10

2.22 10 /

a

a

i C sv

n q A x m x x m

v x m s

= =

=

Qu puede decir de la velocidad de arrastre? En que tiempo recorre 1 metro?

Ley de Ohm

dd

i J n q v J n q

A= = = v

Una densidad de corriente y un ce E se establecen en un conductor cuando semantiene una diferencia de potencial.

En algunos materiales la densidad de corriente es proporcional al CE

J E= La constante es la conductividad

Los materiales que obedecen esta ley son llamados ohmicos


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Corriente

Ley de OhmPara muchos materiales la relacin entre densidad de corriente y CE es constanteEsta es independiente del CE productor de la corriente

Relacin macro

,V I l

V E l J E V I l A A

= = = = =

Resistencia elctricaDificultad que ofrece al paso de a corriente elctricaLos conductores tienen resistencia pequea, luego en necesario construirlos deotros materiales (cermicos) se denominan resistoresLos resistores tienen cdigo de colores usted debe conseguirlos y aprender ausarlos.

11

1

l R V I R

A

V V

I A

= == =

Los materiales que muestra el comportamiento lineal son los llamados ohmicos.Los materiales que no son lineales son muy importantes en la electrnica

Resistividad

1 lR

A

= =

Los textos proporcionan resistividades y usted debe tenerlos

Hallar la resistencia de una muestra de aluminio de 10cm y rea de seccin

transversal4 2

2.0 10x m

5

1.41 10x

Repetir lo mismo para vidrio de las mismas dimensiones.

131.5 10x

Cmo calcular resistencias si el rea no es uniforme?

l d R d R rA A

= =


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Corriente

Cable coaxial.

Se usa para transportar seales de TV, Constan de dos conductores cilndricos concntricos y su espacio interior esta llenode un material no conductor,

Halle la resistencia de un cable coaxial con silicio en su espacio interior .radiointernom0.5 cm radio externom1.75cm y 15cm de longitud.

ln ( )2 2 2

b

a

l d r d r d r R d R R

b

A A r l l r l a

= = = = =

Sustituyendo datos

6 4 0 1 .7 5ln ( ) 8 5 12 (0 .1 5) 0 .5

R

= =

Modelo de conduccin elctrica.Drude 1900

,

0,

f i

d

e

i

qEF aE F ma a v v at

m

qvv Em

= = = =

=

+

=

Intervalo de tiempo promedio entre choques sucesivos.

Expresar la densidad de corriente en funcin de 2

d

q E J nqv n

m= =

Expresar la conductividad y la resistividad en funcin de 2

2

nq m

m n

q = =


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Corriente

Expresar en funcin de distancia promedio entre colisiones (trayectoria libremedia) y la rapidez promedio

p p

d

d

l lv

v

= =

Resistencia y temperaturaEn el laboratorio las curvas I vs V no aparecen lineales para conductores,produciendo confusin. Veamos que la causa es la temperatura.

En datacin vimos como la temperatura afectaba las dimensiones de un cuerpo

0

dldp dT

l

Podemos usar la misma expresin haciendo un pequeo cambio

0 0

d ddp dT dT

=

La variacin de la resistividad unitaria es proporcional a la temperatura

Demostrar que

[ ]

[ ]

0 0

0 0

(1 ( )

(1 ( )

T T

R R T T

= +

= +

Un termmetro de resistencia de platino de 50 a 20 C se sumerge a un recipientecon indio fundido y su resistencia aumenta a 76.8 Cul es el punto de fusin delhielo?

00

0

0

137 157R R

T T T C R

= = =

Energa elctrica y potencia

U q VU q V I V P I

t tV

= = = =

Potencia de entrega

,P I V V P I = = =

Potencia de consumo2V IR P I R = =

* Un calentador a 220V y tiene un alambre de nicrom con resistencia de 8 Halle la corriente y la potencia reconsumo

227.5 , 3.3

V I A P I R kW

R

= = = =


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Corriente

Estime el costo para cocinar un pavo 4h en un horno que opera a 20A y 220VPotencia

2 0(2 20 ) 4 .4P I k W = = =

Energa

4 .4 ( 4 )U

P U P t k W t

= = =

h

1 0 .8

1 7 .6 ...

k W h s o le s

k W h x x

=

= =

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