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Corriente y resistenciaCorriente y resistencia

ing. margarita cruz chavez

EL MOVIMIENTO DE LA EL MOVIMIENTO DE LA CARGA ELECTRICACARGA ELECTRICA


Cargas eléctricasCargas eléctricas

Las cargas en los conductores pueden moverse Las cargas en los conductores pueden moverse con cierta libertad. La corriente eléctrica con cierta libertad. La corriente eléctrica

constituye un movimiento continuado de las constituye un movimiento continuado de las cargas libres. La cantidad de carga que circula cargas libres. La cantidad de carga que circula por un conductor en la unidad de tiempo es la por un conductor en la unidad de tiempo es la intensidad de corriente. Los responsables de intensidad de corriente. Los responsables de mantener la corriente en un circuito eléctrico mantener la corriente en un circuito eléctrico

son los generadores eléctricos, los cuales son los generadores eléctricos, los cuales suministran al circuito la energía precisa para suministran al circuito la energía precisa para

ello.ello.

Corriente eléctricaCorriente eléctricaLa La corriente eléctricacorriente eléctrica I I es la es la rapidez del flujo de carga rapidez del flujo de carga QQ que pasa por un punto dado que pasa por un punto dado P P en un conductor electrico.en un conductor electrico.

QI

t

QI

t 1C

1 A1 s

1C

1 A1 s

Un Un ampereampere A A representa un representa un flujo de carga con la rapidez de flujo de carga con la rapidez de

un un coulomb por segundocoulomb por segundo, al , al pasar por cualquier punto.pasar por cualquier punto.

Un Un ampereampere A A representa un representa un flujo de carga con la rapidez de flujo de carga con la rapidez de

un un coulomb por segundocoulomb por segundo, al , al pasar por cualquier punto.pasar por cualquier punto.

--

--

--

--

--

-- -- --

----

++

++

++

++

++

++

++

--

--

--

--

--

--

--

QI

tQ

It

P P La corriente se origina a partir del movimientoLa corriente se origina a partir del movimiento

De los electrones y es una medida de la De los electrones y es una medida de la cantidad de carga que pasa por un punto en cantidad de carga que pasa por un punto en

una unidad de tiempo.una unidad de tiempo.

Para una corriente de 1 A, 6.25 X 10Para una corriente de 1 A, 6.25 X 1018 18 e e- - == (1C)(1C)

Fluyen pasando por un punto dado cada segundo.Fluyen pasando por un punto dado cada segundo.

Datos interesantes.Datos interesantes.


La velocidad promedio de arrastre de los La velocidad promedio de arrastre de los electrones es normalmente de 4 m/h. esta electrones es normalmente de 4 m/h. esta

velocidad de carga, que es una distancia por velocidad de carga, que es una distancia por unidad de tiempo, no se debe de confundir con unidad de tiempo, no se debe de confundir con

el concepto de corriente, la cual es:el concepto de corriente, la cual es:

La cantidad de carga por unidad de tiempo.

Ejemplo 1.Ejemplo 1. La corriente eléctrica en un La corriente eléctrica en un alambre es de 6 A. ¿Cuántos electrones alambre es de 6 A. ¿Cuántos electrones fluyen a través de un punto dado en un fluyen a través de un punto dado en un tiempo de 3 s?tiempo de 3 s?

I = 6 AI = 6 A;

qI q It

t ;

qI q It

t

qq = (6 A)(3 s) = 18 = (6 A)(3 s) = 18 CCRecuerde que: 1 eRecuerde que: 1 e-- = 1.6 x 10 = 1.6 x 10-19-19 C, luego C, luego

convierta:convierta:

-20

-19

1e18 C 18 C 1,125 x 10 electrons

1.6 x 10 C

En 3 s: 1.12 x 1020 electrones


Fuerza electromotrizFuerza electromotrizUna Una fuente de fuerza electromotriz (fem)fuente de fuerza electromotriz (fem) es un dispositivo que convierte la energía es un dispositivo que convierte la energía química, mecánica u otras formas de ella química, mecánica u otras formas de ella

en la energía electrica necesaria para en la energía electrica necesaria para mantener un flujo continuo de carga mantener un flujo continuo de carga

electrica.electrica.

Líneas de Líneas de transmisiótransmisiónn

BateríaBatería Generador Generador eólicoeólico


Ley de ohm, resistenciaLey de ohm, resistencia

La resistencia ( R ) se define como la oposición a La resistencia ( R ) se define como la oposición a que fluya la carga eléctrica. que fluya la carga eléctrica.

¿Qué es la Resistencia eléctrica?¿Qué es la Resistencia eléctrica?

Cuando un cuerpo material es sometido a una diferencia de potencial entre dos de sus puntos, se establece una

Corriente Eléctrica de una determinada magnitud. La intensidad de esta corriente, depende de diversos factores, algunos de

ellos propios del material en cuestión y otros más bien externos.

La resistencia de un material determina el valor de esta corriente y engloba características del material y factores

externos a los que puede estar sometido un material como son: temperatura, campo magnético, radiación electromagnética,

presión y otros factores relacionados con la capacidad de conducir la corriente eléctrica.

Resistencia eléctricaResistencia eléctricaSuponga que se aplica una diferencia de potencial Suponga que se aplica una diferencia de potencial constante de constante de 4 V4 V a los extremos de barras a los extremos de barras geométricamente similares de, por decir, acero, geométricamente similares de, por decir, acero, cobre y vidrio.cobre y vidrio.

4 V 4 V 4 V

Acero Cobre Vidrio

Is Ic Ig

La corriente en el vidrio es mucho La corriente en el vidrio es mucho menor para el acero o el hierro, lo que menor para el acero o el hierro, lo que sugiere una propiedad de los materiales sugiere una propiedad de los materiales llamada llamada resistencia eléctrica R.resistencia eléctrica R.

Definición de resistencia.la resistencia se define como el cociente entre la diferencia de potencial entre dos puntos de un objeto material y la corriente establecida como consecuencia de esa diferencia de potencial. En

términos matemáticos la resistencia es:

R = V / IR = V / IDONDE:DONDE:

R = RESISTENCIA VOLT/AMPERE = 1R = RESISTENCIA VOLT/AMPERE = 1

V = VOLTAJE (VOLTS = Joules/coulomb)

I = CORRIENTE (AMPERES)

Ley de OhmLey de OhmLa La ley de Ohmley de Ohm afirma que la corriente afirma que la corriente II que que

circula a través de un conductor dado es circula a través de un conductor dado es directamente proporcional a la diferencia de directamente proporcional a la diferencia de

potencial potencial VV entre sus puntos extremos. entre sus puntos extremos.

La ley de Ohm permite definir la La ley de Ohm permite definir la resistencia Rresistencia R y escribir las siguientes y escribir las siguientes formas de la ley:formas de la ley:

; ; V V

I V IR RR I

; ; V V

I V IR RR I

VIOhm deLey

Ejemplo 2. Ejemplo 2. Cuando una batería de Cuando una batería de 3 V3 V se conecta a una luz, se observa una se conecta a una luz, se observa una corriente de corriente de 6 mA6 mA. ¿Cuál es la . ¿Cuál es la resistencia del filamento de la luz?resistencia del filamento de la luz?

Fuente de FEM

RI

+ -

V = 3 V6 mA

3.0 V

0.006 A

VR

I

RR = 500 = 500 RR = 500 = 500

La La unidad SIunidad SI para la para la resistencia eléctrica es el resistencia eléctrica es el ohmohm, ,

1 V1

1 A

1 V1

1 A


Potencia eléctrica y Potencia eléctrica y perdida de calorperdida de calor

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

V q

V

Para cargar C: Trabajo = Para cargar C: Trabajo = qVqV

Sustituya Sustituya q = It , q = It , entonces:entonces:VIt

Pt

P = VI

I

tq

It

qVt

TrabajoP e

Cálculo de potenciaCálculo de potencia

Al usar la ley de Ohm, se puede encontrar la Al usar la ley de Ohm, se puede encontrar la potenciapotencia eléctrica a partir de cualquier par eléctrica a partir de cualquier par de los siguientes parámetros: de los siguientes parámetros: corriente corriente II, , voltajevoltaje VV y y resistencia resistencia RR..

Ley de Ohm: Ley de Ohm: V = IRV = IR

22; ;

VP VI P I R P

R

22; ;

VP VI P I R P

R

Donde: P = potencia (watts “W”) = Donde: P = potencia (watts “W”) = jouls/segjouls/seg

V = voltaje (J/C) y I = corriente (c/seg)V = voltaje (J/C) y I = corriente (c/seg)

Ejemplo 3.Ejemplo 3. Una herramienta se clasifica en Una herramienta se clasifica en 9 A9 A cuando se usa con un circuito que proporciona cuando se usa con un circuito que proporciona 120 V.120 V. ¿Qué potencia se usa para operar esta ¿Qué potencia se usa para operar esta herramienta?herramienta?

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

P = 1080 W

Ejemplo 6.Ejemplo 6. Un calentador de 500 W Un calentador de 500 W extrae una corriente de 10 A. ¿Cuál es extrae una corriente de 10 A. ¿Cuál es la resistencia?la resistencia?

R = 5.00 R = 5.00 22 2

500 W;

(10 A)

PP I R R

I


Factores que afectan la Factores que afectan la resistenciaresistencia

1. La 1. La longitud Llongitud L del material. Los del material. Los materiales más largos tienen mayor materiales más largos tienen mayor resistencia.resistencia.

1 1

LL

2 2

2L2L

2. 2. El El área Aárea A de sección transversal del de sección transversal del material. Las áreas más grandes ofrecen material. Las áreas más grandes ofrecen MENOSMENOS resistencia. resistencia.

2 2 AA

1 1

22AA


Factores que afectan R Factores que afectan R (Cont.)(Cont.)

3. 3. La La temperatura Ttemperatura T del material. Las del material. Las temperaturas más altas resultan en temperaturas más altas resultan en resistencias resistencias más altasmás altas..

4. El tipo del 4. El tipo del materialmaterial. El hierro tiene . El hierro tiene más resistencia eléctrica que un más resistencia eléctrica que un conductor de cobre conductor de cobre geométricamente similar.geométricamente similar.

RRoo

R > RR > Roo

RRii > R > RccCobreCobre HierroHierroing. margarita cruz chavez

Resistividad de un Resistividad de un materialmaterial

La La resistividad resistividad es una propiedad de un es una propiedad de un material que determina su resistencia material que determina su resistencia

eléctrica eléctrica RR..Al recordar que Al recordar que RR es directamente es directamente

proporcional a la longitud proporcional a la longitud LL e e inversamente proporcional al área inversamente proporcional al área AA, ,

se puede escribir:se puede escribir:

or L RA

RA L

or L RA

RA L

La unidad de resistividad es el La unidad de resistividad es el ohm-metro ohm-metro ((m)

La resistividad ρ La resistividad ρ material.se material.se

determina por el determina por el material material

De la anterior fórmula se puede deducir que el valor De la anterior fórmula se puede deducir que el valor de un de un resistor, utilizado normalmente en electricidad y , utilizado normalmente en electricidad y

electrónica, depende en su construcción, de la electrónica, depende en su construcción, de la resistividadresistividad (material con el que fue fabricado), su (material con el que fue fabricado), su

longitud, y su área transversal.longitud, y su área transversal.R = R = ρ * ρ * L / AL / A

- A mayor longitud y menor área transversal del - A mayor longitud y menor área transversal del elemento, más resistenciaelemento, más resistencia

- A menor longitud y mayor área transversal del - A menor longitud y mayor área transversal del elemento, menos resistenciaelemento, menos resistencia

La resistividad depende de la temperatura

La resistividad de los metales aumenta al aumentar la temperatura al contrario de los semiconductores en donde

este valor decrece..

Ejemplo 3.Ejemplo 3. ¿Qué ¿Qué longitudlongitud LL de alambre de alambre de cobre se requiere para producir un de cobre se requiere para producir un resistor de resistor de 4 m4 m? Suponga que el ? Suponga que el diámetro del alambre es diámetro del alambre es 1 mm 1 mm y que la y que la resistividad resistividad del cobre es del cobre es 1.72 x 101.72 x 10-8 -8

..mm ..2 2(0.001 m)

4 4

DA

AA = 7.85 x 10 = 7.85 x 10-7-7 m m22

LR

A

LR

A

-7 2

-8

(0.004 )(7.85 x 10 m )

1.72 x 10 m

RAL

L = 0.183 mLa longitud requerida La longitud requerida es:es:


Coeficiente de Coeficiente de temperatura de la temperatura de la

resistenciaresistenciaPara la mayoría de los materiales, la Para la mayoría de los materiales, la resistencia resistencia RR cambia en proporción a la cambia en proporción a la resistencia inicial resistencia inicial Ro y al cambio en y al cambio en temperatura temperatura tt..

0R R t 0R R t Cambio en Cambio en resistencia:resistencia:

El El coeficiente de temperatura de la coeficiente de temperatura de la resistencia, resistencia, es el cambio en la resistencia, es el cambio en la resistencia, por unidad de resistencia, por cada grado de por unidad de resistencia, por cada grado de

cambio de temperatura. cambio de temperatura.

C1

:es Unidad;0 tRR

Ejemplo 4.Ejemplo 4. La resistencia de un alambre de La resistencia de un alambre de cobre es cobre es 4.00 m4.00 m a a 202000CC. ¿Cuál será su . ¿Cuál será su resistencia si se calienta a resistencia si se calienta a 808000CC? Suponga ? Suponga que que = 0.004 /C= 0.004 /Coo..

0 00 ; (0.004 / C )(4 m )(60 C )R R t R

RRoo = 4.00 m = 4.00 mt = 80t = 80ooC – 20C – 20ooC = C = 60 C60 Coo

R = 0.96 mR = 0.96 m

R = RR = Roo + + RR

R = R = 4.00 m4.00 m + 0.96 mm

R = 4.96 mR = 4.96 m


ing. margarita cruz chavezrutenato de estronciorutenato de estroncio

SUPERCONDUCTIVIDADSUPERCONDUCTIVIDADEs una condición de resistencia cero Es una condición de resistencia cero encontrada en ciertos materiales a encontrada en ciertos materiales a

temperaturas bajas temperaturas bajas


a presión ambientala presión ambientalúnicamente en presión altaúnicamente en presión alta

Resumen de fórmulasResumen de fórmulas

QI

t

QI

t 1C

1 A1 s

1C

1 A1 s

Corriente eléctrica:Corriente eléctrica:

; ; V V

I V IR RR I

; ; V V

I V IR RR I

Ley de OhmLey de Ohm

ampere 1 volt1

ohm 1aResistenci


Coeficiente de temperatura de la resistencia:

Coeficiente de temperatura de la resistencia:

Resumen (Cont.)Resumen (Cont.)

or L RA

RA L

or L RA

RA L

22; ;

VP VI P I R P

R

22; ;

VP VI P I R P

R

0R R t

Resistividad Resistividad de de

materiales:materiales:

Resistividad Resistividad de de

materiales:materiales:

Potencia eléctrica P:Potencia

eléctrica P:

C1

:s Unidade;0 tRR


CONCLUSIÓN: Capítulo 27CONCLUSIÓN: Capítulo 27Corriente y resistenciaCorriente y resistencia


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