LEY DE OHM Y POTENCIA ELECTRICA

Corriente eléctricaLa La corriente eléctricacorriente eléctrica I I es la es la tasa del flujo de carga tasa del flujo de carga QQ a a través de una sección través de una sección transversal transversal A A en una unidad en una unidad de tiempo de tiempo tt..

QIt

1C1 A1 s

Un Un ampereampere A A es la carga que es la carga que fluye a la tasa de un fluye a la tasa de un coulomb coulomb por segundopor segundo..

AA++

--AlambrAlambree

+Q+Q

tt

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

I = 6 AI = 6 A; qI q Itt

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 electrons1.6 x 10 C

En 3 s: 1.12 x 1020 electrones

Corriente convencionalImagine un capacitor cargado con Imagine un capacitor cargado con Q = CVQ = CV

al que se permite al que se permite descargarse.descargarse.Flujo de electrones:Flujo de electrones: La La dirección de edirección de e- - que fluye de – que fluye de – a +. a +. Corriente convencional:Corriente convencional: El movimiento de +q de El movimiento de +q de + a – tiene el mismo + a – tiene el mismo efecto.efecto.

Los Los campos eléctricoscampos eléctricos y el y el potencialpotencial se se definen en términos de definen en términos de +q+q, así que se , así que se supondrá supondrá corriente convencional corriente convencional (incluso si (incluso si el flujo de electrones puede ser el flujo real).el flujo de electrones puede ser el flujo real).

++

--

+ -Flujo de

electrones

+ -+ -

e-

Flujo convencional

+

Fuerza electromotrizUna Una fuente de fuerza electromotriz (fem)fuente de fuerza electromotriz (fem) es un dispositivo que usa energía química, es un dispositivo que usa energía química, mecánica u otra para proporcionar la mecánica u otra para proporcionar la diferencia de potencial necesaria para diferencia de potencial necesaria para corriente eléctrica.corriente eléctrica.

Líneas de Líneas de transmisiótransmisiónn

BateríaBatería Generador Generador eólicoeólico

Analogía de agua para FEM

Presión baja

BombaAgua

Presión alta

VálvulaFlujode agua

Constricción

Fuente de FEM

Resistor

Potencial alto

Potencial bajo

Interruptor

E

RI

+ -

La La fuente de femfuente de fem (bomba) proporciona el (bomba) proporciona el voltajevoltaje (presión) para forzar (presión) para forzar electroneselectrones (agua) a través de una (agua) a través de una resistenciaresistencia eléctrica eléctrica (constricción estrecha).(constricción estrecha).

Símbolos de circuito eléctrico

Con frecuencia, los Con frecuencia, los circuitos eléctricos circuitos eléctricos contienen uno o más resistores agrupados contienen uno o más resistores agrupados y unidos a una fuente de energía, como y unidos a una fuente de energía, como una batería.una batería.Con frecuencia se usan los siguientes Con frecuencia se usan los siguientes

símbolos:símbolos:

+ - + -- + - + -

Tierra Batería-+

Resistor

Resistencia 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.

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

de un conductor dado es directamente de un conductor dado es directamente proporcional a la diferencia de potencial proporcional a la diferencia de potencial VV entre entre

sus puntos extremos.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 VI V IR RR I

VIOhm deLey

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

Fuente de FEM

RI

+ -

V = 3 V6 mA

3.0 V0.006 A

VRI

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

AmperímetrAmperímetroo

VoltímetrVoltímetroo

ReóstatoReóstatoFuente Fuente de FEMde FEM

Reóstato

ASímbolos de circuito de laboratorio

V fem-

+

Factores que afectan la resistencia

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 (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 HierroHierro

Resistividad de un material

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 RARA L

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

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

.m . 2 2(0.001 m)4 4DA

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

LRA

-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:

Potencia eléctricaLa 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:VItP

t P = VI

I

tqI

tqV

tTrabajoP e

Cálculo 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

Ejemplo 5. 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 =P = VI = (120 V)(9 A) (120 V)(9 A) 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 la extrae una corriente de 10 A. ¿Cuál es la resistencia?resistencia?

R = 5.00 22 2

500 W; (10 A)

PP I R RI