UNIDAD 8 Corriente eléctrica Analizando un circuito donde están

UNIDAD 8 Corriente eléctrica
Analizando un circuito donde están en serie, una fuente de voltaje (una batería o pila) y
un bombillo, se concluye:
La pila posee una diferencia de potencial (voltaje) que al ser aplicado al conductor, se
genera un campo eléctrico, que produce un movimiento de cargas (electrones) desde el
polo negativo de la pila al polo positivo. Pues bien, en la práctica se suele utilizar por
convencionalidad, que el flujo de corriente NO es el indicado, es en sentido contrario.
Esto por supuesto no influye en los conceptos aprendidos, ese planteamiento tiene su
origen en razones históricas y no a cuestiones de la física. Como corriente es movimiento
de cargas, si lo definimos en un tiempo determinado tenemos:
I =
donde: I es intensidad de corriente y sus unidades son:
Coul/seg = A (ampere)
Densidad de corriente:
Se representa con la letra J y es un vector que determina la intensidad de corriente por
unidad de área.
j= I/A
siendo j la densidad de corriente (A/m2)
I la intensidad de corriente (A)
A área transversal del conductor por donde circula I (m2)
Este vector tiene la misma dirección de las cargas en movimiento.
Resistividad
Es una constante característica de los materiales y depende de la resistencia que ofrecen
los materiales al paso de la corriente eléctrica. la resistividad eléctrica es inversa a la
conductividad eléctrica. Se representa con la letra griega ρ y su unidad de medida en el
sistema internacional es el Ω.m (Ohm por metro).
Los valores típicos de resistividad de varios materiales a 23 °C son:
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.
Resistencia eléctrica
Dependiendo de las características del conductor, éstos pueden ser capaces de
SOPORTAR el paso de mayor o menor cantidad de corriente eléctrica. A esta
"dificultad" que se le presenta a la corriente para circular por un conductor se
denomina Resistencia eléctrica (R)
.
La resistencia eléctrica de un conductor depende de tres factores que quedan recogidos en
la ecuación que sigue:
La unidad de medida de la resistencia es el ohmio (Ω)
CAPACIDADES DE CONDUCCIÓN DE CORRIENTE DE CABLES DE BAJA
TENSIÓN
Tabla 1. Capacidad de conducción de corriente en Amperes de conductores aislados
de 0 V a 2000 V
Calibre
TW
18
16
Área de la sección transversal
mm2
0.824
1.31
Corriente amperes (Cobre)
14
18
14
12
10
8
6
2.08
3031
5.26
8.37
13.3
25
30
40
55
75
Observamos la tabla anterior y nos fijamos que mientras mayor es el área transversal,
según la ecuación anterior menor resistencia, mayor soporte al paso o circulación de
corriente a través del conductor. Esta relación que se realiza entre resistencia y corriente la
expresamos a través de la ley de Ohm.
Ley de Ohm
Esta relación es: I = V / R y se conoce como la Ley de Ohm
Donde: I intensidad de corriente (A) (ampere)
R resistencia eléctrica
(Ω) (Ohm)
V diferencia de potencial (v) (voltio)
Por ejemplo:
La corriente que circula por el circuito (por la resistencia o resistor) es: I = 12 Voltios / 6
ohm = 2 Amperios.
De la misma manera, de la fórmula se puede despejar la tensión en función de la corriente
y la resistencia, entonces la Ley de Ohm queda: V = I * R.
Así, si se conoce la corriente y la resistencia se puede obtener la tensión entre los
terminales de la resistencia: V = 2 Amperios * 6 ohm = 12 V
Al igual que en el caso anterior, si se despeja la resistencia en función del voltaje y la
corriente, y se obtiene la Ley de Ohm de la forma: R = V / I.
Entonces si se conoce la tensión en la resistencia y la corriente que pasa por ella se obtiene
que: R = 12 Voltios / 2 Amperios = 6 ohm
Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se utiliza el siguiente triángulo que
tiene mucha similitud con las fórmulas analizadas anteriormente.
V=IxR
I=V/R
R=V/I
Es muy útil tomar el concepto de resistencia para añadir a circuitos, dispositivos eléctricos
capaces de limitar la corriente que circula. Estos dispositivos son llamados también
resistencias y se clasifican según el código de colores que ellos presentan, a continuación se
muestra:
Código de Colores de Resistencias
El valor en ohmios de las resistencias de propósito general se obtiene de interpretar un
código de colores que estas llevan formando bandas alrededor de su cuerpo. Cada color
representa un número. El valor se lee comenzando por la banda que está mas cerca a uno de
los extremos de la resistencia.
La primera banda es el primer dígito del valor de la resistencia.
La segunda banda es el segundo dígito del valor de la resistencia.
La tercera banda corresponde a un multiplicador de los dos primeros dígitos.
La cuarta banda representa la tolerancia del valor de la resistencia obtenido al interpretar las
tres primeras bandas. Hay resistencias de precisión que tienen una quinta banda. También,
se pueden tener más bandas de acuerdo a ciertas indicaciones de uso, etc.
Equivalencias de los colores:
1a y 2a banda
3a banda (multiplicador)x10y 4a banda (tolerancia)
Negro
0
0
Marrón
1
1
Rojo
2
2
2%
Naranja
3
3
3%
Amarillo
4
4
4%
Verde
5
5
Azul
6
Violeta
7
Gris
8
Blanco
9
6
1%
Dorado
-1
5%
Plateado
-2
10%
Sin color
20%
Potencia eléctrica
Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto
de “energía”, que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo
eléctrico
cualquiera
para
realizar
un
trabajo.
Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una
fuente, como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el
conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa
energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria.
De acuerdo con la definición de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se
transforma”. En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la
obtención de luz, calor, frío, movimiento (en un motor), o en otro trabajo útil que realice
cualquier
dispositivo
conectado
a
un
circuito
eléctrico
cerrado.
La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en “joule” y se representa
con
la
letra
“J”.
Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la
potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide
en
joule
por
segundo
(J/seg)
y
se
representa
con
la
letra
“P”.
Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un
segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.
La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”.
Ejercicios:
1. ¿Cuánto tiempo le tomará a una carga neta de 2.5 coul pasar por el área transversal de
un alambre para producir una corriente de 5 mA?
2. El arranque de un auto extrae 50 A de la batería para echarlo andar. Si el tiempo del
arranque es de 1.5 seg. ¿Cuántos electrones pasan por el circuito en ese tiempo?
3. Un alambre de resistencia de 6 Ω se estira de manera que su nueva longitud es de 3
veces mayor que la longitud original. Encontrar la resistencia del alambre mas largo,
suponiendo que la resistividad y la densidad de corriente del material no varía.
4. Un dispositivo eléctrico posee una potencia de 100w cuando está conectado a una
fuente de 120v. Si la compañía de electricidad disminuye el voltaje en un 5% para
conservar a la energía. ¿Cuál es la potencia consumida por el aparato después de la
caída de tensión?
5. Se conecta un alambre a una pila de 1.5 v. Si la resistencia del cable es de 10Ω. ¿Cuál
es la corriente que circula por el alambre?
6. En las especificaciones de una plancha se dice que su potencia es de 1200 W a 120 v.
Calcular:
a) Corriente que utiliza la plancha
b) consumo de energía durante una hora.