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Liceo Nº1 “Javiera Carrera”
DEPTO DE FÍSICA
CARGA Y CORRIENTE ELÉCTRICA.
Se sabe que algunos objetos al frotarlos entre si adquieren cierta propiedades, por
ejemplo un peine o barra de plástico puede atraer objetos si es frotado con una
prenda de lana. Se decía que los objetos habían sido electrificados y al proceso de
frotamiento se le llamaba cargar el objeto. Antes del advenimiento de la moderna
teoría atómica, se pensaba que ciertos fluidos se transferían de un objeto a otro
durante el proceso de carga. Desde un punto de vista moderno se sabe que cuando dos
objetos se frotan hay una transferencia de carga eléctrica y que esta reside en
partículas que son parte de los constituyentes de la materia (átomos).
CARGA ELECTRICA.
La carga eléctrica es el concepto básico de la electricidad. La única manera de
describir la carga eléctrica es por sus efectos, que se manifiestan como fuerzas de
interacción entre ellas. Podemos pensar a la carga eléctrica como una “propiedad” de
ciertas partículas elementales de la naturaleza y que no existe fuera de esas partículas
(electrón, muón, etc), a pesar de que hablemos de la carga como algo con existencia
independiente. La carga eléctrica tiene las siguientes características:
1. Existen dos clases de cargas, denotadas arbitrariamente como carga positiva y
carga negativa. La magnitud de la carga está dada por un número real y su tipo
es denotado por un signo mas (+) o menos (-). Las cargas pueden ser sumadas
medicamentoso tal como los números reales. Se ha encontrado que dos cargas
del mismo signo se repelen y dos cargas de signos distintos se atraen.
2. En la naturaleza la cantidad total de carga negativa balancea la cantidad de
carga positiva. La neutralidad es el estado mas común de los objetos. La carga
se conserva, de modo que no es posible crear o aniquilar carga positiva
(negativa) sin crear o aniquilar igual cantidad de carga negativa (positiva).
3. La carga está cuantizada. Esto significa que parece haber un mínimo de
magnitud (no nula) de carga eléctrica. Este mínimo está asociado, por ejemplo,
a la carga del electrón o positrón. Todas las cargas son múltiplos enteros de
está carga elemental. De este modo todas las “partículas elementales” de la
naturaleza deben tener una carga de magnitud igual a esta unidad mínima o
cero, aunque en la década de 1970 se plateó la existencia de partículas
elementales de carga menor a la del electrón (estas partículas, llamadas quarks,
tienen un tercio o dos tercios de la carga electrónica). Sin embargo, si los
quarks existen, su carga aún estaría cuantizada.
ELECTRONES Y ÁTOMOS.
La moderna teoría atómica sostiene que toda la materia está formada por átomos.
Para hacernos una imagen de estos, los pensamos como formados por un núcleo
central cargado positivamente, que consta de partículas llamadas protones (carga +) y
neutrones (sin carga o neutros) y una “nube” de electrones (con carga -) que lo rodea.
Normalmente el átomo se encuentra en estado neutro debido a que contiene igual
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número de protones que de electrones. Un átomo que ha perdido uno de sus
electrones es llamado un ion positivo.
Al poner en contacto dos materiales, algunos electrones débilmente enlazados a los
núcleos pueden transferirse de un material a otro. Por ejemplo cuando una barra de
ebonita (material duro a base de caucho) se frota contra la piel, los electrones se
transfieren de la piel a la barra, dejando un exceso de electrones sobre la barra y una
deficiencia de electrones en la piel. Similarmente, cuando una barra de vidrio se frota
con un pedazo de seda, los electrones se transfieren del vidrio a la seda. En resumen,
un objeto que posee un exceso de electrones se dice cargado negativamente, mientras
que un objeto que tiene una deficiencia de electrones se dice cargado positivamente.
AISLANTES Y CONDUCTORES.
Los átomos, de distintos tipos, se distribuyen de una manera particular dependiendo
del material que formen. Esto determina que, para ciertos materiales, algunos
electrones de los átomos constituyentes estén débilmente unidos a los núcleos y por
lo tanto tengan gran movilidad dentro del material. Estos son llamados electrones
libres y los materiales aquí descritos son llamados conductores. Un conductores tiene
la habilidad de transferir fácilmente la carga a través de el. UnA clase muy importante
de conductores son los metales tales como el cobre, platino, aluminio, etc. Un material
que es un pobre conductor de carga es llamado un aislante. En estos materiales los
electrones están fuertemente enlazados a los núcleos y tiene poca o ninguna
movilidad. Ejemplos de estos materiales son la ebonita, el plástico, el vidrio y el aire.
CARGA POR CONTACTO E INDUCCIÓN.
Supongamos que hemos cargado por frotamiento una barra de ebonita (carga -). Si
acercamos la barra a una esfera metálica neutra, los electrones que forman parte de
los átomos del metal serán repelidos por los electrones presentes en la barra. Puesto
que algunos de ellos son móviles, estos migrarán hacia el lugar de la esfera mas
alejado de la barra. La esfera metálica se ha polarizado: como un todo es neutra, pero
localmente cerca de la barra se encuentra cargada positivamente y lejos de esta
negativamente. Si ponemos en contacto la barra con la esfera, por efecto de atracción
entre cargas positivas y negativa, se transferirán electrones desde la barra a la esfera.
Si inmediatamente retiramos la barra, la esfera tendrá ahora un exceso de electrones y
por lo tanto habrá sido cargada negativamente por contacto. Ahora volvamos al punto
inicial: acercamos la barra pero esta vez no hacemos contacto si no que conectamos la
esfera mediante un cable a la tierra. Los electrones del metal se desplazaran hacia la
tierra debido a la fuerza eléctrica de repulsión entre ellos y los electrones de la barra.
Si desconectamos de la esfera, sin retirar aun la barra de ebonita, lograremos que la
esfera quede con una deficiencia de electrones y por lo tanto ha sido cargada
positivamente por inducción. La palabra inducción enfatiza que no ha habido
transferencia de carga ni contacto entre la esfera y la barra de ebonita.
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FUERZAS ELECTRICAS, CAMPO ELECTRICO Y POTENCIAL ELÉCTRICO.
Ya se ha dicho que existen fuerzas de atracción o repulsión entre las cargas eléctricas.
Una carga eléctrica positiva, por ejemplo, tiene la propiedad de repeler cargas
positivas puestas en cualquier punto del espacio, experimentalmente se ha observado
que esta fuerza es de largo alcance, es decir no importa que tan grande sea la
separación entre las cargas, existe una fuerza de repulsión….POR COMPLETAR
CORRIENTE ELÉCTRICA.
Consideremos un alambre o conductor metálico en el cual se establece un campo
eléctrico E. Tal como lo indica la figura Nº 1. Por ejemplo, este campo eléctrico se
puede establecer, uniendo los extremos del conductor a los polos o terminales de una
pila o una batería.

En un metal, la corriente eléctrica
está constituida por electrones
que se mueven en sentido
contrario al campo aplicado.
Figura 1
Sabemos que en el alambre existe un gran número de electrones libres. Tales
electrones quedarán sujetos a la acción de una fuerza eléctrica debida al campo, y
puesto que son libres, entrarán inmediatamente en movimiento. Como los electrones
poseen carga negativa, su desplazamiento tendrá sentido contrario al del campo
aplicado, tal como lo muestra la figura Nº 1. Por lo tanto, al establecer un campo
eléctrico en un conductor metálico, produce un flujo de electrones en dicho conductor,
fenómeno que se denomina CORRIENTE ELÉCTRICA.
Comentarios:
En los conductores líquidos también se puede establecer una
corriente eléctrica. Por ejemplo, consideremos, una solución de
cloruro de sodio (NaCl) en agua. Como usted ya debe saber, la sal
produce iones positivos (Na+) e iones negativos (Cl-), los cuales
quedan libres y pueden desplazarse en el interior del líquido. Al
establecer un campo eléctrico en la solución (esto se puede lograr
introduciendo en ella dos placas metálicas conectadas a una batería),
los iones positivos empiezan a desplazarse en sentido del vector E, y los iones
negativos, en sentido contrario, tal como lo indica la figura Nº 2, Por lo tanto, la
corriente eléctrica en un conductor líquido está constituida por el movimiento de
iones positivos y de iones negativos, que se desplazan en sentido contrario.
Figura 2
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Es posible también establecer corriente eléctrica en los gases, como sucede en las
lámparas de vapor de mercurio, o cuando una chispa eléctrica salta de un cuerpo a
otro a través del aire. En estos casos, la corriente está constituida por el movimiento
de iones positivos, negativos y también de electrones libres.
INTENSIDAD DE CORRIENTE (I).
La figura Nº 3, representa un conductor en el cual se ha
establecido una corriente eléctrica. Consideremos una
sección transversal S cualquiera del conductor y
supóngase que una persona observa, durante un
intervalo de tiempo ∆t, la cantidad de carga que pasa a
través de dicha sección. Representemos por ∆Q esta
cantidad de carga.
La relación cantidad de carga ∆Q y el intervalo de tiempo∆t, recibe el nombre de
INTENSIDAD DE CORRIENTE a través de la sección transversal S. Designando por I
esta magnitud resulta, entonces.
Figura 3
I = ∆Q / ∆t
En el SI, la unidad de intensidad de corriente será el coulomb/ segundo (C/s). Esta
unidad se denomina ampère (símbolo: A), en honor al físico francés André M. Ampère
(1775-1836), que vivió en el siglo pasado, y contribuyó notablemente al desarrollo, de
la teoría de la Electricidad, en especial al electromagnetismo. Así pues, tenemos que:
1C/S = 1 ampere = 1 A
CORRIENTE CONTINUA (CC) Y CORRIENTE ALTERNA (CA).
Analizamos que la aplicación de un campo eléctrico E a un conductor, establece en él
una corriente eléctrica, cuyo sentido es el mismo que el vector E. Entonces, si el
sentido del campo eléctrico aplicado permanece constante, el sentido de la corriente
también se mantendrá inalterado; es decir, las cargas se desplazarán continuamente
en un mismo sentido en el conductor. Una corriente de esta clase recibe el nombre de
CORRIENTE CONTINUA (símbolo: CC). Por ejemplo, la corriente continua es
proporcionada, por las pilas (que se emplean en las linternas, discman, etc.) o bien,
por las baterías o acumuladores de automóvil.
Pero la corriente eléctrica que suministran las empresas públicas de electricidad en
casi todas las ciudades del mundo, no es corriente continua. Cuando conectamos un
aparato eléctrico a cualquier toma o contacto de una casa, el campo eléctrico
establecido en el conductor cambia periódicamente de sentido. Por lo tanto, las cargas
eléctricas en el conductor oscilarán, desplazándose unas veces en un sentido y otras
en sentido contrario. Entonces la corriente eléctrica que circula (así como el campo),
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cambia periódicamente de sentido, por lo cual se denomina CORRIENTE ALTERNA
(símbolo: CA). La frecuencia de una corriente alterna normalmente es igual a 60 Hz;
es decir, en estas corrientes las cargas eléctricas que existen en el conductor, ejecutan
60 oscilaciones completas (ciclos) por segundo.
CIRCUITOS SIMPLES DE CC
Anteriormente se analizó que un campo eléctrico puede establecerse en el interior de
un conductor conectando sus extremos a los bornes de una pila. Esto se debe al que el
dispositivo es capaz de mantener una diferencia de potencial1 entre dichas terminales,
gracias a la reacción química que se produce en su interior.
Una pila seca común, figura 4 de las que se utilizan comúnmente, el extremo A que se
muestra en la figura (a), tiene un potencial más alto que el de la parte B de la pila. El
voltaje entre estos puntos es casi 1.5 V. el botón A se denomina polo positivo (con
potencial más alto) mientras que la base B es polo negativo (con potencial más bajo).
En la figura (b) se muestra la estructura interior de una pila, en la cual se advierten
algunos de sus componentes. Observe que el polo positivo es una barra de carbón, y
que el polo negativo es una envoltura de
zinc, existen otros tipos de pilas, pero en
general, la diferencia de potencial entre
los polos de estos elementos se mantiene
gracias a la energía liberada por
reacciones electroquímicas.
Figura 4
Finalmente en la figura (c) se muestra el
símbolo que se utiliza para representar
una pila en un circuito, siendo la placa de
mayor tamaño la que represente el polo
positivo, y la de menor tamaño el polo negativo.
Como ya lo sabe, el voltaje proporcionado por una pila seca es de 1.5 V. Podemos
agrupar varias pilas para obtener una mayor voltaje, como sucede en los discman.
Esta conexión se obtiene disponiendo las pilas en la forma indica da en la figura Nº 5;
el polo positivo de la 1 se conecta al polo negativo de la 2, el polo positivo de ésta se
conecta, a su vez, al polo negativo de la pila 3, y así sucesivamente. Cuando varias pilas
se conectan de esta manera, decimos que están conectadas en serie.
1
Diferencia de potencial. Suponga un cuerpo electrizado que produce un campo eléctrico (+) en el espacio que lo rodea.
Considerando dos puntos, A y B, en este campo eléctrico, el punto A más cerca del campo eléctrico que B. Si en A soltamos una carga de
prueba (recuerde que la consideraremos positiva) q, la fuerza eléctrica F producida por el campo actuará sobre ella. Supongamos además,
que bajo la acción de esta carga se desplaza de A hacia B. En este desplazamiento la fuerza eléctrica esta realizando un trabajo (WAB). Es
decir, ese trabajo que se realiza representa la cantidad de energía que la fuerza eléctrica F imparte a la carga q en su desplazamiento desde
A hasta B. Dicha cantidad se denomina DIFERENCIA DE POTENCIAL, se representa por VA –VB = WAB/q
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Es fácil obtener con este agrupamiento diferencias de potencial más
elevadas, en este caso la diferencia de potencial está dada por la suma de
cada una de las pilas, si cada pila aporta con 1.5 V
La diferencia de potencial en los extremos A y B de la figura 5 (V AB) está
dado por:
VAB = 1.5 V + 1.5 V + 1.5 V
Donde:
VAB = 4.5 V
Figura 5
CIRCUITO ELECTRICO SIMPLE.
En la figura 6, se representa una batería (o una pila)
cuyos polos están conectados mediante un
conductor. Cuando se tiene este tipo de disposición
decimos que existe un circuito eléctrico, cuya
representación esquemática se presenta en la figura
6 (b).
Como existe una diferencia de potencial entre los
polos de la batería, este voltaje se aplicará a los
extremos del conductor. Recordando que estas
condiciones, dentro del conductor se crea un campo
eléctrico, las cargas libres en aquél entrarán en
movimiento, es decir, se producirá una corriente
eléctrica que circula por dicho conductor. El sentido de esta corriente será el que
indica en la figura 6, pues la “cargas positivas” tienden a desplazarse del lugar donde
el potencial es mayor, hacia aquel donde es menor. Por lo tanto, siempre que
conectemos los polos de una pila o batería mediante un conductor, se establecerá en
éste una corriente cuyo sentido convencional es del polo positivo hacia el polo
negativo. Cuando la corriente llega al polo negativo, las cargas son obligadas, debido a
reacciones químicas, a desplazarse en el interior de la batería, pasando hacia el polo
positivo, lo cual completa el circuito. Al seguir en su movimiento, las cargas seguirán
desplazándose por el conductor, yendo nuevamente del polo positivo al polo negativo.
Mientras las reacciones químicas mantengan la diferencia de potencial entre los polos
de la batería, tendremos una corriente que circulará en forma continua de la manera
que acabamos de describir. Entonces ¿podría explicar por qué se “agotan” las pilas?
Es importante señalar que la intensidad de corriente es la misma para todo el circuito
de la figura 6.
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 RESISTENCIA ELECTRICA.
Supongamos un conductor AB conectado a una batería, como muestra la figura 7.
Sabemos que la misma establece una diferencia de potencial VAB en los extremos de
este conductor y por consiguiente, una corriente I pasará a través
Figura de
7 él.
Las cargas eléctricas móviles que constituyen la corriente eléctrica, aceleradas por el
voltaje VAB, realizarán choques contra los átomos o moléculas del conductor, por lo
cual habrá una oposición que éste ofrecerá al paso de la corriente eléctrica a través de
él. Esta oposición podrá ser mayor o menor, dependiendo de la naturaleza del
conductor conectado entre A y B. obviamente, la corriente I en el conductor será
mayor o menor, dependiendo de dicha oposición.
Para caracterizar el impedimento que un conductor ofrece al paso de corriente a
través de él, definiremos una magnitud que se denomina resistencia eléctrica (R) del
conductor, de la siguiente manera:
R = VAB / I
Por lo tanto, vemos que para un valor determinado de VAB, cuanto menor sea el valor
de la intensidad I, tanto mayor será el valor de R, es decir, tanto mayor será la
oposición que ofrece el conductor al paso de corriente a través de él. Observando la
definición de resistencia que acabamos de representar, podemos concluir que la
unidad de esta magnitud en el SI, será el volt / ampere (V/A). Esta unidad de
denomina ohm (y se representa por la letra griega omega mayúscula Ω) en honor al
físico alemán, George Simon Ohm (1787 – 1854), que realizó el estudio de fenómenos
realizados con la corriente eléctrica.
Tenemos entonces;
1 V/ A = 1 ohm = 1Ω
LEY DE OHM.
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Consideremos un conductor, como el mostrado en la figura 7, al cual se aplica una
diferencia de potencial2 VAB. Como ya sabe, esta diferencia de potencial establecerá en
el conductor, una intensidad de corriente I. al variar el valor de la tensión aplicada al
conductor, se observa que la corriente que pasa por él también se modifica. Por
ejemplo;
Una diferencia de potencial (VAB)1 produce una corriente I1.
Una diferencia de potencial (VAB)2 produce una corriente I2.
Una diferencia de potencial (VAB)3 produce una corriente I3, etc.
Ohm, en sus estudios, realizó varios experimentos midiendo los voltajes (y las
corrientes respectivas) que se aplicaban a diversos conductores hechos de diferentes
sustancias. Entonces halló que para muchos materiales, principalmente los metales, la
relación entre la tensión y la corriente se mantendría constante, es decir;
(VAB)1 / I1 = (VAB)2 / I2 = (VAB)3 = I3 = ...
O sea;
VAB / I = constante.
Pero VAB / I representa el valor de la resistencia R del conductor. Por lo tanto, Ohm
concluyó que para tales conductores se tenía.
R = constante.
Este resultado se conoce como LEY DE OHM, y puede sintetizarse de la siguiente
manera:
“Para un gran número de conductores (principalmente los metales), el valor de
la resistencia permanece constante y no depende de la diferencia de potencial
aplicada al conductor”
CONEXIÓN DE RESISTENCIAS.
Conexiones en serie: Muchas veces, en los circuitos
eléctricos se observan resistencias conectadas una
después de la otra, tal como se muestra en la figura 8.
Figura 8.
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Aunque en la práctica suele llamarse voltaje a cualquier diferencia de potencial o tensión, dicho término se aplica más
propiamente a un valor específico de tensión, en volts.
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Cuando esto sucede, decimos que tales elementos están CONECTADOS EN SERIE. Por
ejemplo, los foquitos que se usan para adornar los árboles de Navidad, generalmente
se hallan conectados de esta manera.
Si entre los extremos A y D del agrupamiento que se muestra en la
figura 8, se aplicara una diferencia de potencial, por las
resistencias de esta conexión pasaría una corriente eléctrica.
Como ya sabemos, la intensidad de corriente, I, tendría el mismo
valor en cualquier sección del circuito y, por lo tanto, las
resistencias R1, R2 y R3 serían recorridas por la misma corriente
(esto es cierto aunque R1, R2 y R3 tengan diferente valor).
Al designar por VAB, VBC y VCD los voltajes en R1, R2 y R3,
respectivamente, es fácil observar, por la figura 8 que:
VAB + VBC + VCD = VAD.
Como el valor de I es igual en las tres resistencias, podemos escribir que:
VAB = R1 * I
VBC = R2 * I
VCD = R3 * I
Conexiones en paralelo: Las resistencias eléctricas también se pueden conectar en
un circuito, en la forma mostrada en la figura 9. En este tipo de agrupamiento decimos
que los elementos están CONECTADO EN
PARALELO. Los faros de un automóvil y las
lámparas de una casa son un ejemplo.
Por la figura 9 vemos que las resistencias R1, R2
y R3 están conectadas, cada una, a los mismos
puntos A y B. de manera que la misma
diferencia de potencial VAB estará aplicada a
cada una de estas resistencias. Por ejemplo, si
el voltaje VAB proporcionado por la batería de la
figura 9, vale 12 V, tenemos que tanto R1 como
Figura 9
R2 y R3 se encuentran sometidas a este voltaje.
Observemos que la corriente total I proporcionada por la batería, se distribuye entre
las resistencias, pasando una corriente I1 por R1, una I2 por R2 y una I3 por R3. Es claro
que I1 + I2 + I3 = I y además recordando la relación I = VAB / R, tenemos que:
I1 = VAB / R1
I2 = VAB / R2
I3 = VAB / R3
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Por estas relaciones se ve fácilmente que por la resistencia de menor valor circulará la
corriente de mayor intensidad.
Tanto en la figura 8 como en la 9, es posible observar que puede sustituirse un
conjunto de resistencias R1, R2 y R3, por un solo R, capaz de reemplazar al
agrupamiento. Esta resistencia proporciona la RESISTENCIA EQUIVALENTE de la
conexión de elementos.
A continuación se obtendrá una relación que permita calcular el valor de la resistencia
equivalente de una conexión en serie.
Para ello, observemos que en la figura 8, la resistencia equivalente R debe ser tal que
al conectarla entre los puntos A y D, es decir, al someterla al voltaje VAD, por ella
circulará la misma corriente I que pasa por el agrupamiento. Por lo tanto, podemos
escribir que:
R = VAD / I
Recordando que:
VAD = VAB + VBC + VCD = (R1 * I) + (R2 * I) + (R3 * I)
Resulta que:
R = [(R1 * I) + (R2 * I) + (R3 * I)] / I
Donde:
R = R1 + R2 + R3
Así pues, concluimos que la resistencia equivalente a un conjunto de resistencias
conectadas en serie, está dado por la suma de las resistencias que constituyen la
conexión.
Mediante un procedimiento similar podemos demostrar que para un conjunto de
resistencias conectadas en paralelo, figura 9, la resistencia equivalente, R, está dada
por la expresión:
1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
Es decir, el inverso de la resistencia equivalente es igual a la suma de los inversos de
las resistencias conectadas.
Asociación mixta:
En el circuito de la figura tenemos varias
resistencias asociadas en un conjunto denominado
ASOCIACIÓN MIXTA, por presentar conexiones en
serie y en paralelo. El análisis de un circuito de este
tipo puede entenderse fácilmente si analizamos la
solución a las cuestiones que se incluyen a
continuación. Considere los siguientes valores para
las resistencias del circuito mostrado:
R1 = 30 Ω;
R2 = 30 Ω;
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R3 = 60 Ω;
R4 = 20 Ω;
R5 = 15 Ω
Y los puntos C y D están conectados por un alambre de resistencia despreciable
(resistencia nula).
1era pregunta: Determinar la resistencia equivalente de este circuito.
Como R2 y R3 están conectadas en paralelo, la resistencia RAB, entre A y B, está dada
por:
1/RAB = 1/R2 + 1/R3 = 1/30 + 1/60
Donde:
RAB = 20Ω
La resistencia R4, R5 y el alambre de la conexión C y D están también en paralelo. Como
el alambre de la conexión no ofrece ninguna resistencia al paso de la corriente, toda la
corriente que llega a C pasará por este alambre, es decir, no habrá corriente en las
resistencias R4 y R5. Entonces, la resistencia total C y D es nula y el circuito anterior es
equivalente al que se muestra en la figura continua.
Por lo tanto; la resistencia total de
este circuito es:
0
R = R1 + RAB + RCD = 30 + 20 = 50Ω
2da pregunta: Calcular la corriente en cada una de las resistencias del circuito original,
suponiendo que la batería aplique al circuito una diferencia de potencial V = 12V.
La corriente total I, suministrada por la batería, es la misma que pasa por la
resistencia R1. Su valor es:
I = V/R = 12/50 = 0.24 A
Para calcular las corrientes I2 en R2 y I3 en R3, debemos determinar, inicialmente, la
diferencia de potencial VAB entre A y B. en la última figura es fácil observar que:
VAB = RAB * I = 20 * 0.24 = 4.8 V
Entonces tenemos:
I2 = VAB / R2 = 4.8 / 30 = 0.16 A
I3 = VAB / R3 = 4.8 / 60 = 0.08 A
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El valor de I3, también podría obtenerse de la siguiente manera:
I = I2 + I3
O bien
0.24 = 0.16 + I3
Donde I3 es igual a
I3 = 0.08 A
Los valores de las corrientes en R4 y R5, como ya lo vimos, son nulos.
Problemas.
1. Suponga que dos objetos, A y B, del mismo material se frotan entre si. Una barra de
vidrio ha sido cargada al frotarla con seda. Al acercar la barra de vidrio al objeto A
se observa que estos se repelen. ¿Que pasará cuando se acerque la barra de vidrio
al objeto B? De acuerdo con la convención de Franklin ¿Que tipo de carga ha
adquirido el objeto A? ¿Cual es la carga total de los objetos A y B luego de haber
sido frotados?
2. Una esfera metálica liviana sin carga, está suspendida de un hilo y es tocada con
una barra de caucho cargada. Después de que esta toca la barra, la esfera es
repelida por la barra ¿Por que?
3. Las fuerzas eléctricas entre cargas son muy grandes comparadas con las fuerzas
gravitacionales. ¿Por qué normalmente no experimentamos fuerzas eléctricas,
pero si el efecto de la gravedad terrestre?
4. La ley de gravitación universal tiene una forma muy similar a la ley de Coulomb.
¿Crees que es posible que una carga orbite alrededor de otra, tal como la tierra
alrededor del sol? ¿Que tipos de cargas deberíamos considerar?
5. ¿Como podemos ionizar una molécula de aire? (ionizar quiere decir separar
cargas)
6. En los metales al menos un electrón de cada átomo puede moverse libremente a
través del metal. Se dice que el metal es un conductor. En el caso electroestático
(cargas en reposo), ¿de que manera se distribuirán los electrones sobre un
cascarón metálico cargado negativamente? Haz un dibujo y explica.
7. Los rayos generalmente ocurren cuando la carga negativa de una nube se
transporta a la Tierra. Si la Tierra es neutra, ¿qué proporciona la fuerza de
atracción que jala los electrones hacia la Tierra?
8. Un electroscopio es un dispositivo compuesto de un botón metálico, conectado
mediante una barra a dos láminas de metal muy livianas llamadas hojas (ver figura
mas adelante). Si se toca el botón el con un objeto cargado, digamos
negativamente, las cargas se distribuyen por las hojas y estas se separan. ¿Que
ocurre si tocamos el botón del electroscopio con una barra cargada positivamente?
9. ¿Como puede usar un electroscopio para determinar que dos barras poseen una
carga de igual signo? ¿y de signo distinto? ¿puede determinarse el tipo de carga si
se establece que una barra de vidrio frotada con seda adquiere carga negativa?
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10. Fíjese en la figura. Suponga
que tenemos dos esferas
metálicas en contacto (a). Se
acerca, sin tocarla, a una de las
esferas una barra cargada
negativamente (b), entones
las esferas se separan (c).
Mediante un electroscopio se
determina que la esfera más
cercana a la barra está
cargada positivamente y la otra está cargada positivamente (d). Explique lo que ha
ocurrido. ¿Como se relacionan las magnitudes de las cargas en las esferas?
11. En la siguiente secuencia de imágenes se muestra un electroscopio en distintas
situaciones ordenadas cronológicamente. El símbolo que aparece sobre la mano
significa que la carga fluye a tierra. Explica lo que sucede en la siguiente secuencia
de imágenes.
12. ¿Cuantos electrones en exceso hay en un objeto cargado con 1C.?
13. Suponga que fuese posible contar el número de electrones que pasan a través de
la sección de un conductor en el cual se estableció una corriente eléctrica. Si
durante in intervalo de tiempo ∆t = 10 s pasan 2.0 x 1020 electrones por esta
sección, determine:
a) La cantidad de carga ∆Q en coulombs, que corresponde a este número de
electrones (carga del electrón = 1.6 x 10-19C).
b) La intensidad de corriente (en ampere) que pasa por la sección transversal del
conductor.
14. La intensidad de la corriente que se estableció en un conductor metálico es I =
400 mA (1 mA = 1 miliampere = 10-3 A). Suponiendo que esta corriente se
mantuviera durante 10 minutos, calcule:
a) La cantidad total de carga que pasó a través de una sección dada del
conductor.
b) El número de electrones que atravesó dicha sección.
15. Un estudiante posee un radio que funciona con un voltaje constante de 6 V.
a) ¿Cuántas pilas secas debe conectar en serie el estudiante para hacer funcionar
su radio?
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b) Realice un dibujo que muestre cómo debe ser la disposición de las pilas del
aparato.
16. Suponga que el estudiante del ejercicio anterior conectó las pilas en paralelo.
a) ¿Conseguirá con esta disposición, obtener el voltaje deseado?
b) ¿Cuál es la diferencia de potencial que logrará con esta disposición?
17. El sentido de la corriente en el interior de una batería conectada a un resistor ¿es
el mismo que el de la corriente que fluye por el resistor?
18. La figura de este ejercicio muestra 2 focos, cuyos filamentos poseen resistencias
R1 y R2, conectadas a los polos de una batería. Observando la figura responda:
a) La corriente que pasa por R1, ¿es mayor, menor o igual a la que pasa por R2?
b) El valor de la resistencia R1, ¿es mayor, menor o igual al de la resistencia R2?
c) ¿Cuánto vale el voltaje existente entre los polos de la batería?
19. Los focos del ejercicio anterior se conectaron de la manera que indica la figura de
este ejercicio, una batería que mantiene entre sus polos una diferencia de
potencial de 6 V.
a) ¿Cuál es el voltaje aplicado a R1 y R2?
b) La corriente que pasa por R1, ¿es mayor, menor o igual a la que pasa por R2?
20. Suponga que en la figura de este ejercicio las resistencias tienen los valores
siguientes: R1
2
3
circuito una diferencia de potencial VAD = 24 V.
a) ¿Cuál es el valor de la resistencia equivalente de la conexión?
b) ¿cuál es el valor de la intensidad de corriente que pasa por R1? ¿Y por R2? ¿Y
por R3?
c) ¿Cuánto valen los voltajes VAB, VBC y VCD?
Selección Múltiple.
1. La magnitud de la carga eléctrica de un electrón es aproximadamente:
a) 1,60×1023 C
b) 1,60×10-23 C
c) 1,60×1019 C
d) 1,60×10-19 C
e) 106 C
2. La carga total negativa de un mol (6,02×1023 átomos) de helio (número atómico 2,
masa molar 4, ) es:
a) 4,8×104 C
b) 9,6×104 C
c) 1,9×105 C
d) 3,8×105 C
e) 7,7×105 C
3. La carga sobre un vidrio que ha sido frotado con seda es llamada positiva:
a) por una convención arbitraria
b) para que la carga del protón sea positiva
c) para que este conforme a la convención adoptada para G y m en la ley de
gravitación de Newton.
d) debido a que cargas iguales se repelen
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e) debido a que el vidrio es un aislador
4. Para que un objeto descargado tenga carga positiva se:
a) remueven algunos neutrones
b) agregan algunos neutrones
c) agregan algunos electrones
d) remueven algunos electrones
e) calienta hasta causar un cambio de fase.
5. Cuando una barra de caucho adquiere carga negativa por frotamiento con lana, las
cargas:
a) positivas son transferida desde la barra a la lana
b) negativas son transferidas desde la barra hasta la lana
c) positivas son transferidas desde la lana hasta la barra
d) negativas son transferidas desde la lana hasta la barra
e) negativas son creadas y almacenadas en la barra.
6. Un conductor se distingue esencialmente de un aislador con el mismo número de
átomos por el número de:
a) átomos libres
b) Electrones
c) electrones libres
d) Protones
e) Moléculas
7. El diagrama muestra un par de cubos plásticos cargados que se atraen uno otro.
El cubo 3 es un conductor y está descargado.
¿Cual de los siguientes esquemas ilustra las fuerzas que actúan sobre ellos?
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8. Una bola de metal neutra está suspendida por una cuerda. Una barra aisladora
positivamente cargada es colocada cerca de la bola y se observa que atrae a la bola.
Esto es debido a que:
a) la bola se carga positivamente por inducción
b) la bola se carga negativamente por inducción.
c) El número de electrones en la bola es mayor que el número de electrones en la
barra
d) la cuerda no es un aislador perfecto
e) existe un reordenamiento de electrones en la bola
9. Una barra cargada negativamente es puesta cerca de la bola de un electroscopio
cargado positivamente. El resultado es que:
a) las hojas del electroscopio se abrirán
b) la barra perderá su carga
c) las hojas del electroscopio se cerrarán
d) el electroscopio se descargara
e) nada perceptible ocurrirá
10. Considere el siguiente procedimiento
1. ponga un electroscopio a tierra
2. remueva la tierra del electroscopio
3. toque el electroscopio con una barra cargada
4. acerque una barra cargada cerca del electroscopio
5. remueva la barra cargada
Para cargar el electroscopio por inducción debemos considerar la secuencia:
a) 1, 4, 5, 2
b) 4, 1, 2, 5
c) 3, 1, 2, 5
d) 4, 1, 5, 2
e) 3, 5
11. Un pequeño objeto tiene carga Q. Una carga q es removida de este y puesta sobre
un segundo objeto pequeño. Los dos objetos se colocan a 1m de distancia. Para la
fuerza que un objeto ejerce sobre el otro es mayor cuando q es igual a:
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a) 2Q
b) Q
c) Q/2
d) Q/4
e) 0
12. Dos pequeñas esferas conductoras e idénticas A y B tiene la misma carga. Una
tercera esfera conductora C está descargada. Entonces C toca a A, luego a B. como
resultado la fuerza electrostática entre A y B, que era originalmente F, es:
a) F/2
b) F/4
c) F/16
d) 3F/8
e) 0
13. Dos partículas, X e Y, se encuentran 4m alejadas. X tiene una carga 2Q e Y tiene
una carga Q. La fuerza que ejerce X sobre Y tiene:
a) el doble de magnitud que la fuerza que ejerce Y sobre X
b) la mitad de la magnitud de la fuerza que ejerce Y sobre X
c) tiene cuatro veces la magnitud de la fuerza que ejerce Y sobre X
d) tiene un cuarto de la magnitud de la fuerza que ejerce que ejerce Y sobre X
e) tiene la misma magnitud que la fuerza que ejerce Y sobre X
14. Dos electrones (e1 y e2) y un protón (p) yacen sobre una línea recta, tal como se
muestra en la figura. Las direcciones de la fuerza que ejerce e2 sobre e1, la fuerza
que ejerce p sobre e1, y la fuerza total sobre e1 son respectivamente:
a) --->, <---, --->
b) <---, ---> ,--->
c) --->, <---, <--d) <---, --->, <--e) <---, <---, <---
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