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Capítulo 27. Corriente y resistencia
Presentación PowerPoint de
Paul E. Tippens, Profesor de Física
Southern Polytechnic State University© 2007
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Objetivos: Después de completar este módulo deberá:
• Definir corriente eléctrica y fuerza electromotriz.
• Escribir y aplicar la ley de Ohm a circuitos que contengan resistencia y fem.
• Definir la resistividad de un material y aplicar fórmulas para su cálculo.
• Definir y aplicar el concepto de coeficiente de temperatura de la resistencia.
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Corriente eléctrica
La corriente eléctrica I es la tasa del flujo de carga Q a través de una sección transversal A en una unidad de tiempo t.
QI
t
1C1 A
1 s
Un ampere A es la carga que fluye a la tasa de un coulomb por segundo.
A+
-
Alambre
+Q
t
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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 A
; q
I q Itt
q = (6 A)(3 s) = 18 C
Recuerde que: 1 e- = 1.6 x 10-19 C, luego 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
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Corriente convencional
Imagine un capacitor cargado con Q = CV al que se permite descargarse.
Flujo de electrones: La dirección de e- que fluye de – a +.
Corriente convencional: El movimiento de +q de + a –tiene el mismo efecto.
Los campos eléctricos y el potencial se definen en términos de +q, así que se supondrá corriente convencional (incluso si el flujo de electrones puede ser el flujo real).
++
--
+ -
Flujo de electrones
+ -+ -
e-
Flujo convencional
+
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Fuerza electromotriz
Una fuente de fuerza electromotriz (fem) es un dispositivo que usa energía química, mecánica u otra para proporcionar la diferencia de potencial necesaria para corriente eléctrica.
Líneas de transmisión
Batería Generador eólico
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Analogía de agua para FEM
Presión
baja
BombaAgua
Presión
alta
VálvulaFlujo
de agua
Constricción
Fuente de FEM
ResistorPotencial
alto
Potencial
bajo
Interruptor
E
RI
+ -
La fuente de fem (bomba) proporciona el voltaje(presión) para forzar electrones (agua) a través de una resistencia eléctrica (constricción estrecha).
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Símbolos de circuito eléctrico
Con frecuencia, los circuitos eléctricos contienen uno o más resistores agrupados y unidos a una fuente de energía, como una batería.
Con frecuencia se usan los siguientes símbolos:
+ - + -- + - + -
Tierra Batería-+
Resistor
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Resistencia eléctrica
Suponga que se aplica una diferencia de potencial constante de 4 V a los extremos de barras geométricamente similares de, por decir, acero, cobre y vidrio.
4 V 4 V 4 V
Acero Cobre Vidrio
Is Ic Ig
La corriente en el vidrio es mucho menor para el acero o el hierro, lo que sugiere una propiedad de los materiales llamada resistencia eléctrica R.
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Ley de OhmLa ley de Ohm afirma que la corriente I a través de un
conductor dado es directamente proporcional a la diferencia de potencial V entre sus puntos extremos.
La ley de Ohm permite definir la resistencia R y escribir las siguientes formas de la ley:
; ; V V
I V IR RR I
VIOhm deLey
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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 V
0.006 A
VR
I
R = 500
La unidad SI para la resistencia eléctrica es el ohm,
1 V1
1 A
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AmperímetroVoltímetro ReóstatoFuente de FEM
Reóstato
A
Símbolos de circuito de laboratorio
V fem-
+
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Factores que afectan la resistencia1. La longitud L del material. Los materiales
más largos tienen mayor resistencia.
1
L
2
2L
2. El área A de sección transversal del material. Las
áreas más grandes ofrecen MENOS resistencia.
2
A
1
2A
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Factores que afectan R (Cont.)
3. La temperatura T del material. Las temperaturas
más altas resultan en resistencias más altas.
4. El tipo del material. El hierro tiene más resistencia eléctrica que un conductor de cobre geométricamente similar.
Ro
R > Ro
Ri > RcCobre Hierro
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Resistividad de un material
La resistividad es una propiedad de un material que determina su resistencia eléctrica R.
Al recordar que R es directamente proporcional a la longitud L e inversamente proporcional al área A, se puede escribir:
or L RA
RA L
La unidad de resistividad es el ohm-metro ( m)
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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 4
DA A = 7.85 x 10-7 m2
LR
A
-7 2
-8
(0.004 )(7.85 x 10 m )
1.72 x 10 m
RAL
L = 0.183 mLa longitud requerida es:
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Coeficiente de temperatura
Para la mayoría de los materiales, la resistencia R cambia en proporción a la resistencia inicial Ro y al cambio en temperatura t.
0R R tCambio en resistencia:
El coeficiente de temperatura de la resistencia, es el cambio en resistencia por unidad de resistencia por unidad de grado en cambio de temperatura.
C
1 :es Unidad;
0 tR
R
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Ejemplo 4. La resistencia de un alambre de cobre es 4.00 m a 200C. ¿Cuál será su resistencia si se calienta a 800C? Suponga que = 0.004 /Co.
0 0
0 ; (0.004 / C )(4 m )(60 C )R R t R
Ro = 4.00 m t = 80oC – 20oC = 60 Co
R = 1.03 m R = Ro + R
R = 4.00 m + 1.03 m
R = 5.03 m
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Potencia eléctrica
La potencia eléctrica P es la tasa a la que se gasta la energía eléctrica, o trabajo por unidad de tiempo.
V q
V
Para cargar C: Trabajo = qV
Sustituya q = It , entonces:
VItP
tP = VI
I
t
qI
t
qV
t
TrabajoP e
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Cálculo de potencia
Al usar la ley de Ohm, se puede encontrar la potencia eléctrica a partir de cualquier par de los siguientes parámetros: corriente I, voltaje V yresistencia R.
Ley de Ohm: V = IR
22; ;
VP VI P I R P
R
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Ejemplo 5. Una herramienta se clasifica en 9 Acuando se usa con un circuito que proporciona 120 V.¿Qué potencia se usa para operar esta herramienta?
P = VI = (120 V)(9 A) P = 1080 W
Ejemplo 6. Un calentador de 500 W extrae una corriente de 10 A. ¿Cuál es la resistencia?
R = 5.00 2
2 2
500 W;
(10 A)
PP I R R
I
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Resumen de fórmulas
QI
t
1C1 A
1 s
Corriente eléctrica:
; ; V V
I V IR RR I
Ley de Ohm
ampere 1
volt1ohm 1aResistenci
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Coeficiente de temperatura de la resistencia:
Resumen (Cont.)
or L RA
RA L
22; ;
VP VI P I R P
R
0R R t
Resistividad de materiales:
Potencia eléctrica P:
C
1 :s Unidade;
0 tR
R
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CONCLUSIÓN: Capítulo 27Corriente y resistencia