2003 tippens fisica_7e_diapositivas_27

Corriente y resistenciaCorriente y resistencia

ing. margarita cruz chavez

Objetivos: Objetivos: Después de completar Después de completar este módulo deberá:este módulo deberá:

• Definir Definir corriente eléctricacorriente eléctrica y y fuerza fuerza electromotrizelectromotriz..

• Escribir y aplicar la Escribir y aplicar la ley de Ohmley de Ohm a circuitos a circuitos que contengan resistencia y fem.que contengan resistencia y fem.

• Definir la Definir la resistividad resistividad de un material y de un material y aplicar fórmulas para su cálculo.aplicar fórmulas para su cálculo.

• Definir y aplicar el concepto de Definir y aplicar el concepto de coeficiente coeficiente de temperatura de la resistenciade temperatura de la resistencia..


EL MOVIMIENTO DE LA EL MOVIMIENTO DE LA CARGA ELECTRICACARGA ELECTRICA


Cargas eléctricasCargas eléctricas

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

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

responsables de mantener la corriente en un circuito responsables de mantener la corriente en un circuito eléctrico son los generadores eléctricos, los cuales eléctrico son los generadores eléctricos, los cuales suministran al circuito la energía precisa para ello.suministran al circuito la energía precisa para ello.

DefinicionesDefiniciones

++

++

--

--

++

++

--

--++

++

--

--

Alambre grueso y cortoAlambre grueso y corto

Corriente transitoriaCorriente transitoria

Con

dens

ador

C

onde

nsad

or

Alambre delgado y largoAlambre delgado y largo

Resistencia eléctricaResistencia eléctrica

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 que pasa por un punto dado pasa por un punto dado P P en un en un conductor electrico.conductor electrico.

QI

t= 1C

1 A1 s

=

Un Un ampereampere A A representa un flujo de representa un flujo de carga con la rapidez de un carga con la rapidez de un coulomb coulomb por segundopor segundo, al pasar por cualquier , al pasar por cualquier

punto.punto.

Un Un ampereampere A A representa un flujo de representa un flujo de carga con la rapidez de un carga con la rapidez de un coulomb coulomb por segundopor segundo, al pasar por cualquier , al pasar por cualquier

punto.punto.

--

--

--

--

--

-- -- --

----

++

++

++

++

++

++

++

--

--

--

--

--

--

--

QI

t=

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 cantidad de De los electrones y es una medida de la cantidad de carga que pasa por un punto en una unidad de tiempo.carga que pasa por un punto en 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 electrones es La velocidad promedio de arrastre de los electrones es normalmente de 4 m/h. esta velocidad de carga, que normalmente de 4 m/h. esta velocidad de carga, que es una distancia por unidad de tiempo, no se debe de es una distancia por unidad de tiempo, no se debe de

confundir con el concepto de corriente, la cual es:confundir con 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 fluyen alambre es de 6 A. ¿Cuántos electrones fluyen a través de un punto dado en un tiempo de 3 a través de un punto dado en un tiempo de 3 s?s?

I = 6 AI = 6 A; q

I q Itt

= =

qq = (6 A)(3 s) = 18 C = (6 A)(3 s) = 18 C

Recuerde que: 1 eRecuerde que: 1 e-- = 1.6 x 10 = 1.6 x 10-19-19 C, luego convierta: 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 ing. margarita cruz chavez

La dirección de la corriente La dirección de la corriente eléctricaeléctrica

La dirección de la corriente convencional siempre La dirección de la corriente convencional siempre es la misma que la dirección en la que se moverían es la misma que la dirección en la que se moverían

las cargas positivas, incluso si la corriente real las cargas positivas, incluso si la corriente real consiste en un flujo de electrones. consiste en un flujo de electrones.

++

--

+ -Flujo de electrones

Corriente convencional

EE

En un conductor En un conductor metálico, la metálico, la

dirección de la dirección de la corriente corriente

convencional es convencional es opuesta a la del flujo opuesta a la del flujo

real de electronesreal de electrones. .

Corriente convencionalCorriente convencionalImagine un capacitor cargado con Imagine un capacitor cargado con Q = CVQ = CV al que al que

se permite descargarse.se permite descargarse.

Flujo de electrones:Flujo de electrones: La dirección La dirección de ede e- - que fluye de – a +. que fluye de – a +.

Corriente convencional:Corriente convencional: El El movimiento de +q de + a – movimiento de +q de + a – tiene el mismo efecto.tiene el mismo efecto.

Los Los campos eléctricoscampos eléctricos se definen en términos de se definen en términos de +q+q, así que se supondrá , así que se supondrá corriente convencional corriente convencional

(incluso si el flujo de electrones puede ser el flujo (incluso si el flujo de electrones puede ser el flujo real).real).

++

--

+ -Flujo de

electrones

+ -+ -

e-

Flujo convencional

+

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

electrica necesaria para mantener un flujo electrica necesaria para mantener un flujo continuo de carga electrica.continuo de carga electrica.

Líneas de Líneas de transmisióntransmisión

BateríaBatería Generador Generador eólicoeólico


Analogía de agua para FEMAnalogía de agua para FEMPresión

baja

BombaAgua

Presión alta

VálvulaFlujode agua

Construcción

Fuente de FEM

ResistorPotencial 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 (agua) a través de una una resistenciaresistencia eléctrica (construcción estrecha). eléctrica (construcción estrecha).

Una fuente de fem de 1 volt realizará un joule de trabajo sobre cada Una fuente de fem de 1 volt realizará un joule de trabajo sobre cada coulomb de carga que pasa a través de ella. coulomb de carga que pasa a través de ella.

Símbolos de circuito eléctricoSímbolos de circuito eléctricoCon frecuencia, los Con frecuencia, los circuitos eléctricos circuitos eléctricos contienen contienen uno o más resistores agrupados y unidos a una uno o más resistores agrupados y unidos a una fuente de energía, como una batería.fuente de energía, como una batería.

Con frecuencia se usan los siguientes símbolos:Con frecuencia se usan los siguientes símbolos:

+ - + -- + - + -

Tierra Batería-+ Resistor

Ley de ohm, resistenciaLey de ohm, resistencia

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

http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Fisica/CorrienteElectrica.html

Resistencia eléctricaResistencia eléctricaSuponga que se aplica una diferencia de potencial constante Suponga que se aplica una diferencia de potencial constante de de 4 V4 V a los extremos de barras geométricamente similares a los extremos de barras geométricamente similares de, por decir, acero, cobre y vidrio.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 La corriente en el vidrio es mucho menor para el acero o el hierro, lo que sugiere una para el acero o el hierro, lo que sugiere una propiedad de los materiales llamada propiedad de los materiales 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 Ω

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 circula a que circula a

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

puntos extremos.puntos extremos.

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

; ; V V

I V IR RR I

= = =

VIOhm deLey ∝=

AmperímetroAmperímetroVoltímetroVoltímetro ReóstatoReóstatoFuente de Fuente de FEMFEM

Reóstato

A

Símbolos de circuito de laboratorioSímbolos de circuito de laboratorio

V fem-

+


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

Fuente de FEM

RI

+ -

V = 3 V6 mA

3.0 V

0.006 A

VR

I= =

RR = 500 = 500 ΩRR = 500 = 500 Ω

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

1 V1

1 AΩ =


Potencia eléctrica y perdida Potencia eléctrica y perdida de calorde calor

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

V q

V

Para cargar C: Trabajo = qVPara cargar C: Trabajo = qV

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 de los eléctrica a partir de cualquier par de los siguientes parámetros: siguientes parámetros: corriente corriente II, , voltajevoltaje VV y y resistenciaresistencia RR..

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

22; ;

VP VI P I R P

R= = =

Donde: P = potencia (watts “W”) = jouls/segDonde: P = potencia (watts “W”) = jouls/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 herramienta?¿Qué potencia se usa para operar esta herramienta?

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

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

R = 5.00 ΩR = 5.00 Ω22 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 materiales del material. Los materiales más largos tienen mayor resistencia.más largos tienen mayor resistencia.

1 1 Ω

LL

2 2 Ω2L2L

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

2 2 ΩAA

1 1 Ω

22AA


Factores que afectan R (Cont.)Factores que afectan R (Cont.)3. 3. La La temperatura Ttemperatura T del material. Las temperaturas del material. Las temperaturas

más altas resultan en resistencias más altas resultan en resistencias más altasmás altas..

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

RRoo

R > RR > Roo

RRii > R > RccCobreCobre HierroHierroing. margarita cruz chavez

Resistividad de un materialResistividad de un materialLa La resistividad resistividad ρρ es una propiedad de un material es una propiedad de un material

que determina su resistencia eléctrica que determina su resistencia eléctrica RR..

Al recordar que Al recordar que RR es directamente es directamente proporcional a la longitud proporcional a la longitud LL e inversamente e inversamente proporcional al área proporcional al área AA, se puede escribir:, se puede escribir:

or L RA

RA L

ρ ρ= =

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

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

por el material por el material

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

depende en su construcción, de la depende en su construcción, de la resistividadresistividad (material con (material con el que fue fabricado), su longitud, y su área transversal.el que fue fabricado), su longitud, y su área transversal.

R = R = ρ * ρ * L / AL / A

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

- A menor longitud y mayor área transversal del elemento, - A menor longitud y mayor área transversal del elemento, menos resistenciamenos 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..

http://www.unicrom.com/Tut_resistencia.asp

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

2 2(0.001 m)

4 4

DA

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

LR

Aρ=

-7 2

-8

(0.004 )(7.85 x 10 m )

1.72 x 10 m

RAL

ρΩ= =

Ωg

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


Coeficiente de temperatura Coeficiente de temperatura de la resistenciade la resistencia

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

0R R tα∆ = ∆Cambio en Cambio en resistencia:resistencia:

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

temperatura. temperatura.

°∆∆=

C1

:es Unidad;0 tRRα

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

0 00 ; (0.004 / C )(4 m )(60 C )R R t Rα∆ = ∆ ∆ = Ω

RRoo = 4.00 m = 4.00 mΩ; ∆Ω; ∆t = 80t = 80ooC – 20C – 20ooC = 60 CC = 60 Coo

∆R = 0.96 mΩ∆R = 0.96 mΩ R = RR = Roo + + ∆∆RR

R = R = 4.00 m4.00 mΩ + 0.96 mmΩ

R = 4.96 mΩR = 4.96 mΩing. margarita cruz chavez

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= 1C

1 A1 s

=Corriente eléctrica:Corriente eléctrica:

; ; 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

ρ ρ= =

22; ;

VP VI P I R P

R= = =

0R R tα∆ = ∆

Resistividad Resistividad de materiales:de materiales:Resistividad Resistividad

de materiales:de materiales:

Potencia eléctrica P:Potencia

eléctrica P:

°∆∆=

C1

:s Unidade;0 tRRα


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


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