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Profesor JOSÉ LUIS CHIRINOS SÁNCHEZ ENERGÍA
ELECTRODINÁMICA:
¿Qué es la corriente eléctrica?
Es aquel fenómeno microscópico que se puede manifestar en los sólidos, líquidos y gases bajo la influencia de ciertos factores entre los cuales no puede faltar una diferencia de potencial eléctrico, la cual puede establecerse mediante una batería, pila o alternador.
Para entender este fenómeno, vamos a analizar un trozo de alambre de cobre
Corriente eléctrica
La mayor parte de las aplicaciones prácticas de la electricidad, implica el uso de la corriente eléctrica, cuando un local inesperadamente se apagan los focos, el ventilador, etc, suele decirse que en los conductores “desapareció” la corriente eléctrica.
¿Qué es la corriente eléctrica y cómo se establece?
La palabra “corriente” significa movimiento, desplazamiento o circulación de algo. ¿Qué es lo que puede desplazarse o circular en los conductores eléctricos?
Consideremos el siguiente sistema eléctrico:
- Conductor: Sustancia que se caracteriza por tener un gran número de electrones libres.
- Pila (Fuente de voltaje): Es un dispositivo eléctrico que se establece mediante reacciones químicas, una diferencia de potencial entre sus extremos.
Al cerrar el interruptor, el foco ilumina (emite luz), por lo tanto, se establecido la corriente eléctrica.
Al cerrar el interruptor se establece en todo el conductor un campo eléctrico que se orienta del lado de mayor potencial (A) hacia el lado de menor potencial (B).
El campo eléctrico “arrastra” a los electrones libres (portadores de carga eléctrica) del lado de menor hacia el lado de mayor potencial, estableciéndose un movimiento orientado de portadores de carga eléctrica, a esto se le denomina corriente eléctrica.
Acciones de la corrienteEl movimiento orientado de los portadores de carga en un conductor no puede ser observado. Pero la existencia de la corriente eléctrica se puede juzgar por las acciones o fenómenos de que va acompañada.
Primero, un conductor por el cual pasa corriente se calienta.
Segundo, en las soluciones de electrolitos, los separa en sus componentes químicos.
Tercero, la corriente ejerce acción magnética, una aguja magnética colocada cerca de un conductor con corriente se desvía.
¿Qué indica: I = 2A?Indica que, por la sección transversal del conductor pasa una cantidad de carga de 2C en cada segundo.
¿Los portadores de carga se desplazan con facilidad por el conductor?Consideremos parte de un conductor metálico con corriente eléctrica.
5° AÑO DE SECUNDARIA 1
e–
e–
e–
Cada electrón libre tiene asociado un campo eléctrico microscópico; pero, todo el conjunto provoca una anulación de la intensidad de campo debido a sus movimientos caóticos; en consecuencia, exteriormente no se manifiesta considerablemente el campo eléctrico.
Conductor Foco
Interruptor
Pila
A
+ / – B
+
+
+
+
+
Sección transversal
I
Pila
A
+ / – B
E
FE
Profesor JOSÉ LUIS CHIRINOS SÁNCHEZ Observar que:
Durante el movimiento orientado, los electrones están en constante colisión con los iones de la red cristalina del metal. Por esta causa retarda su movimiento caótico. La intensidad de la corriente disminuye, mientras que la temperatura del conductor aumenta.
Respuesta: No, debido a la interacción de los portadores de carga con los demás elementos que forman la sustancia, es decir, experimentan una oposición a su paso.
Esta oposición al movimiento libre de portadores de carga se caracteriza por una magnitud física escalar denominada resistencia eléctrica (R),. Cuantitativamente Poullet pudo determinar que la resistencia del conductor depende del material y de sus dimensiones geométricas.
Sentido de la corriente eléctrica.Por convención, la corriente eléctrica queda definida por portadores de carga electrizados en forma positiva denominándose a dicha corriente, convencional.
Observación:Si la corriente se debe al movimiento de los portadores cargadas negativamente, el sentido de la corriente convencional se considera opuesta a dicho movimiento.
De lo anterior, el sentido de la corriente convencional será:
¿Se puede medir la corriente eléctrica?
Los efectos de la corriente eléctrica pueden manifestarse en diferentes grados, los experimentos muestran que la intensidad (grado de efecto) de la corriente depende de la cantidad de carga que pasa por el circuito, entonces la cantidad de carga transportada en la unidad de tiempo sirve de característica cuantitativa fundamental de la corriente y recibe el nombre de Intensidad de corriente.
Si a través de la sección transversal de un conductor pasa, en el tiempo “ t”, una cantidad de carga “q” la intensidad de corriente será.
Unidad: Amperio (A)
¿Qué es la Resistencia eléctrica (R)?Esta magnitud expresa el grado de oposición que ofrece todo cuerpo a la corriente eléctrica.Todos sabemos de los beneficios de la corriente eléctrica y punamos por aprovecharla en grandes cantidades; sin embargo, la naturaleza compleja de la materia nos impone muchas dificultades, tales como el movimiento caótico de los electrones libres en los metales que chocan constantemente con los iones un tanto estables en la red cristalina incrementándose así la agitación térmica y evitando un flujo notable; en otros casos las trayectorias de los portadores son desviadas por la presencia de impurezas o vacíos; en suma, todos estos factores conllevan a la atribución de una característica fundamental para cada material y la denominaremos Resistividad eléctrica
El hombre no se resigna ante estos aspectos adversos y actualmente podemos comentar la utilización de materiales superconductores, tales como: Al, Hg, Zn, pt, donde a temperaturas muy bajas, las pérdidas de energía en forma de calor son despreciables, debido a la mínima agitación de iones que reduce la cantidad de choques con los electrones.
Fue Poulliet, un físico francés que decidió plantear el cálculo de la resistencia eléctrica (R) para los metales sólidos.
Experimentalmente se verifica:
R: En ohmios “R” DP “L”
L: Longitud de conductor (m) “R” DP “A”A: Sección recta o espesor uniforme (m2)
: Resistividad eléctrica ( .m)
Todo cuerpo con determinada resistencia eléctrica se denominará resistor y los símbolos a usar son.
Asociación de resistencias
I. En serie:
RAB: resistencia equivalente
II. En paralelo:
5° AÑO DE SECUNDARIA 2
L
A
<> +
q
–
q v v
+ / – V
+
A
L
R
Resistor fijoResistor variable (Potenciómetro)
Forma física de un resistor de alambre
empastado con cerámica
R
A B
R3R2R1
R1
R2BA
Profesor JOSÉ LUIS CHIRINOS SÁNCHEZ
* Caso especial:
PROBLEMAS
BLOQUE I
01. La intensidad de corriente que circula por un conductor es 4 A; hallar la cantidad de electrones que circulan durante 12s.
A) 1014 B) 2. 1014
C) 3.1014
D) 4. 1014 E) 6. 1014
02. Por un conductor circula una carga de 20 C durante 4s. Hallar la intensidad de corriente eléctrica.
A) 1A B) 2 C) 2,5D) 4 E) 5
03. Por un conductor circulan 0,4A. Determinar el número de electrones que pasa por su sección en 20s.
A) 1019 B) 2.1019 C) 3.1019
D) 5.1019 E) 6.1019
04. La intensidad de corriente eléctrica en un conductor es 0,2A. Calcular la cantidad de carga eléctrica que se desplazará en cinco minutos.
A) 10C B) 60 C) 12D) 30 E) 36
05. A través de un conductor circula una carga de 90C durante un minuto; hallar la intensidad de corriente eléctrica.
A) 1A B) 1,5 C) 2D) 2,5 E) 4
* En cada caso, hallar la resistencia equivalente:
06.
Rpta: .........................................
07.
Rpta: .........................................
08.
Rpta: .........................................
09.
Rpta: .........................................
10.
Rpta: .........................................
11.
Rpta: .........................................
12.
Rpta: .........................................13.
5° AÑO DE SECUNDARIA 3
R R R R .... ”n” veces ...
A
B
1 2
3
R
R
R
4
8
6
5
1
3
4
610
8
RRR
4 12
66 6
Profesor JOSÉ LUIS CHIRINOS SÁNCHEZ
Rpta: .........................................
14.
Rpta: ........................................
15.
Rpta: .........................................
16.
Rpta: .........................................
17.
Rpta: .........................................
18.
Rpta: .........................................
19.
Rpta: .........................................
20.
Rpta: .........................................
BLOQUE II
* En los siguientes ejercicios, hallar la resistencia equivalente.
01.
A) 4 B) 8 C) 16 D) 2 E) 24
02.
A) 18 B) 2 C) 6 D) 3 E) 9
03.
A) 1 B) 2 C) 4 D) 3 E) 5
04.
A) 20 B) 16 C) 22,5 D) 24,5 E) 28,5
05.
5° AÑO DE SECUNDARIA 4
6
3
8
8
12 1212
10
10
10
10
3 5
17
9
9
3 6
18
18
6
14
5
6
20
4 3 5
5
4
6
R 2R
5R3R
66
6
Profesor JOSÉ LUIS CHIRINOS SÁNCHEZ
A) 20 B) 16 C) 24 D) 18 E) 12
06.
A) 12 B) 16 C) 18 D) 24 E) 32
07.
A) 3 B) 6 C) 9 D) 12 E) 48
08.
A) 6 B) 8 C) 16 D) 12 E) 10
09.
A) 16 B) 12 D) 4 D) 24 E) 30
10.
A) 4 B) 6 C) 5 D) 3 E) 2
11.
A) 11 B) 9 C) 8 D) 10 E) 12
12.
A) 6 B) 9 C) 8 D) 11 E) 16
13.
A) 18 B) 16 C) 20 D) 24 E) 22
14.
A) 7 B) 8 C) 10 D) 12 E) 20
15.
A) 8 B) 12 D) 4 D) 16 E) 20
16.
A) 10 B) 17 C) 16 D) 6 E) 8
5° AÑO DE SECUNDARIA 5
8
8
7
5
1
420
9
3
12
25
4
73
1,9
63
8
12
4
715
8 3
6
6 2
68
3
6
4
4
2
2
36
12
8
3
6
84
8
6 5
8 4
Profesor JOSÉ LUIS CHIRINOS SÁNCHEZ 17.
A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5
18.
A) 6 B) 8 C) 10 D) 12 E) 9
19.
A) 3 B) 5 C) 10 D) 15 E) 20
20.
A) 2 B) 4 C) 6 D) 8 E) 12
21.
A) 2 B) 6 C) 12 D) 3 E) 9
22.
A) 7 B) 12 C) 15 D) 8 E) 9
23.
A) 10 B) 20 C) 15 D) 5 E) 7,5
5° AÑO DE SECUNDARIA 6
10
10
610
2
8
4
6
10 126
12
88
6
8
A
B
8
8
424
6
5
4 3
4 6
10