Diapositiva 1

1
Tema 9 CORRIENTE ELÉCTRICA
1.. Concepto de corriente eléctrica
1.1. Intensidad de corriente eléctrica
1.2. Circuito eléctrico
2.. Ley de Ohm
2.1.Características de la resistencia eléctrica
2.2.Asociación de resistencias
3.. Energía y potencia de la corriente eléctrica
3.1. Efecto Joule
4.. Generadores y receptores eléctricos
4.1. Características de un generador eléctrico
4.2. Características de un motor eléctrico
5.. Ley de Ohm generalizada
6.. Instrumentos de medida
2
1.. Concepto de corriente eléctrica
El desplazamiento de un conjunto de cargas o
flujo de cargas entre dos puntos se denomina
corriente eléctrica
S
La corriente es continua si las cargas se
desplazan siempre en el mismo sentido. Es la
corriente que suministran las pilas y las dinamos.
S
La corriente es alterna si el sentido en el que
se desplazan las cargas varía con el tiempo. Es
la corriente que utilizamos en las casas y la que
suministran los alternadores.
S
La cantidad de electrones que atraviesan la
sección S en un tiempo t determinado nos da idea
de la intensidad de corriente.
Llamamos intensidad de corriente I a la cantidad
de carga que atraviesa una sección del conductor
por unidad de tiempo.
Carga eléctrica que atraviesa una sección del
conductor
Intensidad de corriente
Tiempo que tarda en pasar la carga
La intensidad de corriente es una magnitud
fundamental del S.I. Su unidad es el amperio (A),
en honor del físico francés A.M.Ampère.
3
La relación anterior se utiliza para definir el
Culombio,la unidad de carga eléctrica en el S.I.
Un culombio es la carga eléctrica que atraviesa
en un segundo una sección de un conductor por el
que circula la intensidad de corriente de un
amperio
Por el conductor circulan electrones. Cuántos
electrones deben de pasar para que la carga
eléctrica sea 1 C? Aproximadamente,seis trillones
de electrones.
Exactamente
Por una sección de un conductor pasan 4,81021
electrones en 2 minutos. Calcular la intensidad
de la corriente que recorre el conductor.
Ejercicio
Datos Q 4,81021 electrones t 2 min
120 s
Expresamos la carga en culombios
Calculamos la intensidad de corriente
4
Ejercicio
Por un conductor circula una corriente de 20 A.
Calcula la carga eléctrica, en Culombios y en
electrones, que atraviesa una sección del
conductor en 5 minutos.
Datos I 20 A t 5 min 300 s
A partir de la definición de intensidad de
corriente
Despejamos la carga eléctrica y sustituimos
Finalmente calculamos a cuantos electrones
equivalen esos 6000 C
5
1.2. Circuito eléctrico
Elemento que abre o cierra el circuito, de modo
que impide o permite el paso de la corriente
Los elementos básicos de un circuito eléctricos
son
Elemento capaz de transformar alguna forma de
energía en energía eléctrica
Interruptor
Generador
Circuito
real
Elemento que transforma la energía eléctrica en
otras formas de energía
Receptor
Conductores
Cables que unen los distintos elementos del
circuito, permitiendo la circulación de la
corriente


(no circula la corriente por el circuito)
(circuito abierto)
(circuito cerrado)
(si circula la corriente por el circuito)
Circuito
simbólico
6
Otros símbolos eléctricos (Ver página 177)
A
Amperímetro
Aparato que mide la intensidad de corriente.
Voltímetro
Aparato que mide la diferencia de potencial entre
dos puntos de un circuito
V
Resistencia eléctrica


Generador de corriente continua
G

Generador de corriente alterna
7
Las dos formas más comunes de conectar entre sí
los elementos de un circuito eléctrico es en
serie y en paralelo (o derivación)
Cuando dos elementos se conectan en seria la
intensidad de corriente que los recorre es igual
para ambos
EN SERIE
V
1
2
La diferencia de potencial aplicada se reparte
entre estos elementos
V1
V2
EN PARALELO
1
Cuando dos elementos se conectan en paralelo la
intensidad de corriente se reparte entre ellos.
2
La diferencia de potencial aplicada es la misma
en ambos
V1
V
V2
8
2.. Ley de Ohm
El físico alemán G. OHM midió la intensidad de
corriente I que circulaba por un conductor
metálico al aplicar diversos valores de
diferencia de potencial V entre sus extremos.
Los resultados de su experiencia le permitieron
comprobar que el cociente entre ambas magnitudes
se mantenía constante para cada conductor.
V
A
La generalización de estos resultados se conoce
con el nombre de Ley de Ohm
El cociente entre la diferencia de potencial V
aplicada a los extremos de un conductor y la
intensidad de corriente I que circula por él es
una cantidad constante para cada conductor,
llamada RESISTENCIA ELÉCTRICA R del conductor

I

La unidad de resistencia eléctrica en el S.I. es
el ohmio (O)
Un ohmio ( 1 O) es la resistencia eléctrica de un
conductor que al aplicar a entre sus extremos la
ddp de 1 V circula por él la corriente de 1 A.
La ley de Ohm también se puede poner
9
Ejercicio 3 de la página181
Calcula la resistencia de un conductor si por él
circula una corriente de 3 A y entre sus extremos
hay una diferencia de potencial de 12 V
Datos I 3 A V 12 V
Aplicamos la ley de Ohm
Qué intensidad de corriente recorrería este
conductor si establecemos entre sus extremos una
ddp de 220 V?
Como se trata del mismo conductor, su resistencia
eléctrica tiene que valer 4 O, por tanto
aplicamos de nuevo la ley de Ohm para calcular la
intensidad de corriente
10
2.1.Características de la resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica de un conductor
representa la oposición que el conductor ofrece
al paso de los electrones.
Experimentalmente se ha comprobado que la
resistencia eléctrica R de un conductor
? Es directamente proporcional a la longitud del
( L ) mismo
? Es inversamente proporcional a la sección
transversal (grosor) ( S)del mismo
? Depende del material del que esté hecho el
conductor, de su naturaleza.
La naturaleza de cada sustancia se refleje en una
magnitud física llamada resistividad (?)
La relación matemática entre estos factores se
expresa mediante la fórmula
Longitud en m
Resistencia eléctrica en O
Sección transversal en m2
Resistividad en Om
11
Ejercicio
Tenemos un hilo de aluminio, con una sección
transversal de 0,8 mm de radio y 1,8 m de
longitud. Calcula su resistencia eléctrica.
Datos L 1,8 m r 0,8 mm 810 4 m ?Al
2,82 10 8 O m
Calculamos la sección del hilo
Aplicamos la fórmula de la resistencia eléctrica
en función de la resistividad, de la longitud y
de la sección
Cuánto valdría la resistencia eléctrica si
tuviéramos un hilo de las mismas dimensiones que
el anterior pero de wolframio?
Dato ? W 5,51 10 8 O m
Aplicamos la fórmula de la resistencia eléctrica
12
Ejercicio
Qué longitud tendría que tener un hilo de
aluminio de la misma sección que la del ejercicio
anterior, 2 10 6 m2 , para que tuviera una
resistencia eléctrica de 20 O?
Datos S 2 10 6 m ?Al 2,82 10 8
O m R 20 O
Aplicamos la fórmula de la resistencia eléctrica
en función de la resistividad, de la longitud y
de la sección y despejamos la longitud
13
2.2.Asociación de resistencias
En los circuitos eléctricos se utilizan
conductores de muy baja resistencia ( de cobre,
de plata, etc..) pero frecuentemente interesa
aumentar la dificultad al paso de la corriente.
Para ello se intercalan en el circuito
conductores que ofrecen gran resistencia
eléctricas. A estos conductores se les llama
resistores o resistencias.
En mercado existen resistencias de unos valores
determinados pero a veces necesitamos para
nuestro circuito una resistencia de un valor que
no existe en el mercado y tenemos que conseguir
ese valor asociando resistencias.
El conjunto de varias resistencias se comporta
como una única resistencia llamada resistencia
equivalente
Las asociaciones de resistencias pueden ser
? en serie
? en paralelo o derivación
? mixta
14
EN SERIE
V
R1
R2
R3
I
I
V1
V2
V3
EN PARALELO
R1
I1
R2
I2
I
I
R3
I3
V
MIXTA
R2
R1
R3
15
Ejercicio
Calcula la resistencia equivalente de las
siguientes asociaciones de resistencias
a)
R1 4 O
R2 2,5 O
R3 1,5 O
R4 7 O
R R1 R2 R3 R4 4 2,5
1,5 7 15 O
R1 6 O
b)
R2 3 O
R3 12 O
Si
R3 3 O
c)
R2 8 O
Calculamos en primer lugar la resultante de R3 y
R4
R4 6 O
R1 4 O
R R1 R2 R3,4 4 8 2 14
O
La resistencia equivalente será
16
(No Transcript)
17
3.. Energía y potencia de la corriente eléctrica
En los circuitos eléctricos hay energía eléctrica
E disponible. Su valor es igual al trabajo W
realizado en el desplazamiento de las cargas.
El trabajo W necesario para trasladar una carga Q
desde un punto a otro que se encuentran a una
diferencia de potencial V, es
Carga eléctrica
Trabajo eléctrico
Diferencia de potencial entre los puntos del
circuito
Este trabajo W es la energía E disponible en el
circuito. Por tanto podemos escribir que
Energía eléctrica
El trabajo y la energía eléctrica se miden en
Julios (J) en el S.I.
La potencia eléctrica P es el trabajo realizado
en la unidad de tiempo
La unidad de potencia es el Vatio (W) en el S.I.
18
3.1. Efecto Joule
Uno de los efectos más conocido de la corriente
eléctrica es el efecto calorífico todos los
aparatos eléctricos se calientan después de
funcionar cierto tiempo. A este efecto se le
conoce con el nombre de efecto Joule.
El fenómeno por el cual en un conductor se
transforma la energía eléctrica en calor se
denomina efecto Joule.
La energía calorífica que se desprende en un
conductor de resistencia R , entre cuyos extremos
hay una diferencia de potencial V , cuando
durante un tiempo t circula una corriente de
intensidad I , vale
Para calcular la potencia P disipada en un
conductor por efecto Joule, dividimos la energía
disipada E entre el tiempo t
19
4.. Generadores eléctricos
Elemento de un circuito capaz de transformar
alguna forma de energía en energía eléctrica
Generadores mecánicos
Generadores químicos
Generadores solares
Transforman energía mecánica en energía eléctrica
Transforman energía química en energía eléctrica
Transforman energía solar en energía eléctrica
Células solares o fotovoltaicas
Pilas Baterias
Turbinas Dinamos Alternadores
20
4.. Receptores eléctricos
Elemento de un circuito que transforma la
energía eléctrica en otras formas de energía
Receptores térmicos
Receptores luminicos
Receptores mecánicos
Receptores electroquímicos
Transforman energía eléctrica en calor
Transforman energía eléctrica en luz
Transforman energía eléctrica en energía mecánica
Transforman energía eléctrica en energía química
Motores eléctricos
Cuba electrolítica Baterias (en carga)
Estufas eléctricas Calentadores
Lámparas
21
4.1. Características de un generador eléctrico
? la fuerza electromotriz o fem e
Las características de un generador eléctrico
son
? la resistencia interna r
? La fuerza electromotriz o fem e de un generador
es el trabajo que realiza el generador por cada
unidad de carga que recorre el circuito o, lo que
es lo mismo, la energía que proporciona el
generador a cada unidad de carga que pasa por él.
La fem en el S.I. se mide en Voltios (V).
Un generador eléctrico cuya fem es 12 V le
proporciona la energía de 12 J a cada culombio
(6,251018 electrones) de carga que recorre el
circuito.
De la definición anterior se deducen las
siguientes expresiones
Trabajo realizado por el generador sobre las
cargas (energía suministrada) en un tiempo t
Potencia eléctrica suministrada por el generador
a las cargas (al circuito)
22
La corriente eléctrica que recorre el circuito
también tiene que atravesar el generador y éstos
presentan cierta resistencia al paso de la
corriente.
? La resistencia interna r de un generador nos
mide la resistencia eléctrica del generador al
paso de la corriente. Es la causa de pérdida de
energía por efecto de Joule (calentamiento del
generador).
Así,una parte de la potencia suministrada por el
generador, P, se transforma en potencia útli del
generador Pu y otra parte, Pr , se disipa por
efecto Joule en dicha resistencia interna, r.
R

I

Eliminamos la intensidad I
, r
e
Expresión que podemos poner así
V
La tensión (ddp) V en los bornes de un generador
es igual a su fem e menos la caída de tensión en
la resistencia interna del propio generador (
rI).
23
El circuito de la figura el generador tiene una
fem de 24 V y una resistencia eléctrica de 0,5 O.
La intensidad de la corriente que lo recorre vale
2 A.
Ejercicio
a)Cuánto vale la caída de tensión en la
resistencia interna del generador?
b)Qué diferencia de potencial marcará el
voltímetro?
c)Qué potencia suministra el generador al
circuito?
d)Calcula la potencia útil.
e)Qué energía suministra el generador en 30 s?
f)Cuánta de esa energía se consume en el propio
generador?
24
4.2. Características de un motor eléctrico
Los motores eléctricos son receptores que
transforman energía eléctrica en trabajo mecánico.
? la fuerza contraelectromotriz o fcem e'
Las características de un motor eléctrico son
? la resistencia interna r '
? La fuerza contraelectromotriz o fcem e ' de un
generador es el trabajo mecánico (energía
mecánica) que realiza por cada unidad de carga
que recibe .
La fcem en el S.I. se mide en Voltios (V).
Un motor eléctrico cuya fcem es 12 V realiza un
trabajo mecánico de 12 J por cada culombio
(6,251018 electrones) de carga que recorre el
circuito.
De la definición anterior se deducen las
siguientes expresiones
Trabajo realizado por el motor en un tiempo t
Potencia útil del motor
25
La corriente eléctrica que recorre el circuito
también tiene que atravesar el motor y éstos
presentan cierta resistencia al paso de la
corriente.
? La resistencia interna r de un motor nos mide
la resistencia eléctrica del motor al paso de la
corriente. Es la causa de pérdida de energía por
efecto de Joule.
Así, la potencia tota consumida por el motor, P',
es la suma de la potencia útil del motor, Pu' ,
más la potencia disipada por efecto Joule en la
resistencia interna, r' de éste, Pr' .
e' , r'
M
V
Eliminamos la intensidad I
I
Expresión que podemos poner así
, r
e
La tensión (ddp) V en los bornes de un motor es
igual a su fcem e más la caída de tensión en la
resistencia interna del propio motor ( rI).
26
5.. Ley de Ohm generalizada
Vamos a considerar el circuito de la figura con
un generador, un motor M y una resistencia
externa R
El generador suministra energía eléctrica y el
motor y las resistencias eléctricas, tanto
externas como internas, disipan energía
eléctrica.
Si hacemos un balance de energía (por unidad de
tiempo),
se tiene que cumplir que la potencia
suministrada por el generador P tiene que ser
igual a la suma de las potencias disipada en
todas las resistencias PR , Pr y Pr más la
potencia útil del motor Pu'
Eliminamos la intensidad I
Ley de Ohm generalizada
27
5.. Ley de Ohm generalizada (Cont.)
R

I

e , r
Si se considera despreciable la resistencia
interna r del generador
R

I

e
28
5.. Ley de Ohm generalizada (Cont.)
R2
La ley de Ohm generalizada para este circuito es
i2
R4
I
i3
R3
La resistencia externa equivalente R vale
R5
R1
I
I
R R1 R2 , 3 R4 R5

I
I

siendo R2 ,3 la resistencia equivalente de las
resistencias R2 y R3
e , r
La intensidad de corriente que recorre cada una
de las resistencias R2 y R3 se calcula aplicando
la ley de Ohm a cada una de las resistencias
29
Ejercicio 19 de la página 189
Datose 15 V r 1 O e' 12 V r 5 O

a) La intensidad de corriente la calculamos
aplicando la ley de Ohm generalizada al circuito.
En este caso la resistencia externa R es nula.
b) La tensión V (ddp) en los bornes (extremos)
del generador será menor que su fem e
30
F I N
31
VOLVER