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Corriente y resistencia
Objetivos: Despus de completar este mdulo deber:Definir corriente elctrica 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 frmulas para su clculo.Definir y aplicar el concepto de coeficiente de temperatura de la resistencia.
Corriente elctricaLa corriente elctrica I es la tasa del flujo de carga Q a travs de una seccin transversal A en una unidad de tiempo t.Un ampere A es la carga que fluye a la tasa de un coulomb por segundo.
Ejemplo 1. La corriente elctrica en un alambre es de 6 A. Cuntos electrones fluyen a travs de un punto dado en un tiempo de 3 s? q = (6 A)(3 s) = 18 CRecuerde que: 1 e- = 1.6 x 10-19 C, luego convierta:En 3 s: 1.12 x 1020 electrones
Corriente convencionalImagine un capacitor cargado con Q = CV al que se permite descargarse.Flujo de electrones: La direccin de e- que fluye de a +. Corriente convencional: El movimiento de +q de + a tiene el mismo efecto.
Fuerza electromotrizUna fuente de fuerza electromotriz (fem) es un dispositivo que usa energa qumica, mecnica u otra para proporcionar la diferencia de potencial necesaria para corriente elctrica.
Analoga de agua para FEMLa fuente de fem (bomba) proporciona el voltaje (presin) para forzar electrones (agua) a travs de una resistencia elctrica (constriccin estrecha).
Smbolos de circuito elctricoCon frecuencia, los circuitos elctricos contienen uno o ms resistores agrupados y unidos a una fuente de energa, como una batera.Con frecuencia se usan los siguientes smbolos:
Resistencia elctricaSuponga que se aplica una diferencia de potencial constante de 4 V a los extremos de barras geomtricamente similares de, por decir, acero, cobre y vidrio.La corriente en el vidrio es mucho menor para el acero o el hierro, lo que sugiere una propiedad de los materiales llamada resistencia elctrica R.
Ley de Ohm
Ejemplo 2. Cuando una batera de 3 V se conecta a una luz, se observa una corriente de 6 mA. Cul es la resistencia del filamento de la luz?R = 500 WLa unidad SI para la resistencia elctrica es el ohm, W:
Smbolos de circuito de laboratorio
Factores que afectan la resistencia1. La longitud L del material. Los materiales ms largos tienen mayor resistencia.2. El rea A de seccin transversal del material. Las reas ms grandes ofrecen MENOS resistencia.
Factores que afectan R (Cont.)3. La temperatura T del material. Las temperaturas ms altas resultan en resistencias ms altas.4. El tipo del material. El hierro tiene ms resistencia elctrica que un conductor de cobre geomtricamente similar.
Resistividad de un materialLa resistividad r es una propiedad de un material que determina su resistencia elctrica R.Al recordar que R es directamente proporcional a la longitud L e inversamente proporcional al rea A, se puede escribir:La unidad de resistividad es el ohm-metro (Wm)
Ejemplo 3. Qu longitud L de alambre de cobre se requiere para producir un resistor de 4 mW? Suponga que el dimetro del alambre es 1 mm y que la resistividad r del cobre es 1.72 x 10-8 W.m .A = 7.85 x 10-7 m2L = 0.183 mLa longitud requerida es:
Coeficiente de temperaturaPara la mayora de los materiales, la resistencia R cambia en proporcin a la resistencia inicial Ro y al cambio en temperatura Dt.Cambio en resistencia:El coeficiente de temperatura de la resistencia, a es el cambio en resistencia por unidad de resistencia por unidad de grado en cambio de temperatura.
Ejemplo 4. La resistencia de un alambre de cobre es 4.00 mW a 200C. Cul ser su resistencia si se calienta a 800C? Suponga que a = 0.004 /Co.Ro = 4.00 mW; Dt = 80oC 20oC = 60 CoDR = 1.03 mWR = Ro + DRR = 4.00 mW + 1.03 mWR = 5.03 mW
Potencia elctricaLa potencia elctrica P es la tasa a la que se gasta la energa elctrica, o trabajo por unidad de tiempo.Para cargar C: Trabajo = qVSustituya q = It , entonces:P = VI
Clculo de potenciaAl usar la ley de Ohm, se puede encontrar la potencia elctrica a partir de cualquier par de los siguientes parmetros: corriente I, voltaje V y resistencia R.Ley de Ohm: V = IR
Ejemplo 5. Una herramienta se clasifica en 9 A cuando se usa con un circuito que proporciona 120 V. Qu potencia se usa para operar esta herramienta?P = VI = (120 V)(9 A)P = 1080 WEjemplo 6. Un calentador de 500 W extrae una corriente de 10 A. Cul es la resistencia?R = 5.00 W
Resumen de frmulasCorriente elctrica:Ley de Ohm
Coeficiente de temperatura de la resistencia:Resumen (Cont.)Resistividad de materiales:Potencia elctrica P:
CONCLUSIN: Captulo 27Corriente y resistencia
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