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TEMA 1

Magnitudes eléctricas fundamentales

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Tema 1. Magnitudes eléctricas fundamentales

OBJETIVO:

» Repasar los conceptos eléctricos básicos que sean de aplicación directa e inmediata en la signatura de Componentes Electrónicos 2

Ley de Culomb

+++ + +++ + + a q 1

r

F

k

 1

r

2 

q

1

q

2 P q 2 F 3

Estructura atómica Al

+++ :

-

13 protones 13 electrones

x

neutrones

-

+

n n

+ + + + +

n

+

n

+

-

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1.1 La carga eléctrica

Ley de Coulomb: Fuerza existente entre dos cargas puntuales, q 1 y q 2

 F 12  q q 1 2 r 12 2  r  12 r 12 r 12 F 12 q 2 F 21 q 1 5

1.2 Campo eléctrico

Fuerza que actúa sobre la unidad de carga positiva

 E   F q 2  1 4  0 q 1 r 2  u r Z r q 2 F q 1 Y X 

Admite el principio de superposición (vectorial)

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1.2 Diferencia de potencial

Diferencia de potencial entre dos puntos: energía comunicada a la unidad de carga para trasladarla entre ambos puntos

– Aportada desde el exterior: Fuerza Electro Motriz – Disipada o perdida: Caída de potencial 

Magnitud de tipo conservativo: Independiente de la trayectoria seguida. Sólo depende de la posición de los puntos de partida y de llegada

Unidad: Voltio

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1.3 Corriente eléctrica

Movimiento de cargas a través de un medio

Intensidad: Carga neta desplazada en la unidad de tiempo

Unidad: amperio

Sentido: Contrario al movimiento de las cargas negativas (error histórico)

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Campos magnéticos

I 9

1.4 Campo magnético

Fuerza que actúa sobre una carga en movimiento en un campo magnético: Ley de Lorentz

 F  q (  v   B )

B

Módulo

: F = qBv sen a –

Dirección

:  plano B-v

v

Inducción magnética: Tesla F

1 0

Ley de Biot- Savart

I

dl

a

r

d B

  1

k

'

r

2  (

d I

 

e

r

)

P

dB

11

1.4 Campo magnético

Una corriente eléctrica genera un campo magnético

dB P  d B  l k ' r 2  d I    e r  r 

Características:

dl – Elemento dI genera el campo – Es perpendicular a la corriente y al radio vector – El campo global es la suma de los campos provocados por los elementos del conductor 1 2

Fuerza entre conductores paralelos

d I 1

B

I 2 F

F

  2  0

d

I

2 1 3

V 1

1.5.1 Materiales conductores

Cargas libres

Campo gravitatorio

Gravedad Diferencia de alturas

Campo eléctrico

Campo eléctrico Potencial eléctrico V 2 1 4

1.5.1 Materiales conductores RED DE IONES 1 3 1 3 NUBE DE ELECTRONES

1 5

1.5.2 Materiales aislantes O 16 Si 14 O 16

Electrones ligados al material:

– Enlace iónico puro – Enlace covalente puro – Enlace covalente heteropolar 

Ruptura ante campos eléctricos:

– – Electrónica Iónica 1 6

1.6.1 Efecto resistivo

Q

 

x (

 + q + q + q + q + q +  x = v·  t

)

q

 

Q

( )

+ J E +

J

    

A=Área del conductor

x=longitud p=concentración de portadores por m 3 q=carga v=velocidad

Q

  1 7

1.6.1 Efecto resistivo

Energía intercambiada por la unidad de carga al atravesar la distancia que separa dos puntos

– Energía aportada: Fuerza Electro Motriz – Energía consumida: Caída de potencial

dW V

 

dW l 0

dF dx

dq I A

dq dq

l 0

dq E dx l

l A

I

dq E l

E  J   I A  V  I A  I  RI 1 8

1.6.1 Resistencia estática

Si

=cte R no depende de V LEY DE OHM

I Pendiente = 1/R Resistencia estática V

R

V I

1 9

1.6.1 Resistencia dinámica

Si R=f(I) COMPORTAMIENTO NO ÓHMICO

I Resistencia dinámica V

R

 

V I

2 0

1.6.1 Resistencia dinámica

I  I = i I Q I V I = I Q +  I V = V Q +  V V Q V  V = v 2 1

1.6.1 Resistencia dinámica

I Q I Q a V Q 

i d i

 v = d v 2 2

1.6.2 Efecto capacitivo

Capacidad eléctrica:

Existe una relación de proporcionalidad entre la carga y el potencial de un cuerpo  C  Q V   0 A d  Unidad de capacidad:

faradio

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1.6.3 Efecto inductivo

Inducción electromagnética

: Cuando un circuito cerrado está inmerso en un flujo magnético variable se produce en aquél una corriente inducida –

Ley de Lenz: Corriente inducida opuesta a la variación del flujo magnético

Ley de Faraday: FEM inducida

e   N  d  dt 

Autoinducción / Inducción mutua

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1.6.4 Potencia eléctrica

P

dW dt

V

dt dq

   

dq dt

  

V

I

V

  RI 2  V 2 R

Efecto Joule

Fem (Fuerza electromotriz) : Energía eléctrica proporcionada por una batería o cualquier otro aparato

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