Transcript CAPÍTULO IV FÍSICA 11* UN ENFOQUE PRÁCTICO

CAPÍTULO IV
FÍSICA 11˚ UN ENFOQUE PRÁCTICO
ELECTRICIDAD Y CIRCUITOS ELÉCTRICOS
¿Por qué se mueven los electrones?

Si los extremos de un conductor eléctrico están
sometidos a potenciales eléctricos distintos, la
carga fluye de un lado a otro, ya que esa
diferencia de potencial actúa como una “presión
eléctrica”, que empuja la carga.
Paso de electricidad


Si se tiene un conductor cilíndrico, los electrones
llevan una velocidad determinada, dependiendo de
la diferencia de potencial a la cual está sometido el
conductor.
Su medición se da en términos de la cantidad de
carga que pasa por segundo, por un área
transversal (A) del conductor
Características de la corriente
 Se
mide en Amperes (A)
 Se denota con I.
 Indica la cantidad de carga en coulombs, que
atraviesan una sección transversal del conductor por
segundo
Por ejemplo:


3 A: significa que pasan 3 coulombs de carga,
cada segundo, por un área transversal del
conductor.
Es importante recordar que 1 coulomb por
segundo implica que pasa una cantidad de 6,35
x 1018 electrones cada segundo.
Conducción de la carga, según el medio
en que transmite.

Metales: electrones en movimiento
En líquidos

Las cargas en movimiento corresponden a iones
positivos y negativos, lo cual se puede ejemplificar
en las llamadas baterías químicas, que utilizan una
solución ácida, con un par de electrodos metálicos,
que promueven la conducción eléctrica.
En gases

En el aire y en otros gases, la fuente dominante de
conducción eléctrica es a través de un relativamente
reducido número de iones móviles producidos por
gases radioactivos, luz ultravioleta, o rayos
cósmicos.
Sentido convencional de la corriente
 B.
Franklin supuso que la electricidad era
carga positiva en movimiento .
 Actualmente se sabe que la electricidad
son electrones en movimiento.
 Sin embargo la suposición, no afectó los
resultados, porque una carga positiva que
mueva en una dirección es, en casi todos
los aspectos, equivalente a una negativa
que lo haga en dirección opuesta.
¡Direcciónn real de la corriente!
En
una batería, los electrones se
mueven del borne negativo que
los repele, al borne positivo que
los atrae
+
-
Dirección convencional:
Los e-
viajan del polo positivo al
polo negativo.
e-
+
-
En el diseño de circuitos:
La
corriente se señala en
dirección, tal que viaja del polo
positivo, al polo negativo.
Esto se denomina dirección
convencional de la corriente.
Instrumentos de medición
 Galvanómetro: Para
corrientes pequeñas: 2 mA
 Amperímetro: Corrientes más grandes: 3A
Fórmula de la corriente:
I=q
t
I
= corriente eléctrica (A)
 q = carga eléctrica (C)
 t = tiempo (s)
Corriente directa
Corriente alterna
Circuitos eléctricos

Conjunto de elementos conectados por medio de
un alambre conductor, y que se utiliza con el
propósito de generar, transportar o modificar
señales electrónicas o eléctricas.
Variables que afectan los circuitos



Resistencia
Voltaje
Potencia
Ventajas del uso de bombillas de bajo
consumo


Son “frías”: la mayor parte de la energía que
consumen la convierten en luz que es lo que se
espera de una bombilla. En cambio prácticamente la
mitad de la energía que consume un bombilla
incandescente se transforma en calor y no en luz.
Utilizan entre un 50 y un 80% menos de energía que
una bombilla normal incandescente para producir la
misma cantidad de luz. Una lámpara de bajo
consumo de 22 vatios equivale a una bombilla
incandescente que consume 100 vatios.
Resistencia

Se origina por la oposición al paso de corriente generado
por los átomos del conductor. La resistencia se mide en
ohmios, y un ohmio se representa con la letra griega Ω.
Ley de Ohm

Para un conductor largo y sólido, al graficar el
voltaje contra la corriente eléctrica, se obtenía
una relación lineal, cuya pendiente corresponde
a la resistencia del conductor.
R=V
I
Donde: R = resistencia (Ω)
V = voltaje (V)
I = corriente (A)
Voltaje


Esla diferencia de potencial a la cual está
sometido un circuito, y es provisto por la batería,
pila o tomacorriente.
Al equipo encargado de darle energía a un
circuito, se le llama fem.
Potencia


Es la rapidez con que un circuito o aparato eléctrico
realiza el trabajo eléctrico, al pasar las cargas de
una terminal a otra.
La potencia se mide en Watts
Relaciones matemáticas
P = I.V
P = I2. R
P = V2
R
Donde:
P = potencia (W)
I = corriente eléctrica (A)
V = voltaje (V)
Implicaciones de la corriente eléctrica

El paso de la corriente eléctrica, corresponde al resultado
de dos acciones opuestas:
Efectos en el cuerpo humano




Una corriente de 0,001 A, se puede sentir, 0,005 A
puede ser doloroso para el ser humano.
Una corriente de 0,010 A causa contracciones
musculares involuntarias o espasmos,.
Una de 0,015 A causa la pérdida del control
muscular.
Una de 0,070 A puede ser fatal, ya que el corazón
pierde su ritmo muscular y puede causar la muerte,
si dura más de un segundo.
Razone la siguiente pregunta

¿Por qué razón, los pájaros pueden posarse en uno
de los cables de alta tensión, sin que sufran una
descarga eléctrica?
Representación de circuitos eléctricos

Los circuitos poseen elementos que se pueden
representar simbólicamente .
Resistencia
Fem
Circ. Cerrado
Circ. Abierto
Conexión en serie


Un circuito de este tipo tiene sus resistores conectados
“uno detrás de otro”, tal que la corriente va pasando por
todas las resistencias.
Un ejemplo corresponde a las luces de los árboles de
Navidad.
Características



a) La corriente que pasa por cada uno de los resistores es la
misma, ya que al ser en serie, esta no tiene otro “camino” que
tomar.
b) Se da una caída de voltaje en cada resistor, que depende del
valor de la resistencia, y que por lo tanto, no es igual en todos
los resistores, salvo que tuvieran la misma cantidad de ohmios.
Es obvio observar que entre mayor sea el valor de la
resistencia, mayor será la caída de potencial
c) Si un resistor del circuito falla por alguna razón, impidiendo
que la corriente pase por él, este deja de funcionar del todo.
Conexión en paralelo


Este tipo de circuito tiene sus resistores paralelos entre
sí.
Por ejemplo, la conexión eléctrica de los hogares
Características



a) La corriente toma los diversos “caminos” que
encuentra, tal que la mayor cantidad de ella viaja por
donde hay una menor resistencia.
b) La caída de voltaje, en cada resistor, es la misma
en cada uno de los resistores, y es equivalente a la
suministrada por la fem.
c) Por algunos de los resistores puede pasar
corriente, aunque por otros no pase. Por ejemplo
podemos tener prendida la luz de dos habitaciones y
las demás apagadas. Esto presenta una enorme
ventaja en circuitos complejos.
Resistencia equivalente

En un circuito podemos tener varias resistencias, o una
que sea capaz de reemplazar a las demás, y que cumpla la
misma función.
Resistencia equivalente circuito en serie

Las resistencias se suman en forma aritmética
Req = 3 + 5 + 7
Re = 15Ω
Resistencia equivalente circuito en paralelo

El inverso de la resistencia equivalente, es igual a la suma
de los inversos de cada resistencia
1
1
1
1



Re
3
5
7
Re  1,49
Cuadro resumen
Observaciones

1) Cuando el circuito es en serie, cuanto mayor sea el
número de resistencias en serie, tanto mayor será la
resistencia equivalente a ellas y tanto menor será la
corriente que pasa por el circuito.
Segunda observación

En un circuito en paralelo, cuanto mayor sea el número
de resistencias en el circuito, tanto menor será la
resistencia equivalente a ellas, y tanto mayor será la
corriente que pase por el circuito.
Otras observaciones


No sería funcional tener la instalación de eléctrica de una
casa, en serie.
La conexión en paralelo es idónea en una casa. Cada vez
que se enciende un equipo en una casa, la resistencia
equivalente disminuye por lo tanto la fem, entregaría más
corriente, para que pueda funcionar.
Cuidados con la electricidad




Las instalaciones eléctricas deben poseer una “caja de
breaker
Los cables deben estar entubados
Toda instalación eléctrica debe ser utilizada de acuerdo al
diseño realizada por el ingeniero eléctrico y no cambiar el
diseño original sin la supervisión de un profesional.
Las regletas y extensiones son para equipos electrónicos
tales como teléfonos, computadoras e impresoras entre
otras, cuyo consumo de potencia es bajo. No están
diseñadas para equipos eléctricos como secadoras de
pelo, planchas y otros de alto consumo de potencia
eléctrica.
Circuitos mixtos


Son aquellos que contienen conexiones serieparalelo a la vez.
Ejemplo: