SESIÓN 3 LA CORRIENTE ELÉCTRICA

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1 I. CONTENIDOS: 1. Tipos de corriente eéctrica.. Intensidad de corriente. 3. Fuerza eectromotriz. 4. Resistencia eéctrica. 5. Resistividad. 6. Ley de Ohm. SESIÓN 3 L CORRIENTE ELÉCTRIC II. OBJETIOS: término de a Sesión, e aumno: Comprenderá os conceptos de fuerza eectromotriz, intensidad y resistencia eéctrica. naizará a reación y os efectos de materia, ongitud, área y temperatura en a resistencia eéctrica de un conductor. III. PROBLEMTIZCIÓN: Comenta as preguntas con tu sesor y seecciona as ideas más significativas. Cuánta eectricidad se obtiene de una pia? Cómo se produce un rayo? Por qué agunos aparatos tienen cavijas con tres terminaes? I. TEXTO INFORMTIO-FORMTIO: 1.1. Tipos de corriente eéctrica La eectrodinámica es a parte de a física que se encarga de estudio de as cargas eéctricas en movimiento. La corriente eéctrica es un fenómeno de a eectrodinámica. En esta case abordaremos o referente a fujo de cargas eéctricas en un conductor. Las cargas eéctricas pueden fuir de manera diferente en os conductores. Cuando as cargas fuyen en un soo sentido decimos que a corriente es continua o directa. Por un conductor fuyen cargas negativas en un sentido y por otro conductor fuyen as cargas negativas en sentido opuesto. Las cargas negativas que se han mencionado son eectrones de os átomos de conductor que se despazan en aguna dirección. Por ejempo, en una pia; si un cabe está conectado a a termina negativa, entonces por e cabe pueden fuir eectrones que se aejan de a pia; si hay otro cabe conectado en a termina positiva de a pia, entonces os eectrones pueden fuir hacia a pia. En un caso os eectrones se aejan de a pia y en otro se dirigen a ea. Cabe señaar que os eectrones se despazan a veocidades muy bajas en e conductor; por ejempo en un cabe de un automóvi que tiene una diferencia de potencia de 1 votios, un eectrón tardaría aproximadamente tres horas en recorrer a distancia de un metro. Sin embargo, e campo eéctrico si se despaza en e conductor a una veocidad cercana a a de a uz. E campo eéctrico es e responsabe de mover a os eectrones en una determinada dirección a través de conductor, pero éstos chocan con os iones atómicos que tienen enfrente y por eo su avance neto es mínimo. También puede considerarse que os eectrones se despazan en una dirección y uego en a opuesta, con una frecuencia de 60 veces por segundo, si es e caso entonces estamos ante a amada corriente aterna. La corriente aterna permite eevar e votaje para trasmitira a grandes distancias, y uego reduciro para e suministro a os hogares, negocios, fábricas, hospitaes y demás ugares que a requieren. E suministro que hace a CFE es de corriente aterna. 11

2 La amada corriente convenciona es aquea que considera que e fujo de as cargas eéctricas positivas va de a termina positiva a a termina negativa. ún se sigue utiizando, as razones de esto se expicaron en a case Intensidad de corriente La corriente eéctrica es un fenómeno que se entiende como a rapidez con que fuyen as cargas eéctricas en un conductor, se utiiza para su medición en e sistema internaciona a mperio (, en honor a matemático y físico francés, ndré-marie mpere, que en 186 describió os fenómenos eectrodinámicos. La intensidad de a corriente también se ama en e enguaje común amperaje o simpemente corriente. Se simboiza con a etra I. La corriente fuye a través de un circuito. Las cargas eéctricas se despazan por os conductores si a corriente es continua, esto es, si a fuente de energía eéctrica es una pia o batería; pero si a corriente es aterna, as cargas eéctricas vibran con determinada frecuencia en as dos direcciones sin presentar un despazamiento neto. La corriente eéctrica se puede incrementar no por a veocidad con que fuyen as cargas eéctricas en e conductor, como ya se ha expicado, sino por a cantidad enorme de eectrones que son moviizados por e campo eéctrico que propicia a fuente de votaje. Un amperio es equivaente a eectrones fuyendo por un conductor en e tiempo de un segundo Fuerza eectromotriz La fuerza eectromotriz es a energía que impusa a as cargas eéctricas, si as cargas eéctricas se mueven a través de un conductor entonces deben ser impusadas por aguna forma de energía. La fuerza eectromotriz no es una fuerza es una energía. Esta energía también se ama diferencia de potencia, tensión eéctrica, o simpemente votaje. Se mide en votios (, en honor a físico itaiano essandro ota que en 1800 puso en funcionamiento a primera pia eéctrica. Se simboiza en as fórmuas con a etra. E votaje se estabece entre os extremos de un circuito, esto significa que mide a diferencia de potencia eéctrico entre dos puntos de un circuito. Para un circuito que presenta un votaje de 8 votios se suministran 8 Joues de energía a cada Couomb de eectrones que fuyen por é. Un couomb de eectrones equivae a a carga eéctrica de eectrones, es decir, 6.5x10 eectrones Resistencia eéctrica Se ama resistencia eéctrica a a oposición que ofrece un conductor a fujo de as cargas eéctricas, a resistencia depende de a temperatura, de tipo de materia de que esté hecho e conductor, de a ongitud de conductor y de área de sección transversa de conductor. La resistencia eéctrica se mide en Ohms (Ω, y se simboiza en as fórmuas con a etra R. Puede amarse resistencia a un eemento que ofrezca determinada oposición a fujo de cargas eéctricas. En a resistencia as cargas pueden fuir en cuaquier dirección. La resistencia de un cuerpo disminuye con a humedad, por ejempo una taba de madera seca ofrece una gran resistencia, pero mojada ofrece una menor resistencia a grado de que puede conducir cargas eéctricas. La resistencia eéctrica de un conductor es directamente proporciona a su ongitud. Un cabe argo ofrece una mayor resistencia que un cabe corto si ambos tienen e mismo diámetro y están hechos de mismo materia. ofrecer una mayor resistencia, por é fuye una menor corriente. Los artefactos consumen corriente eéctrica, si no se es suministra a suficiente entonces no funcionan adecuadamente. Las resistencias de un circuito eectrónico no tienen poaridad. 1

3 5.1. Resistividad La resistividad es una constante de proporcionaidad para a medición de a resistencia de un conductor considerando a temperatura a a que se encuentra y e tipo de materia que o constituye; por ejempo a pata es mejor conductor que e hierro, pero su resistencia se modifica con a temperatura. La resistividad, como constante de proporcionaidad, permite distinguir esas propiedades de conducción. Se mide en Ω m, y se representa con a etra griega rho. continuación se presenta una serie de vaores de resistividad a temperatura ambiente. Junto con e coeficiente de cambio de a resistencia con a temperatura: Resistividad de agunas sustancias a 0 ºC Resistividad Sustancia (Ω m Coeficiente de temperatura α (ºC -1 Pata Cobre Oro uminio Tungsteno Nicromo Níque Hierro Patino Pomo Consutado de 4 de mayo Ley de Ohm. otaje - Intensidad de a corriente Corriente Resistencia 15 Ohms Resistencia 60 Ohms otaje En a gráfica anterior se muestra a reación entre e votaje y a corriente para conductores con una resistencia fija. Como podemos apreciar a aumentar e votaje aumenta proporcionamente a corriente, si disminuye e votaje también disminuye a corriente. La ey de Ohm estabece a reación entre os parámetros de intensidad de a corriente, tensión eéctrica y resistencia. La intensidad de a corriente es directamente proporciona a votaje e 13

4 inversamente proporciona a a resistencia. Se ama así en honor a físico aemán Georg Simon Ohm, que en 186 descubrió a reación entre votaje, corriente y resistencia. Las fórmuas de a ey de Ohm son: = IR R R = I Cuando se reacionan en un probema, e votaje, a resistencia, a resistividad, a corriente eéctrica, a ongitud de conductor, e área de sección transversa o e diámetro, así como a temperatura; se empea aguna as fórmuas que se muestran a continuación: R R = = I 4I = = 4I R R R D = D = = = = π R π 4 D = π R = R = = = 4I I 4 I = ( 1+ R = Ro ( 1+ T = Tf 0 C o R = (1 + ( 1+ Donde cada símboo significa: R = ( 1+ 4I = (1 + = (1 + I = ( 1+ otaje o diferencia de potencia Resistividad I Intensidad de a corriente D Diámetro de a sección transversa Resistividad inicia R Resistencia eéctrica o Área de sección transversa α Longitud de conductor T I Coeficiente de incremento de a resistencia con a temperatura Cambio en a temperatura en C Ejempo 1: Cuá es a resistencia de un cabe de cobre de 8 mm de diámetro si tiene una ongitud de 00 metros? Se ocaiza una fórmua que permita e cácuo, para esto se busca una que comience con R ya que es a incógnita, además que tenga a a derecha de signo igua os símboos de os datos que presenta e probema: R = π D Sustituyendo en a fórmua: 5 (4(1.67x10 ( x10 R = = = ( π ( x10 Entonces a resistencia de cabe es de mω 14

5 Ejempo Cuá es e porcentaje de variación de a resistividad de auminio en e intervao de a temperatura de 30º a 150 C? Justifica matemáticamente. Para resover este probema, primero debemos cacuar a resistividad para cada tempoeratura: Comenzamos con a temperatura mayor, a de 150º C. Se empea a fórmua: = ( 1+ o La sustitución: 3 = (.65x10 (1 + (3.9x10 (130 = (.65x10 ( = x Luego se cacua a resistividad para a menor temperatura: 3 = (.65x10 (1 + (3.9x10 (10 = (.65x10 ( =.75335x Si consideramos un 100% e útimo vaor, para cacuar e incremento de a resistividad mutipicamos por 100 e vaor de a primera resistividad y dividimos e resutado entre e vaor de a segunda resistividad: ( x10 (100 % = = % (.75335x10 E resutado significa que a resistividad de auminio aumenta en un 45.04% en ese intervao de temperatura. Ejempo 3 Qué ongitud de aambre de cobre de 1/3 in de diámetro se requiere para fabricar una resistencia de 10Ω? En este caso, se debe primero transformar a medida de diámetro de aambre a metros: Cada pugada equivae a m, entonces para hacer a conversión sóo se mutipica por 1/3, e resutado es: , esto equivae aproximadamente a 0.79 mm. Después se utiiza a fórmua que permite cacuar a ongitud con estos datos: R = Sustituyendo: 5 = ( π ( ( x10 = = (4(1.67x x10 En a práctica esto se redondea a 96.3 m. Ejempo 4. Por un aambre de oro de 50 mm fuye una corriente de 0.1 con 5 m. Cuá es e diámetro de aambre? Para este caso, debemos ocaizar una fórmua que permita cacuar e diámetro con estos datos: 4I D = π Sustituyendo 10 ( 4(0.1(.35x10 ( x10 4 D = = =.99x10 = 1.73x10 ( ( π E resutado anterior significa que es suficiente con mm de diámetro para que circue esa corriente por e aambre de oro de 5 cm de argo