Corriente eléctrica. I = Intensidad de corriente [A] Q = Carga [C] t = Tiempo [s] Sentido de circulación de la corriente eléctrica

Transcripción

1 Unidad Nº 2:CORRIENTE ELECTRICA Intensidad de corriente eléctrica. Resistencia eléctrica. Resistividad. Conductancia. Ley de Ohm. Variación de la resistencia con la temperatura. Fuerza electromotriz. Tensión en bornes. Diferencia de potencial. Ecuación del circuito. Circuitos simples serie, paralelos y combinados. Aplicaciones con PC. Corriente eléctrica Cuando existen dos puntos con diferente potencial eléctrico (o dos elementos con diferente carga) y los mismos son unidos por un conductor se produce un movimiento de cargas llamado corriente eléctrica que tiende a equilibrar las cargas entre un lado y otro. El sistema siempre tenderá a un equilibrio de cargas. Unidad de medida de la corriente La corriente eléctrica (o intensidad) se mide de la misma forma que se mediría la cantidad de un líquido que pasa a través de un caño, es decir en una determinada cantidad del mismo sobre la unidad de tiempo (cuanto pasa por unidad de tiempo). Debido a que medirlo en electrones por segundo daría un número elevado, se lo mide en cantidad de carga por segundo, es decir coulomb / segundo. Esta unidad se denomina amperio o ampere. I = Intensidad de corriente [A] Q = Carga [C] t = Tiempo [s] Sentido de circulación de la corriente eléctrica Cuando hay una corriente eléctrica quiere decir que se están moviendo los electrones y como los mismos tienen carga negativa, van hacia el positivo. Entonces el sentido físico de circulación es de negativo a positivo. Sin embargo el hecho de que se muevan los electrones significa un movimiento de cargas negativas en el mismo sentido y por lo tanto un movimiento de cargas positivas en sentido contrario, lo que quiere decir que una corriente eléctrica también se puede representar como un movimiento de cargas (positivas) desde el positivo al negativo. Para la resolución de ejercicios y el análisis de circuitos se suele tomar este último sentido de circulación de la corriente (positivo a negativo) ya que facilita el cálculo y se lo llama sentido técnico. El otro sentido, llamado sentido físico, corresponde al movimiento de cargas negativas, es decir de electrones. Sistema de referencia Muchas veces encontramos una flecha señalando la corriente en la representación de un circuito. En realidad esta flecha es un sistema de referencia, de tal forma que si su valor es positivo la corriente se mueve en el sentido de la flecha y si su valor es negativo la corriente se mueve en sentido contrario al de la flecha.

2 Resistencia eléctrica La resistencia eléctrica es una propiedad que tienen los materiales de oponerse al paso de la corriente. Los conductores tienen baja resistencia eléctrica, mientras que en los aisladores este valor es alto. La resistencia eléctrica se mide en ohm (Ω). El elemento circuital llamado resistencia se utiliza para ofrecer un determinado valor de resistencia dentro de un circuito. Acoplamiento de resistencias La dos formas más comunes de acoplar resistencias son en serie y en paralelo. Acopladas se puede obtener una resistencia equivalente. Además existen otras configuraciones como estrella, triángulo, puente de wheatstone. Resistencia de un conductor La resistencia de un material es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección. Se calcula multiplicando un valor llamado coeficiente de resistividad (diferente en cada tipo de material) por la longitud del mismo y dividiéndolo por su sección (área). ρ = Coeficiente de resistividad del material [Ω m] L = Longitud del conductor [m] S = Sección del conductor [m 2 ] La unidad del coeficiente de resistividad es Ω m, de esta manera al simplificar queda la resistencia expresada en Ω. La resistividad también podría estar expresada en Ω mm 2 /m. En este caso si quisiéramos convertirla a Ω m deberíamos convertir mm 2 a m 2 para que nos quede en Ω m 2 /m y podamos simplificar los metros del denominador con el cuadrado del numerador. La siguiente es una tabla con valores de coeficientes de resistividad. Variación de la resistividad con la temperatura El coeficiente de resistividad es un valor que suele variar con la temperatura, por eso normalmente se define para una temperatura ambiente. Si la temperatura es diferente de la temperatura para cual está definido el coeficiente de resistividad, el mismo debe ajustarse en base a otro coeficiente denominado coeficiente de variación de la resistividad en función de la temperatura. Este nuevo coeficiente se representa con la letra griega α y su unidad es C -1. También es un valor característico cada material. La siguiente es una tabla con algunos valores de α. la para El coeficiente de resistividad modificado ρ 2 se calcula en base en base al coeficiente original ρ, al coeficiente de variación α y a la diferencia de temperatura Δt. ρ 2 = Coeficiente de resistividad ajustado [Ω m]

3 ρ= Coeficiente de resistividad a temperatura ambiente [Ω m] α = Coeficiente de variación de la resistividad en función de la temperatura [ C -1 ] Δt = Variación de la temperatura (t nueva t normal) [ C] De la ecuación anterior puede deducirse una fórmula para calcular directamente la variación en la resistencia de un conductor a partir de la variación de la temperatura. R 2 = Nueva resistencia [Ω] R = Resistencia a temperatura ambiente [Ω] α = Coeficiente de variación de la resistividad en función de la temperatura [ C -1 ] Δt = Variación de la temperatura (t nueva t normal) [ C] Resistencias en serie Resistencia total La resistencia total es igual a la suma de cada una de las resistencias. Corrientes y tensiones La corriente por una rama en serie es la misma (por lo tanto es la misma para cada resistencia). La suma de las caídas de tensión en cada resistencia es igual a la tensión total aplicada a la rama. Ver resolución ley de Ohm y leyes de Kirchhoff. Resistencias en paralelo Resistencia total La suma de las inversas de cada resistencia es igual a la inversa de la resistencia total. Tensión en cada resistencia Dado en que están unidas por un conductor, la tensión aplicada a cada resistencia es la misma que la aplicada entre A y B. Corriente por cada resistencia La corriente se divide en cada nodo de tal forma que la suma de todas las corrientes en paralelo es igual a la corriente total. Ver ley de Ohm y leyes de Kirchhoff. Corriente continua y circuitos La corriente continua (CC en español o DC en inglés) es el tipo de corriente eléctrica en la que las cargas se mueven siempre en el mismo sentido, es decir se mantiene la polaridad. En una fuente de corriente continua no necesariamente debería ser constante la tensión, comúnmente se utiliza el término corriente continua para referirse a tanto a polaridad como a tensión constantes

4 Fuentes de tensión y corrientee Para que las cargas estén en movimiento, en los circuitos eléctricos debe haber al menos una fuente de alimentación que establezca diferencias de potencial. Las fuentes de alimentación se conocen también como elementos activos debido a que son las que entregan energía al circuito. Existen dos tipos de fuentes, las fuentes independientes y las fuentes dependientes. Fuentes independientes Las fuentes independientes son las que mantienen un valor constante (ya sea de tensión o de corriente), independientemente del estado del circuito. Fuentes de tensión independientes Son los tipos más comunes de fuentes de alimentación que encontramos en prácticamente cualquier circuito. Entre sus bornes proveen una diferencia de potencial (o tensión) constante, por ese motivoo la corriente que entregan depende del valor de la resistencia del circuito o de la resistencia de carga que conectemos. Por ejemplo si tenemos una fuente de tensión de 12 volt y le conectamos una resistencia de 2 ohm, circularán 6 ampere. Si en cambio conectamos una resistencia de 6 ohm, circularán 2 ampere (ver ley de Ohm). Pero siempre la tensión entre los bornes de la fuente es constante. El valor de tensión proporcionado es independiente del valor de la carga que se conecte. Las fuentes de tensión se simbolizan con dos líneas de distinto tamaño, correspondiendo la mas grande al poloo positivo. Fuentes de corriente independientes Las fuentes de corriente son aquellas que proveen una corriente constante al circuito o resistencia que se les conecta. Por lo tanto si cambia el valor de la resistencia de carga, la fuente aumentaa o disminuye la diferencia de potencial entre sus bornes, de tal forma de mantener constante la corriente por esa resistencia. El valor de corriente proporcionado por la fuente es constante independientemente del valor de la carga conectada. Fuentes dependientes Las fuentes dependientes proveen un valor (de tensión o de corriente) que depende del estado o de algún parámetro del circuito. Fuentes de tensión dependientes Mantienen un valor de tensión entre sus bornes, dependiendo de algún parámetro. En el ejemplo siguiente la fuente mantiene una tensión (v) dependiendo del valor de otra tensión (v 1) multiplicado por una constante a. Fuentes de corriente dependientes Mantienen una corriente en la rama, dependiendo de algún parámetro. En el ejemplo siguiente la fuente mantiene una corriente (i) que depende de otra corriente del circuito (i 1) multiplicada por una constante a. Ley de Ohm La ley de Ohm es una relación entre la tensión, la corriente eléctrica y la resistencia. Puede enunciarse de la siguiente manera: En un circuito cerrado la intensidad de la corriente es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia

5 La expresión de la ley de Ohm es: I = Intensidad [A] V = Tensión [V] R = Resistencia [Ω] Puede ser enunciada de diferentes formas despejando uno de los valores de la ecuación original, por ejemplo como: Ejemplo: V = 10 V R = 5 Ω Calcular la intensidad de la corriente circulando por el circuito Caída de Tensión: Si con el punto ROJO marcamos el lugar por donde ENTRA la corriente I, en el borne o extremo de la Resistencia R, ese mismo borne de la resistencia será el positivo de la Caída de Tensiónn