CORRENTE CONTNU CONTENDOS. 1.- Carga eléctrica. Conservación. 2.- Corriente continua. Diferencia de potencial. ntensidad. 3.- Ley de Ohm. 4.- Fuerza electromotriz suministrada por un generador. 5.- Fuerza contraelectromotriz. 6.- Funcionamiento de un circuito. 7.- sociación de resistencias. 7.1. Serie. 7.2. Paralelo. 7.3. Mixto. 8.- Manejo del polímetro. 9.- Energía y potencia eléctrica. 10.- Efecto Joule. 11.- Estudio energético de un circuito. 12.- plicaciones de la corriente eléctrica en el mundo actual (trabajo bibliográfico). CRG ELÉCTRC. Es una propiedad de la materia. Puede ser positiva o negativa según el cuerpo tenga defecto o exceso de electrones. Puede trasmitirse de unos cuerpos a otros bien por contacto, o incluso, a distancia, al producirse descargas (rayos). Son los electrones las partículas que pasan de unos cuerpos a otros. Se mide en culombios (C). La carga de un electrón es 1 6 10 19 C. NTENSDD DE CORRENTE. Es la cantidad de carga que circula por unidad de tiempo. q = t Se mide en amperios (); (1 = 1 C/s) Se considera una magnitud fundamental, al ser fácilmente mensurable (amperímetros) que se colocan siempre en serie, con lo cual la carga pasa a ser magnitud derivada: q = t.
2 DFERENC DE POTENCL (ΔV). La d.d.p. entre dos puntos y es igual a la energía necesaria para transportar una unidad de carga (+) desde hasta. W ΔV= V V = q Se mide en voltios (V): 1 V = J/C. Se mide con voltímetros, que se conecta en paralelo a los puntos entre los que se quiere medir la d.d.p. LEY DE OHM. El cociente entre ΔV de dos puntos de un circuito y la intensidad de corriente que circula por éste es una magnitud constante que recibe el nombre de resistencia eléctrica (R). ΔV R = La resistencia se mide en ohmios (Ω): (1 Ω = V/) 2200 Ω 470 Ω Código de colores de resistencias. Resistencias. Calcula la resistencia de un conductor si por él circula una corriente de 3 y entre sus extremos existe una diferencia de potencial de 12 V.
3 V V 12 V R = = = 4 Ω 3 FCTORES DE LOS QUE DEPENDE LS RESSTENC DE UN CONDUCTOR. Es directamente proporcional a la longitud del mismo e inversamente proporcional a su sección. Depende del tipo de material. Cada uno de ellos tiene una resistividad (ρ) distinta que se mide en Ω m. Según sea ρ los materiales se clasifican en conductores, semiconductores y aislantes. L R = ρ S La longitud de un hilo de nicrom es de 70 m y su sección transversal es de 3 mm 2. Calcula la resistencia del conductor (ρ = 1 10 6 Ω.m) L 70 m 10 6 mm 2 R = ρ = 1 10 6 Ω.m = 23,3 Ω S 3 mm 2 m 2 FUERZ ELECTROMOTRZ (F.E.M. O ε ). Un generador es un aparato que transforma otros tipos de energía (mecánica, química) en eléctrica. E tr ε = q Es capaz de mantener entre sus extremos (bornes) una d.d.p. ε se mide en voltios pues es la energía transformada por unidad de carga. Como quiera que todos los generadores consumen ellos mismos parte de la energía que generan (tienen una resistencia interna r ) la d.d.p. entre bornes es siempre menor a la f.e.m. producida de forma que: V V = ε r
4 FUERZ CONTRELECTROMOTRZ (F.C.E.M. O ε ). l igual que los generadores producen una f.e.m., los aparatos conectados a la corriente (motores) consumen una determinada cantidad de energía por unidad de carga. esta energía transformada por unidad de carga se denomina ε que también se mide en voltios. demás, los aparatos también tienen una energía interna r : V V = ε + r LEY DE OHM GENERLZD. V V = (V V C ) + (V C V ) ε r = ε + r + R ε ε = (r + R + r) ε ε Σ ε = = R + r + r Σ R En el sumatorio consideraremos siempre la f.c.e.m. negativa. V r ε Circuito eléctrico M C Un circuito en serie está constituido por dos pilas iguales de 6 V de f.e.m. y resistencia interna de 1 Ω, conectadas en serie entre sí con una resistencia de 2 Ω y motor de f.c.e.m. de 4 V y y resistencia interna de 1 Ω. Calcular la intensidad que recorre el circuito y la d.d.p. entre cada uno de los elementos. ε ε 6 V + 6 V 4 V 8 V = = = = 1,6 R + r + r 2 Ω + 1 Ω + 1 Ω + 1 Ω 5 Ω La d.d.p. entre los bornes de cada pila es: ΔV = ε r = 6 V 1,6 1 Ω = 4,4 V La d.d.p. entre los extremos de la resistencia es: ΔV = R = 1,6 2 Ω = 3,2 V La d.d.p. entre los bornes del motor es: ΔV = ε + r = 4 V + 1,6 1 Ω = 5,6 V SOCCÓN DE RESSTENCS PRLELO: ΔV es común. Sin embargo, se bifurca de forma que: = 1 + 2 +...= Σ plicando la ley de Ohm: ΔV ΔV ΔV 1 1 1 = + +... = + +... R eq R 1 R 2 R eq R 1 R 2
5 SERE: V V = (V V C ) + (V C V ) R eq = R 1 + R 2 +... = Σ ( R) Eliminando de ambos miembros queda: R eq = R 1 + R 2 +... = Σ R SERE PRLELO ε ε C R 1 1 R 1 R 2 Calcular la resistencia equivalente entre los puntos y y la intensidad de corriente que pasa por cada resistencia si entre y hay una d.d.p. de 24 V. a) Las resistencias 2, 3 y 4 están en serie R 234 = R 2 + R 3 + R 4 = 2Ω + 2Ω + 2Ω = 6 Ω R 234 está en paralelo con R 6 2 R 2 R 1 (2 Ω) R2 (2Ω) R 6 (3 Ω) R 3 (2Ω) R 5 (2 ) R Ω 4 (2Ω) 1 1 1 1 1 1 = + = + R 2346 = 2Ω R 2346 R 234 R 6 R 2346 6Ω 3Ω Las resistencias 1, 2346 y 5 están en serie R equivalente = R 1 + R 2346 + R 5 = 2Ω + 2Ω + 2Ω = 6 Ω b) La intensidad que recorre las resistencias 1 y 5 se calcula a partir de R equiv V = R equiv. (1-5) = V /R equiv = 24 V/ 6 Ω = 4 Para calcular la intensidad que recorre la R 6 y la que recorre la R 2, R 3 y R 4, hay que calcular V CD.
6 V = V C + V CD + V D ; 24 V = 4 2 Ω + V CD + 4 2 Ω V CD = 8 V 6 = V CD /R 6 = 8 V/3 Ω = 2,66 ; 234 ( 234 = 6 = 4 2,66 = 1,33 ) EL POLÍMETRO Sirve para medir tensiones (ddp), intensidades y resistencias. Puede usarse tanto para corriente continua como para corriente alterna. Están dotados de un galvanómetro central que mide el paso de corriente con varias escalas para medir valores muy distintos como mv y V según la posición de un selector giratorio. Cuando se utiliza como voltímetro debe conectarse en paralelo. = V CD /R 234 = 8 V/6 Ω = 1,33 Tiene diferentes resistencias voltimétricas internas para cada escala utilizando una u otra según la posición del selector circular. Polímetro Cuando se utiliza como amperímetro debe conectarse en serie. Tiene diferentes resistencias amperimétricas (shunts) internas para cada escala utilizando una u otra según la posición del selector circular. G R V G ε Shunt r ε r El polímetro como voltímetro El polímetro como mperímetro
7 Calcula la intensidad de corriente que recorre cada rama si la diferencia de potencial entre y si la f.e.m. de la pila es 6 V y su resistencia interna de 0,5 Ω. 1 R 1 (2Ω) Primero calculamos la resistencia equivalente: 2 R 2 (3Ω) 1 1 1 1 1 3 + 2 5 = + = + = = R eq = 6/5 Ω R eq R 1 R 2 2 Ω 3 Ω 6 Ω 6 Ω V V = ε r = R ; 6 V 0,5 Ω = 6/5 Ω Resolviendo se obtiene que = 3,5 ; V V = 4,2 V V V 4,2 V V V 4,2 V 1 = = = 2,1 ; 2 = = = 1,4 R 1 2 Ω R 2 3 Ω POTENC ELÉCTRC. Se llama potencia de un generador a la energía transformada por éste por unidad de tiempo. E tr = ε q = ε t P g = E tr /t = ε t / t = ε P g = ε Se llama potencia de un motor a la energía mecánica extraída por éste por unidad de tiempo. P m = ε Y se llama potencia de aparato eléctrico a la energía consumida por éste por unidad de tiempo. P = ΔV Todos los tipos de potencias se miden en watios W. (1 W = 1 J/s = 1 V ) Por un motor eléctrico conectado a 220 V circula la corriente de 5. Determina: la potencia consumida; la energía eléctrica consumida en una hora; el coste de la energía eléctrica si el kw h se paga a 16 pts. a) P consumida = ΔV = 220 V 5 = 1100 W b) E = P consumida t = 1100 W 3600 s = 3960 kj
8 c)1 kw h = 1000 W 3600 s = 3,6 10 6 J 1 kw h 3960 kj = 3,96 10 6 J = 1,1 kw h 3,6 10 6 J Coste = E precio = 1,1 kw h 16 pts/kw h = 17,6 pts LEY DE JOULE. Las resistencias (internas o externas) consumen parte de la energía suministrada al circuito liberándose ésta en forma de calor. La energía consumida en un conductor o resistencia es: E = ΔV q = ΔV t = 2 R t La potencia consumida por cada resistencia es: P = 2 R El kw h (3 6 10 6 J) es la unidad de energía consumida en la que nos facturan la luz. Una bombilla lleva la siguiente inscripción: 60 W, 125 V. Calcula : a) su resistencia; b) la intensidad de corriente que circula por ella; c) la energía que consume en dos horas, expresada en julios y en kw h. a) ΔV = R ; P = ΔV = ΔV (ΔV/R) (ΔV) 2 (125 V) 2 R= = = 260,4 Ω P 60 W b) P 60 W = = = 0,48 ΔV 125 V c) E = ΔV t = 125 V 0,48 7200 s = 4,32 10 5 J 1 kw h 4,32 10 5 J = 0,12 kw h 3,6 10 6 J LNCE ENERGÉTCO DE UN CRCUTO. V r En un circuito no toda la energía consumida (producida por el generador) es aprovechada, pues parte de la misma se pierde en el propio generador debido a su resistencia interna, parte en el circuito debido a las resistencias del mismo y parte en el propio motor, debido también a que éste tiene una cierta resistencia. R ε r M ε C
2 (3Ω) 9 Energía producida Pérdida calorífica por el generador: ε t en el generador: 2 r t Energía al circuito: (V V ) t Calor liberado 2 en las resistencias: R t Energía al motor: (V V C ) t Pérdida calorífica en el motor: 2 r t Energía aprovechada: ε t RESOLUCÓN DE CRCUTOS ELÉCTRCOS Nudo: ifurcación de corriente Malla: Cualquier circuito cerrado. Para resolver un circuito (calcular la que circula por cualquier rama y ΔV entre dos puntos cualesquiera) se procede a: signar arbitrariamente sentidos a las ntensidades de corriente en cada rama. Recorreremos las mallas en un sentido arbitrario y consideraremos f.e.m. positivas cuando nos encontremos primero el polo negativo. Si el sentido dado a cada ntensidad de corriente coincide con el de la malla se pondrá positivo. En caso contrario, se considerará negativo. Reglas de Kirchoff. La ntensidad de corriente que entra en un nudo es igual a la que sale: Σ = 0 La suma de las f.e.m. de una malla es igual a la suma de las intensidades de cada rama por sus resistencias respectivas: Σ ε = Σ ( R) Calcula la intensidad de corriente que recorre cada rama y la diferencia de potencial entre y si la f.e.m. de la pila es 6 V y su resistencia interna de 0,5 Ω. 1 R 1 (2Ω) Nudos: = 1 + 2 2 R
10 Mallas: (1) 6V = 0,5 Ω + 2 Ω 1 = 2,5 Ω 1 + 0,5 Ω 2 (2) 0 V = 2 Ω 1 3 Ω 2 Puesto que ΔV está en voltios y R en ohmios resultará en amperios: 6 (1) 36 = 15 1 + 3 2 que sumada a (2): 36 = 17 1 1 = 2,1 De (2) se obtiene que: 2 = 1 = 2,1 = 1,4 = 1 + 2 = 2,1 + 1,4 = 3,5 V = 1 2 Ω = 2,1 2 Ω = 4,2 V También podría haberse obtenido: V = 2 3 Ω = 1,4 3 Ω = 4,2 V o también: V = ε r = 6 V 3,5 0,5 Ω = 4,2 V