Carga por fricción y después por contacto.

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Peligros de la electricidad estática

Los rayos

Fisíca Elemental Electrodinámica Prof. Félix Palomino B.

INDICE INTRODUCCION Corriente Eléctrica Velocidad de la Corriente eléctrica Sentido de la corriente eléctrica Intensidad de corriente eléctrica TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA FUENTES DE CORRIENTE ELECTRICA Resistencia Eléctrica – Leyes Resistividad Identificación de resistencias Problemas/ Soluciones

INTRODUCCION Al contrario de lo que ocurre con la electrostática, la electrodinámica se caracteriza porque las cargas eléctricas se encuentran en constante movimiento. La electrodinámica se fundamenta, precisamente, en el movimiento de los electrones o cargas eléctricas que emplean un material conductor como soporte de la corriente eléctrica para desplazarse.

Corriente Eléctrica Es el flujo de electrones a través de un conductor, ocasionado por una diferencia de potencial. Los electrones libres de un conductor son los que se mueven desplazándose por el conductor impulsados por el generador, dando origen a la ’’corriente eléctrica’’

Aisladores y conductores Cuando la electricidad permanece localizada en los puntos frotados, no se propaga, estos cuerpos son malos conductores de la electricidad se conocen como aislantes o dieléctrico. Conductores: Cuando la electrización producida se transmite a todos los puntos del cuerpo.

Movimiento de las cargas eléctricas Para poner en movimiento las cargas eléctricas o de electrones, podemos utilizar cualquier fuente de fuerza electromotriz (FEM). A.- Cable o conductor de cobre sin carga eléctrica aplicada, es decir, sin cargas o electrones en movimiento. B.- Si se aplica ahora al cable una diferencia de potencial o fuerza electromotriz (FEM) como de una batería.

Imaginando que cada bola es un ‘’electrón’’ que esta dentro del conductor; en el ejemplo, el conductor es un tubo 1 2 6 4 3 5 7 Electrón 1 2 3 4 5 6 7 La bola CERO es empujada por por el generador, ésta empuja a todas las otras, las que empezaran a fluir por el conductor, de esta manera sale por el otro extremo la bola Nº 7, el electrón CERO sólo ha empujado a la masa de electrones del conductor y provoca el flujo de electrones. Si siguen ingresando bolas al tubo, por el otro extremo seguirán saliendo bolas, es decir hay un flujo de bolas, similar a este flujo es el flujo de electrones o corriente eléctrica.

Velocidad de la Corriente eléctrica Un conductor esta lleno de electrones libres, el cobre por ejemplo tiene aprox., 8.7 x 10²² electrones libres por cm³; cuando el conductor se conecta a un GENERADOR, este produce electrones, los cuales para ingresar al conductor empujan a todos los electrones libres del conductor, de manera que en un instante infinitamente pequeño, todos los electrones libres a lo largo del conductor, de un extremo a otro, están en movimiento, prácticamente en el mismo instante en que un extremo del conductor recibe electrones, el otro extremo esta entregando electrones, pero cada electrón esta fluyendo a velocidad muy lenta. Debe distinguirse la velocidad del flujo de electrones, que es la corriente eléctrica y es relativamente lenta, comparada con la velocidad de la energía eléctrica, que este flujo genera, y cuya velocidad es muy grande, cerca de la velocidad de la luz.

Intensidad de corriente eléctrica Corriente en un metal Es la cantidad de carga que atraviesa por una sección del hilo conductor en la unidad de tiempo. Unidad: Amperio (A) Corriente en el vacio.

Sentido de la corriente eléctrica Sentido Real Sentido Convencional Convencionalmente se ha designado el sentido de la corriente del polo positivo al polo negativo, (sin embargo el sentido físico de la corriente es del polo negativo al polo positivo).

Sentido de la corriente eléctrica Por la parte exterior, circula del polo positivo al negativo, pero por la parte interior de la pila o generador, del polo negativo al positivo.

TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA Corriente Continua Cuando las cargas eléctricas se desplazan en un solo sentido, debido a que el campo permanece constante ya que su diferencia de potencial es invariable. Ejemplo: pilas, baterías, etc.

TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA Corriente Alterna Cuando las cargas se eléctricas se desplazan cambiando periódicamente de sentido, esto se debe a que el campo eléctrico cambia de sentido con cierta frecuencia, producto del cambio frecuente de la diferencia de potencial. Ejemplo: La corriente que usamos en casa

FUENTES DE CORRIENTE ELECTRICA Por frotamiento Por presión Por calor Por luz Por Magnetismo Por Acción Química

Para crear y mantener la corriente eléctrica (movimiento de electrones), deben darse dos condiciones indispensables: 1. Que haya una fuente de electrones o dispositivo para su generación (generador), pila, batería, fotocélula, etc. 2. Que exista un camino, sin interrupción, en el exterior del generador, por el cual, circulen los electrones. A este Camino se le conoce como conductor.

Resistencia Eléctrica - Leyes Ley de Poulliet Los conductores ofrecen resistencia al paso de la corriente, según la calidad del material y según sus dimensiones. La ley que regula esta característica se anuncia así: La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud “L” e inversamente proporcional a su sección “A” R = resistencia del conductor, en ohmios  = resistividad o resistencia especifica de cada material en ohmio x cm L = longitud del conductor, en cm A = Área de la sección del conductor, en cm².

Resistencia Eléctrica - Leyes Ley de Ohm Fue propuesto por Georg Simon Ohm Según esta ley “la corriente eléctrica producida en cierto conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre sus puntos extremos” V: diferencia de potencia en los extremos de la resistencia en Voltios (V) i: intensidad de corriente eléctrica (A) R: Resistencia en Ohmios (Ω) Un Ohm se define como la resistencia eléctrica que presenta un conductor al paso de una corriente eléctrica de un amperio, cuando la diferencia de potencial entre sus extremos es de un voltio.

Conductancia: Es la inversa de la resistencia. Resistividades o Resistencias Especificadas “” de algunos materiales (en Ω x m) Conductores Aisladores Aluminio 2,63 x 10⁻⁸ Cinc 6,00 x 10⁻⁸ Cobre 1,72 x 10⁻⁸ Hierro 10,00 x 10⁻⁸ Níquel 12,00 x 10⁻⁸ Mercurio 94,00 x 10⁻⁸ Oro 2,20 x 10⁻⁸ Plomo 22,00 x 10⁻⁸ Ámbar 5 x 10¹² Azufre 10¹³ Baquelita 2 x 10¹³ Cuarzo 7 x 10¹⁴ Madera seca 10⁸ Mica 10¹² Vidrio 11¹¹ Agua Pura 5 x 10³

Características de las resistencias El material de mayor longitud ofrece mas resistencia al paso de la corriente que el de menor longitud El material de menor sección ofrece mayor resistencia al paso de la corriente que el de mayor sección Los materiales que se encuentran a mayor temperatura tienen mayor resistencia.

Determinación de la resistencia

Identificación de resistencias En el cuerpo de las resistencias hay 4, 5 y hasta 6 líneas de colores. Estas nos dan el valor ohmico, se leen de izquierda a derecha. Por ejemplo la 1era resistencia : Los dos primeros anillos (rojos) determinan las cifras iniciales del valor de la resistencia. cifra inicial 22 El tercer anillo (negro) determina cuántos ceros se va agregar a las cifras iniciales para obtener el valor real de la resistencia en ohmios . indica que no se agrega El cuarto anillo (plateada) significa la tolerancia de fabrica de la resistencia, pero si no lo hubiera sería el 20%. indica 5% de tolerancia en la medida del valor nominal Entonces el valor nominal de la resistencia será: Valor nominal: 22 ±5%

Resistencia variable

Problemas/ Soluciones Un conductor de alambre de cobre tiene una longitud de 10km y una sección de 3.mm². Su resistividad es de 1,72 x 10⁻⁸Ω m Hallar su resistencia: Solución: L= 10 km = 104 m = 1,72 x 10⁻⁸Ω m A= 3 mm² = 3 x 10⁻⁶ m² R= ? R =  L = 1,72 x 10⁻⁸ Ω x m x 104 m A 3 x 10⁻⁶ m² Rpta: R = 57,33 Ω

2. Para cargar una batería de 12 V se conecta a la corriente con un reóstato de 40 Ω. Calcular la carga recibida en 15 min. Solución: E= 12 V t= 15min= 900 s R= 40Ω q= ? I = E = 12V = 0,3 A R 40Ω Por otro lado: q = I . t = 0,3 A x 900s Rpta: q = 270 C

3. ¿Qué resistencia será necesaria graduar en un reóstato para cargar una batería de 6 V con 120 C en 10 min. ? Solución: calculo de la intensidad de corriente que se requiere: I = q = 120 C = 0,2 Ampere t 600 s Calculo de la resistencia que debe graduarse al reóstato: R= E = 6 V = 30 V I 0,2 A A Rpta. : R = 30Ω

4. El enrollamiento de cobre de un motor tiene una resistencia de 50 Ω a 20ºC cuando el motor está quieto. Después de operar durante varias horas la resistencia la resistencia se eleva en 8 Ω. ¿cuál es la temperatura del enrollamiento en este caso? ( ⍺Cu = 3,9 x 10⁻³ / ºC ) Solución: Sea Ri la resistencia inicial del enrollamiento. Ri =  Li Ai (1) Resistencia final: Rf =  Lf Af (2) Dividiendo (2) entre (1) Rf = Lf (Ai) Ri Li (Af) (3)

Puesto que el alambre es muy largo en comparación a su diámetro se puede decir que: Ai = Af Luego: Rf = Lf Ri Li (4) Pero por dilatación: Lf = Li (1+⍺t); Lf = 1+⍺t Li (5) Igualando (4) =(5): Rf = 1 +⍺t; Ri Rf = Ri + Ri ⍺t Rf – Ri = Ri ⍺t formal general Reemplazando Valores: 8Ω = 50Ω x3,9 x 10⁻³ x t De donde: t= 41ºC Rpta. tf = 20ºC + 41ºC = 61ºC R = Ri ⍺t

5. Una barra cuadrada de aluminio tiene 1,0 m de largo y 5,0 mm de lado. Al = 2,3 x 10⁻⁸Ω x m Cu = 1,72 x 10⁻⁸Ω x m Calcular: - La resistencia entre sus extremos. - El diámetro de una barra cilíndrica de cobre, de 1,0 m de largo, para que tenga la misma resistencia de la de aluminio. Solución: a. Calculo de la resistencia del aluminio: RAl = Al L = 2,63 x 10⁻⁸Ω m x 1m A 25 x 10⁻⁶m² RAl =1,052 x 10⁻³ Ω b. Sabiendo que: RAl = Al L (1) AAl RCu = Cu L ACu (2)

Según el problema RAl =RCu , luego: Al L = Cu L AAl ACu De donde: ACu = AAl Cu Al sust. Valores: πr² = 25mm² 1,72 x 10 ⁻⁸Ω x m 2,63 x 10 ⁻⁸Ω x m r = 2,28 mm Rpta. : D = 4,56 x 10⁻³m

FIN DE LA PRESENTACÍON Preparado por : Félix Palomino B.