Corriente eléctrica Corriente eléctrica Resistencia y Ley de Ohm La energía en los circuitos eléctricos Asociación de resistencias Reglas de Kirchhoff FÍsica Corriente eléctrica

Corriente eléctrica Corriente eléctrica: flujo de cargas por unidad de área y de tiempo (Intensidad de corriente) Se toma como sentido de la corriente el del flujo de las cargas positivas. Unidad SI: Amperio (A) Los electrones bajo un campo eléctrico se mueven con velocidad vd (velocidad de desplazamiento). En ausencia de campo, los electrones libres de un metal se mueven aleatoriamente con velocidades grandes (~106 m/s), colisionando con los iones del conductor. En presencia del campo modifican ligeramente el movimiento aleatorio y se desplazan con gran lentitud en dirección opuesta al campo. Sección Densidad de portadores de carga (1 electrón/átomo) FÍsica Corriente eléctrica

Corriente eléctrica Velocidad de desplazamiento ¿Cuál es la velocidad de desplazamiento de los electrones en un alambre de cobre típico de radio 1 mm que transporta una corriente de 1 A, suponiendo que existe un electrón libre por átomo? FÍsica Corriente eléctrica

Resistencia y ley de Ohm Unidad SI: ohmio (W) Ley de Ohm V=IR Materiales óhmicos Materiales no óhmicos (no cumplen la ley de Ohm) FÍsica Corriente eléctrica

Resistencia y ley de Ohm La resistencia de un alambre conductor es proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su área transversal: Resistividad Coeficiente de temperatura de la resistividad Resistividad vs T para el cobre FÍsica Corriente eléctrica

La energía en los circuitos eléctricos Variación de energía de la carga transportada entre los puntos a y b: Potencia disipada: Elemento no especificado (resistencia, motor, batería…) de un circuito por el que circula una corriente I Rapidez de transferencia de la energía al dispositivo. Si el dispositivo es una resistencia: ó Para resistencias la energía cinética de los electrones se transfiere a las moléculas de la resistencia transformándose en energía térmica (efecto Joule) FÍsica Corriente eléctrica

La energía en los circuitos eléctricos FEM y baterías Fuente de fem: dispositivo que suministra energía eléctrica (baterías, generadores, etc.) Realizan trabajo sobre las cargas, aumentando su energía potencial Fem  de la fuente: trabajo por unidad de carga (voltios) Potencia suministrada por una fuente de fem: Batería ideal: mantiene una diferencia de potencial constante entre sus dos terminales, independientemente del flujo de carga entre ellos Circuito con batería ideal de fem  una resistencia R y cables sin resistencia. La corriente es: I=/R Analogía mecánica del circuito de la derecha. Las bolitas (electrones) chocan con los clavos (iones) y se mueven con velocidad constante. La mano (fem) realiza trabajo sobre las bolitas devolviéndoles la energía perdida. FÍsica Corriente eléctrica

La energía en los circuitos eléctricos Batería reales Tensión en los bornes de una batería real Decrece un poco a medida que la corriente aumenta Como si la batería tuviera una pequeña resistencia La tensión en los bornes de la batería disminuye linealmente con la intensidad de la corriente. FÍsica Corriente eléctrica

La energía en los circuitos eléctricos Voltaje, potencia y energía almacenada Una resistencia de 11 Ω se conecta a través de una batería de fem 6 V y resistencia interna 1Ω. Determinar a) la intensidad de la corriente, b) la tensión en los bornes de la batería, c) la potencia suministrada por la fuente de fem, d) la potencia suministrada a la resistencia externa, e) la potencia disipada por la resistencia interna de la batería f) la energía almacenada por la batería si su capacidad es de 150 A•h FÍsica Corriente eléctrica

Asociación de resistencias Resistencias en serie FÍsica Corriente eléctrica

Asociación de resistencias Resistencias en paralelo FÍsica Corriente eléctrica

Asociación de resistencias Resistencia equivalente Determinar la resistencia equivalente entre los puntos a y b para la combinación de resistencias indicada en la figura. FÍsica Corriente eléctrica

Reglas de Kirchhoff Como el campo eléctrico es conservativo 1. La suma algebraica de las variaciones de potencial a lo largo de cualquier malla del circuito debe ser cero. (Regla de las mallas) Como la carga eléctrica se conserva 2. En los nudos, la suma de corrientes que entran debe ser igual a la suma de corrientes que salen. (Regla de los nudos) FÍsica Corriente eléctrica

Reglas de Kirchhoff Circuito de una sola malla a) Hallar los potenciales en los puntos a,b,c,d y e de la figura de la derecha. b) Determinar la potencia de entrada y de salida del circuito. FÍsica Corriente eléctrica

Reglas de Kirchhoff Poniendo en marcha un coche Una batería de coche totalmente cargada se conecta mediante cables a otra batería descargada para proceder a su carga. A) ¿A qué borne de la batería débil debemos conectar el borne positivo de la batería cargada? b) Suponer que esta tiene una fem e1 = 12 V mientras que la débil tiene una fem e2 = 11 V , que las resistencias internas de las baterías son r1=r2=0,02Ω y que la resistencia de los cables es R=0,01Ω, ¿cuál será la corriente de carga? c) ¿y si las batería se conectan incorrectamente, ¿cuál sería la corriente? FÍsica Corriente eléctrica

Reglas de Kirchhoff Método general para el análisis de circuitos con múltiples mallas 1. Dibujar un esquema del circuito 2. Reemplazar cualquier asociación de resistencias por su resistencia equivalente. 3. Elegir arbitrariamente un sentido para la corriente en cada rama 4. Plantear un sistema de ecuaciones, tantas como incógnitas (intensidades de ramas) • Aplicar la regla de los nudos a todos lo nudos menos uno. • Aplicar la regla de las mallas a todas las mallas independientes: ei= Ri Ii 5. Resolver el sistema para calcular las intensidades de cada rama. 6. Calcular el resto de incógnitas 7. Comprobar los resultados haciendo el balance de potenciales FÍsica Corriente eléctrica

Reglas de Kirchhoff Aplicación de las reglas de Kirchhoff Determinar la corriente en cada parte del circuito de la figura. FÍsica Corriente eléctrica