FÍSICA II GRADO Ingeniería Mecánica Prof. Norge Cruz Hernández Tema 3. Corriente eléctrica. Reglas de Kirchhoff.

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1 FÍSICA II GRADO Ingeniería Mecánica Prof. Norge Cruz Hernández Tema 3. Corriente eléctrica. Reglas de Kirchhoff.

2 Tema 3. Corriente eléctrica. Reglas de Kirchhoff. (3 horas) 3.1 Introducción 3.2 Densidad e intensidad de corriente eléctrica. 3.3 Ley de Ohm. Resistencias. 3.4 FEM de un generador. Efecto Joule. Relaciones de potencia en un circuito. 3.5 Leyes de Kirchhoff para corriente continua.

3 Bibliografía Clases de teoría: - Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman ISBN: 970-26-0511-3, Ed. 9 y 11. Clases de problemas: -Problemas de Física General, I. E. Irodov -Problemas de Física General, V. Volkenshtein - Problemas de Física, S. Kósel -Problemas seleccionados de la Física Elemental, B. B. Bújovtsev, V. D. Krívchenkov, G. Ya. Miákishev, I. M. Saráeva. Libros de consulta: -Resolución de problemas de física, V.M. Kirílov.

4 3.2 Densidad e intensidad de corriente eléctrica. Corriente eléctrica: es todo movimiento de carga de una región a otra. movimiento aleatorio de los electrones en un material conductor cuando no hay campo eléctrico. movimiento aleatorio de los electrones en un material conductor cuando hay campo eléctrico, donde aparece un movimiento neto. velocidad de deriva movimiento neto de cargas

5 Corriente eléctrica: es todo movimiento de carga de una región a otra. Movimiento de cargas positivas en un medio. -iones positivos que se mueven en plasma. -iones positivos que se mueven en una disolución. Movimiento de cargas negativas en un medio. -Electrones que se mueven en un conductor a causa de un campo eléctrico. -Iones negativos que se mueven en una disolución. Una misma corriente puede ser el resultado de movimiento de cargas negativas o positivas. dirección de la corriente flujo de las cargas positivas

6 Movimiento de cargas positivas y negativas en una disolución de cloruro de sodio.

7 Corriente eléctrica: es todo movimiento de carga de una región a otra. Intensidad de la corriente eléctrica: es la carga que fluye por una sección transversal por unidad de tiempo. En el SI la intensidad de corriente se expresa en ampere: André Marie Ampere (1775-1836)

8 Tenemos un material que tenemos una concentración de partículas portadoras de cargas de valor: n Además, todas las partículas de mueven a la misma velocidad de deriva v d al colocar el material en un campo eléctrico. densidad de corriente

9 independientemente del signo de la carga de los portadores

10 Ley de Ohm Georg Simon Ohm (1787-1854) físico alemán 3.3 Ley de Ohm. Resistencias.

11 conductividad del material resistividad del material

12 resistividad y temperatura es la resistividad del material a la temperatura de referencia

13 resistencia Ley de Ohm en el SI R se expresa en ohm (Ω)

14 I obedece la ley de Ohm no obedece la ley de Ohm diodo resistor

15 3.4 FEM de un generador. Efecto Joule. Relaciones de potencia en un circuito. Al colocar un conductor en un campo eléctrico, se crea una corriente. Las cargas se van acumulando en los extremos del conductor, creando un campo eléctrico opuesto al inicial. Al cabo de muy poco tiempo el campo se hace cero y la corriente cesa.

16 Circuito eléctrico: camino conductor que forma una espira cerrada, por donde se mueve una corriente eléctrica. Solamente continuará moviéndose las cargas (corriente eléctrica) si el conductor forma parte de una espira.

17 fuerza electromotriz bomba de agua bomba de cargas fuerza electromotriz: es el efecto que hace fluir cargas de un potencial menor a un potencial mayor. f.e.m. ( ε ): en realidad es el trabajo que se realiza por unidad de carga. SI volt (V).

18 fuerza electromotriz f.e.m. fuente de f.e.m. no conectada a un circuito Es una fuerza que puede tener diferentes orígenes no eléctricos. Se encarga de transportar carga en contra de la caída de potencial V ab. fuente de f.e.m. ideal está asociada con un proceso de difusión de iones

19 fuente de f.e.m. ideal en un circuito símbolo de la fuente de f.e.m. en un circuito

20 fuente de f.e.m. real en un circuito En realidad, la diferencia de potencial V ab (diferencia de tensión) en los bornes de una fuente de f.e.m. no son igual si está conectado a un circuito por donde circula una corriente, que cuando no está conectada. fuente de f.e.m. real La tensión en los bornes de esta batería cuando no está conectada es de 12 V, pero cuando está conectada a la bombilla la tensión en sus bornes es menos de 12 V.

21 fuente de f.e.m. real en un circuito resistencia interna de una fuente: es la resistencia que ofrece el propio material de la fuente al paso de la corriente eléctrica. fuente de f.e.m. ideal a b I a b fuente de f.e.m. real

22 símbolos en un circuito Conductor con resistencia insignificante Resistor Fuente de f.e.m. ideal Fuente de f.e.m. con resistencia interna Voltímetro (mide diferencia de potencial) Amperímetro (mide intensidad de corriente) Condensador

23 Se conecta en paralelo al dispositivo que queremos medirle la diferencia de potencial. Se conecta en serie al dispositivo al que le queremos medir la corriente. uso de voltímetros y amperímetros

24 energía y potencia en circuitos eléctricos Cuando una carga q pasa a través de un elemento de un circuito (independientemente del elemento que sea) la variación de energía potencial de la carga es: La energía entregada/liberada en la unidad de tiempo (potencia): Una fuente de f.e.m. entregará potencia al circuito. Un resistor recibirá potencia en el circuito.

25 potencia en un resistor La energía transmitida al resistor se emplea en aumentar el movimiento de las cargas (electrones). Estos, golpean con los átomos del material y transfieren gran parte de su energía. La energía en el resistor se disipa a razón de RI 2 (Efecto Joule). En este proceso, el resistor puede aumentar su temperatura, y en algunos casos puede ocurrir su ruptura. Así, cada resistor tiene un límite de potencia de trabajo (potencia nominal).

26 potencia de salida en una fuente de f.e.m. representa la energía por unidad de carga y unidad de tiempo que se convierte de energía no eléctrica a energía eléctrica en el interior de la f.e.m. representa la energía por unidad de tiempo que se libera en la resistencia interna de la f.e.m.

27 potencia de entrada en una fuente Este fenómeno ocurre cuando le damos carga a la batería de un coche a partir de un generador potente.

28 3.5 Leyes de Kirchhoff para corriente continua. Ley de Ohm ¿Qué ocurre si conectamos varias resistencias en serie y/o en paralelo? Circuito eléctrico: camino conductor que forma una espira cerrada, por donde se mueve una corriente eléctrica.

29 resistores en serie

30 resistores en paralelo

31 Los faros de un coche, ¿están conectados en serie o en paralelo?

32 … queremos calcular la intensidad de un circuito

33 Las resistencias conectadas en serie consumen menos potencia.

34 Dos bombillas iguales conectadas en serie consumen y brillan menos que cuando las conectamos en paralelo.

35 Feria de Sevilla Diseño: “ Quedamos en el avión” Para conmemorar el centenario del primer vuelo sobre Sevilla. Diseñador: José Manuel Peña Jiménez

36 Feria de Sevilla

37 Un amigo te comenta: “lo que ha ocurrido es que una bombilla de la caseta se ha estropeado, creando un cortocircuito en ella, y eso ha provocado el apagón de la feria” Usted que es una persona lista, dice: “voy a la EUP y pediré al guarda de seguridad que me permita coger un polímetro de las prácticas de FEE, que yo tengo una solución para encontrar la bombilla estropeada.”

38 Feria de Sevilla Indagando entre todas las personas, conoces que el circuito de la Feria es de la siguiente forma: Usted se acerca al electricista de la caseta y le dice que le permita una oportunidad, que solamente medirá con el polímetro DOS VECES El operario le dará una oportunidad: ¿Dónde medirá?