Corriente Eléctrica

Hoy estudiaremos la electrodinámica, que es el estudio de las cargas un movimiento dentro de los conductores en cuyo interior se ha establecido un campo eléctrico.

Definición:

Se define intensidad de corriente eléctrica o simplemente corriente, a la cantidad de cargas “q” que atraviesa una sección del conductor en un tiempo “t”:

Naturaleza de la Corriente Eléctrica:Si unimos mediante un conductor dos cuerpos A y B inicialmente cargados, de potenciales diferentes se observa un paso de cargas de un lado para el otro hasta que los potenciales se igualen. Esto se debe a la diferencia de potenciales de los dos cuerpos A y B que estableció en el hilo un campo eléctrico y este, actuando los iones libres del hilo conductor produjo una fuerza “F = Eq” que hizo mover.

Sentido de la Corriente Eléctrica:

En los conductores metálicos, las cargas que se mueven son los electrones pertenecientes a la ultima orbita del átomo, dirigiéndose hacia la zona de mayor potencial.

En los conductores líquidos o electroliquidos, las cargas que se mueven son los iones positivos y negativos, dirigiéndose los iones positivos hacia la zona de menor potencial y los iones negativos hacia la zona con mayor potencial. Es decir las cargas son atraídas por el borne del signo contrario.

En los electrones gaseosos y líquidos se mueven los electrones como los protones.

Corriente Directa:

Se llama así cuando se mantiene la diferencia de potencial constante. Los generadores como la pila, batería, son las encargadas de mantener esta diferencia de potencial.

Corriente Alterna:

Si la diferencia de potencial cambia de sentido con determinada frecuencia la corriente que pasa por el conductor cambia de sentido con esta frecuencia. Generalmente esta frecuencia es de 60 Hz.

Velocidad de los Electrones:Los electrones bajo la acción del campo eléctrico aceleran y chocan y así sucesivamente con una velocidad promedio de 0,02 cm/s esto quiere decir que un electrón tardaría en recorrer un cable de 1m en aproximadamente 3 horas.

Velocidad de la onda eléctrica:

Cuando los electrones empiezan a moverse inician una onda eléctrica que se propaga a lo largo del conductor con la velocidad de la luz 300 000km/s. Esto explica porqué las lámparas se iluminan casi al instante cuando se conecta la corriente.

Para cuestiones didácticas y por convención, diremos que en sentido de la corriente es el de las cargas positivas o el sentido contrario a las cargas negativas.

Resistencia Eléctrica (R)Es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. Esta resistencia depende de la naturaleza del cuerpo conductor.Cuanto más extenso es el conductor la resistencia aumenta mientras que la sección del conductor aumenta la resistencia disminuye; la resistencia de un conductor esta gobernado por la ecuación de Poulliet.

Siendo:

R: Resistencia (Ohmios ‘‘Ω’’)

ᵨ: Resistencia del material (Ω - m)

L: Longitud del conductor (m)

A: Área o sección (m²)

Material Ω - m Material Ω - mAluminio 2,8 x 10¯⁸Cobre 1,72 x 10¯⁸Oro 2,2 x 10¯⁸Hierro 9,5 x 10¯⁸Vidrio 10⁺¹²

Nicrom 100 x 10¯⁸Tungsteno 5,5 x 10¯⁸Plata 1,63 x 10¯⁸Latón 7 x 10¯⁸

RESISTENCIA DE VARIOS MATERIALES A 20 ᵒ C.

Ley de OHMFue propuesto por GEORGE SIMON OHM. ‘La corriente producida en cierto conductor es directamente proporcional a la diferencial de potencial entre sus puntos extremos’.

V = I . R

Siendo: V: Diferencia de potencial en los extremos de la resistencia. R: Resistencia I: Intensidad de corriente

Efecto JouleSi se efectúa un trabajo w para transportarlo a velocidad constante una carga ‘q’ de B hacia A en un campo eléctrico (El trabajo se convierte en energía potencial eléctrica). Pero podemos definir la diferencia de potencial entre A y B de la siguiente forma.

También podemos expresar: Si el trabajo lo expresamos por unidad de segundo estaríamos en el caso de potencial eléctrico.

Si conectamos una resistencia entre A y B esta potencia disponible se transforma en calor.

RESISTENCIAS ELECTRICAS

Gráfica de la ley de OHM

Toda corriente eléctrica que circula por una resistencia origina un desprendimiento de energía.

EJERCICIOSDeterminar la intensidad de corriente que pasa por un conductor, si se sabe que en el tiempo de 0,01 s pasan 4 C de carga, además calcular la cantidad de electrones que fluyen por unidad de segundo.

Resolución:

A. Usamos la siguiente ecuación:

I = q = 4 C = 4 x 10¯² A t 0,01

B. También nos piden la cantidad de electrones, para ello debes recordar que: 1C = 6,25 x 10¹⁸ e.

Luego: I = 4 x 10¯² a = 4 x 10¯² C s

I = 4 x 10¯² . 6,25 x 10¹⁸ e s

Rpta: I = 2,5 x 10¹⁷ electrones / s .

Se tiene un alambre de 1 km de longitud de 10¯⁶ m² de sección. Determinar la resistencia eléctrica si el material es de cobre. pcµ = 1,72 x 10¯⁸ Ω - m

Resolución:

Usamos la ecuación de Poulliet.

R = p . L A

R = 1,72 . 10¯⁸ . 1 000 10¯⁶

R = 17,2 Ω .

Cuando una plancha se conecta a la diferencia de potencial de 220 V, circula por ello una corriente de 8 A. Calcular:

A. La resistencia de la plancha eléctrica.B. La cantidad de energía en 1 minuto.C. El calor liberado en calorías en 1 minuto.

Resolución:

A. Aplicamos la ley de OHM. V = IR R = V R = 220/8 R = 27,5 Ω. IB. Determinamos la energía:

W = VIT = 220 . 8 . 60 = 105 600 J.

C. Para calcular la cantidad de calorías debes tener presente.

J = 0,24 Cal

Luego: W energía = 105 600 J Q calor = 105 600 x 0,24 Cal Q calor = 25 334 calorías.

Una hornilla funciona durante 2 minutos y por ella circula 8 A. Si su resistencia eléctrica es 10 Ω. ¿Qué cantidad de calor se desprende y cual es su potencia?

Resolución:

Primeramente debemoscalcular el calor desprendidoy para eso necesitamos cono-cer la cantidad de Joules que Libera.

W = I²R = 8² x 10 x 120 W = 76 800 J

Luego: Q = 76 800 x 0,24 Cal Q calor = 184 32 Cal

Finalmente calculamos su potencial

Potencial = I²R = 8² x 10 Potencial = 640 watt.

En una instalación eléctrica se reemplaza una resistencia de 12 Ohm fabricado con un alambre de níquel de longitud ‘‘L’’ y sección ‘‘S’’ por otro alambre de constatan de igual longitud y sección la nueva resistencia será de:

P níquel = 0,12 Ω - mm² P cons tan tan = 0,5 Ω - mm² m m

Resolución:

Primeramente trabajamos con el níquel:

P níquel = Pn . L S

Luego calculamos con el constantan:

P cons tan tan= Pc .L S

Finalmente dividimos 2 en 1 y reemplazamos los datos:

Rcons = Pc L Rníquel S R cons = 0,5 Rcons = 50 Ω. Pn L 12 0,12 S

1

2

Un foco conectado a una fuente de alimentación de 10 V, de tal manera que en 2 min disipa 24 calorías. Hallar la resistencia del foco.

Resolución:

Recordemos la relación entre el calor y la energía.

Q = 0,24 x W Q = 0,24 x V² T R

Despejemos ‘‘R’’

R = 0,24 x V²T Q

R = 0,24 x 10 x 120 24

R = 120 Ω.