Fsica. 10. Corriente continua. 1

10. CORRIENTE CONTINUA.

La corriente elctrica.

Corriente elctrica. Flujo de partculas cargadas a la largo de un conductor. Las partculas cargadas pueden ser electrones (conductores metlicos) o iones (electrlitos).

Al colocar un conductor aislado en el seno de un campo elctrico, sus cargas se reagrupan hasta que el potencial del conductor permanece constante. Este movimiento de cargas consti-tuye una corriente de muy corta duracin, denominada corriente transitoria. Para que circule por el conductor una corriente permanente, debemos establecer una diferen-cia de potencial permanente en su interior, con lo que se mantendr un campo elctrico que hace circular la carga. Dicha diferencia de potencial se establece mediante un dispositivo de-nominado generador.

Corriente continua. La generada por un campo elctrico que tiene siempre el mismo sentido, aunque pueda variar su mdulo. Las partculas cargadas circulan siempre en el mismo sentido. Corriente alterna. La generada por un campo elctrico cuyo sentido vara peridicamente. El sentido en que circulan las partculas cargadas tambin vara peridicamente.

Intensidad de corriente.

Intensidad de corriente elctrica. Vector cuya direccin es la misma en la que circu-lan las partculas cargadas, cuyo mdulo es la carga que pasa por unidad de tiempo a travs de una seccin cualquiera del conductor y cuyo sentido es de mayor a menor potencial:

IudtdqI

rr = , siendo un vector unitario con la direccin y sentido en los que circulan las partculas car-gadas.

Iur

Unidad S.I.: amperio (A).

Densidad de corriente elctrica. Intensidad que circula por un conductor por unidad de superficie:

SIJrr = ,

Siendo S la seccin transversal del conductor. Unidad S.I.: 2mA / .

La densidad de corriente es proporcional al campo elctrico que produce el movimiento de las cargas:

rr. EJ =

La constante de proporcionalidad, , depende de la naturaleza del conductor y se denomina conductividad.

Velocidad de arrastre. Velocidad media con la que se mueven las partculas cargadas del conductor. A pesar de que estn inmersas en un campo elctrico, la velocidad de arrastre puede considerarse constante porque las partculas cargadas son frenadas o detenidas durante su movimiento al ir chocando con las partculas fijas del conductor.

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En un intervalo de tiempo dt, las partculas recorren una longitud dtv , siendo v la velocidad de arrastre. En esa longitud hay contenidas dtvSn partculas, siendo n el nmero de par-tculas por unidad de volumen en el conductor. Entonces, la carga que pasa a travs de la sec-cin del conductor durante el intervalo de tiempo dt es: dtvSncdq = , siendo c la carga de cada partcula. Por tanto:

vSncI = y vncJ =

Resistencia. Ley de Ohm.

Resistividad de un material. Es la inversa de su conductividad. Suele notarse por . Resistencia elctrica de un material. Se define como:

SR l= ,

siendo: resistividad del material; l longitud del conductor; S seccin del conductor. Unidad S.I. de resistencia: ohmio (). Unidad S.I. de conductividad: . 11 m Unidad S.I. de resistividad: . mLa resistencia es una medida de la dificultad que ofrece el conductor al paso de la corriente elctrica.

Conductancia. Es la inversa de la resistencia. Suele notarse por G. Unidad S.I.: siemen (S).

Ley de Ohm. La diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor es igual al producto de la intensidad de corriente que circula por l por su resistencia:

RIV = En los circuitos, el trmino resistencia se emplea para conductores de elevada resistivi-dad colocados en una zona determinada del circuito. Se suele atribuir la resistencia total del circuito a tales conductores, desprecindose la del resto del circuito. Las resistencias suelen representarse por el smbolo:

Resistencia equivalente de una asociacin de resistencias. Es el valor que debera tener una resistencia para que al colocarla en lugar de toda la asociacin no variasen la inten-sidad de corriente ni la diferencia de potencial. Las resistencias pueden asociarse de dos formas en un circuito:

En serie. Circula la misma intensidad de corriente por todas ellas. La diferencia de potencial total es la suma de la diferencia de potencial en cada resis-tencia. Si R1, R2, ..., Rn son las resistencias asociadas en serie, la resistencia equivalente es:

=

=n

1iieq RR

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En paralelo. Existe la misma diferencia de potencial en cada resistencia. La suma de la intensidad que circula por cada resistencia es igual a la intensidad total. Si R1, R2, ..., Rn son las resistencias asociadas en paralelo, la resistencia equivalente cumple que:

=

=n

1i ieq R1

R1

Generadores y motores. Ley de Ohm generalizada.

Generador. Dispositivo que establece una diferencia de potencial permanente entre los extremos del conductor, haciendo que circule corriente elctrica. Convierte energa no elctri-ca en energa elctrica. Se suele representar por el smbolo:

El trazo largo representa el borne o polo positivo, de mayor potencial, y el trazo corto al nega-tivo, de menor potencial. Ejemplos de generadores de corriente continua son la pila, la batera y la dnamo.

Fuerza electromotriz de un generador. Es la energa convertida de la forma no elc-trica a la forma elctrica, o viceversa, por unidad de carga que atraviesa el generador:

dqdE

mef T=... Unidad S.I.: voltio (V). La f.e.m. es el potencial que reciben las partculas cargadas en el interior del generador. Tambin puede notarse . Resistencia interna de un generador. Es la resistencia que ofrece el generador al paso de corriente elctrica a travs suya. La resistencia interna ocasiona que la diferencia de potencial entre los bornes sea menor que la f.e.m.:

irIV = , siendo: V diferencia de potencial entre los bornes del generador (potencial de salida); I intensidad de corriente que recorre el circuito; ri resistencia interna del generador. En un circuito, los generadores pueden asociarse en serie o en paralelo:

En serie. Si se asocian en serie n generadores de fuerzas electromotrices 1, 2, ..., n y resistencias internas r1, r2, ..., rn, la fuerza electromotriz y la resistencia interna to-tal son:

=

=n

1iiT y

==

n

1iiT rr

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En paralelo. Para que no existan prdidas de energa entre los generadores, es ne-cesario que todos tengan iguales fuerza electromotriz y resistencia interna. Si se asocian en serie n generadores de fuerza electromotriz y resistencia interna r, la fuerza electromotriz y la resistencia interna total son:

=T y nrrT =

Motores. Son dispositivos que consumen energa elctrica para transformarla en trabajo mecnico. Se suelen representar por el smbolo:

Al igual que los generadores, los motores presentan una resistencia interna al paso de la co-rriente elctrica.

Fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.). Es el potencial consumido por un generador conectado en oposicin o por un motor. Suele representarse por . Ley de Ohm generalizada. Viene dada por la siguiente expresin:

( )rRI += , siendo: fuerza electromotriz total; fuerza contraelectromotriz total; I intensidad total; R resistencia total; r resistencia interna total de los motores y generadores en oposicin.

Reglas de Kirchhoff.

Definiciones: Red. Conjunto de conductores, generadores, resistencias y motores que forman un circuito cerrado. Nudo. Punto de una red en el que se encuentran tres o ms conductores. Rama. Tramo del circuito que va de un nudo a otro. Malla. Trayecto cerrado dentro de un circuito que se puede recorrer volviendo al punto de partida sin pasar dos veces por el mismo lugar. Ejemplo:

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El circuito completo es la red. Los puntos A, B, C, D, F y G son los nudos. Los tramos AB, ACDB y AFGB son las ramas. Los recorridos ABDCA, AFGBA y CFGDC son las mallas.

Regla de los nudos. La suma algebraica de las intensidades que concurren en un nudo es cero. Para aplicar esta regla se siguen las siguientes normas:

Se le asigna un smbolo y direccin a la intensidad que circula por cada rama. A las intensidades que parten del nudo considerado se les asigna signo positivo, y a las que se dirigen a l signo negativo.

Regla de las mallas. La suma algebraica de las f.e.m. en una malla cualquiera es igual a la suma algebraica de los productos IR de la misma malla. Para aplicar esta regla se siguen las siguientes normas:

Se mantienen el smbolo y la direccin asignados anteriormente a la intensidad que circula por cada rama. En cada malla se asigna de forma arbitraria un sentido positivo de circulacin de la intensidad. Por ejemplo, el contrario a las agujas del reloj. La intensidad de cada rama se considera positiva si va en dicho sentido, y negativa si va en sentido contrario. La f.e.m. de cada generador se considera positiva si tiende a producir corriente que circule en el sentido considerado positivo dentro de la malla, y negativa en caso con-trario.

Trabajo elctrico.

El trabajo desarrollado por una corriente elctrica estacionaria durante un intervalo de tiempo en el que transporta una carga q desde un punto A a otro punto B del conductor es:

VqWe = , siendo . BA VVV = Ley de Joule. El calor desarrollado por una corriente elctrica estacionaria es:

tRIQ 2 = , siendo: I intensidad de corriente que circula por el conductor; R resistencia total al paso de la corriente; t tiempo que se lleva circulando la corriente. Potencia producida por una corriente elctrica. Se define como:

dtdW

P e= Por tanto, para una corriente elctrica estacionaria:

RIVIP 2 ==

10. Corriente continua. La corriente elctrica. Intensidad de corriente. Resistencia. Ley de Ohm. Generadores y motores. Ley de Ohm generalizada. Reglas de Kirchhoff. Trabajo elctrico.