Post on 13-Jul-2015
POTENCIAL ELECTRICO
El potencial eléctrico en un punto es el trabajo
que debe realizar una fuerza eléctrica para
mover una carga positiva q desde la referencia
hasta ese punto, dividido por unidad de carga de
prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que
debe realizar una fuerza externa para traer una
carga unitaria q desde la referencia hasta el
punto considerado en contra de la fuerza
eléctrica. Matemáticamente se expresa por:
Considérese una carga de prueba
positiva, la cual se puede utilizar para hacer
el mapa de un campo eléctrico. Para tal
carga de prueba localizada a una distancia r
de una carga q, la energía potencial
electrostática mutua es:
De manera equivalente, el potencial
eléctrico es:
=
Diferencia de Potencial eléctrico
Considérese una carga de prueba positiva
en presencia de un campo eléctrico y que
se traslada desde el punto A al punto B
conservándose siempre en equilibrio. Si se
mide el trabajo que debe hacer el agente
que mueve la carga, la diferencia de
potencial eléctrico se define como:
El trabajo puede ser positivo, negativo o nulo. En
estos casos el potencial eléctrico en B será
respectivamente mayor, menor o igual que el
potencial eléctrico en A. La unidad en el SI para la
diferencia de potencial que se deduce de la
ecuación anterior es Joule/Coulomb y se
representa mediante una nueva unidad, el
voltio, esto es:
Dos cargas en la misma posición tienen dos veces
más energía potencial que una sola; tres cargas
tendrán el triple de energía potencial; un grupo de
diez cargas tendrán diez veces más energía
potencial, y así sucesivamente.
Existe el potencial debido a una carga puntual la
cual se representa:
Donde:V: potencial eléctrico, Voltio
q: carga eléctrica, Coulomb
r: distancia entre la carga generadora del campo y el punto de estudio
ϵ: constante de permitividad eléctrica del medio,
La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga
por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe
a un movimiento de los electrones a través de un
circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del
polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro
de fuerza electromotriz (FEM). En el Sistema
Internacional de Unidades se expresa en C·s-1
(culombios sobre segundo), unidad que se denomina
amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de
un movimiento de cargas, produce un campo
magnético, lo que se aprovecha en el electroimán.
El instrumento usado para medir la intensidad de la
corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en
amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con
el conductor cuya intensidad se desea medir.
Requisitos para que circule la corriente eléctrica
Para que una corriente eléctrica circule por un
circuito es necesario que se disponga de tres
factores fundamentales:
1. Fuente de fuerza
electromotriz (FEM).
2. Conductor.
3. Carga o resistencia
conectada al circuito. 4.
Sentido de circulación de
la corriente eléctrica.
1. FEM: Por ejemplo una batería o generador, capaz de
poner en movimiento las cargas eléctricas negativas cuando
se cierre el circulo eléctrico.
2.Un camino para que los electrones vayan del polo
– al polo + ininterrumpidamente, un ejemplo seria el
cable metálico de cobre.
3. Un consumidor conectado al circuito que
ofrezca resistencia al paso de la corriente
eléctrica, por ejemplo un bombillo o
cualquier aparato que funcione con
corriente eléctrica.
Cuando la carga circula normalmente por un
circuito es un “Circuito Eléctrico Cerrado”
Y cuando la circulación de electrones se interrumpe
tenemos un “Circuito Eléctrico Abierto”
Intensidad de la corriente eléctrica
La intensidad del flujo de los electrones de una corriente
eléctrica depende del Voltaje (V) que se aplique y de la
Resistencia (R) .
Analogía hidráulica. El tubo del
depósito "A", al tener un diámetro
reducido, ofrece más resistencia a la
salida del líquido que el tubo del
tanque "B", que tiene mayor
diámetro. Por tanto, el caudal o
cantidad. de agua que sale por el
tubo "B" será mayor que la que sale
por el tubo "A".
La intensidad de la corriente eléctrica se designa con la letra ( I ) y
su unidad de medida en el Sistema Internacional ( SI ) es el
ampere (llamado también “amperio”), que se identifica con la letra
( A ).
Definición del ampere
Un ampere ( 1 A ) se define como la corriente que
produce una tensión de un volt ( 1 V ), cuando se
aplica a una resistencia de un ohm ( 1 ).
Un ampere equivale una carga eléctrica de un
coulomb por segundo ( 1C/seg ) circulando por un
circuito eléctrico,por tanto, la intensidad ( I ) de
una corriente eléctrica equivale a la cantidad de
carga eléctrica ( Q ) en coulomb que fluye por un
circuito cerrado en una unidad de tiempo.
La medición de la corriente que fluye por un circuito cerrado se realiza por medio de un amperímetro o un
miliamperímetro, conectado en serie en el propio circuito eléctrico.
Para medir ampere se emplea el "amperímetro" y para medir milésimas de ampere se emplea el miliamperímetro.
La intensidad de circulación de corriente eléctrica por un circuito cerrado se puede medir por medio de un
amperímetro conectado en serie con el circuito o mediante inducción electromagnética utilizando un amperímetro de
gancho. Para medir intensidades bajas de corriente se puede utilizar también un multímetro que mida miliampere
(mA).
El ampere como unidad de medida se
utiliza, fundamentalmente, para medir la corriente
que circula por circuitos eléctricos de fuerza en la
industria, o en las redes eléctricas
doméstica, mientras que los submúltiplos se
emplean para medir corrientes de poca intensidad
que circulan por los circuitos electrónicos.
TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA
Los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes
son: corriente directa (CD) o continua y corriente
alterna (CA). La corriente directa circula siempre en
un solo sentido, es decir, del polo negativo al
positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM)
que la suministra. Esa corriente mantiene siempre
fija su polaridad, como es el caso de las
pilas, baterías y dinamos.
Gráfica de una corriente
directa (C.D.) o continua
(C.C.).
Gráfica de la sinusoide
que posee una corriente
alterna (C.A.).
La corriente alterna se diferencia de la directa en
que cambia su sentido de circulación
periódicamente y, por tanto, su polaridad. Esto
ocurre tantas veces como frecuencia en hertz (Hz)
tenga esa corriente . A la corriente directa (C.D.)
también se le llama "corriente continua" (C.C.).
La corriente alterna es el tipo de corriente más
empleado en la industria y es también la que
consumimos en nuestros hogares. La corriente
alterna de uso doméstico e industrial cambia su
polaridad o sentido de circulación 50 ó 60 veces
por segundo, según el país de que se trate. Esto se
conoce como frecuencia de la corriente alterna.
El Sistema Internacional de Medidas (SI) estableció
oficialmente como “ampere” el nombre para designar
la unidad de medida del amperaje o intensidad de la
corriente eléctrica, en algunos países de habla hispana
se le continúa llamando “amperio”.
El ampere recibe ese nombre en honor al físico y
matemático francés André-Marie Ampere (1775 –
1836), quién demostró que la corriente eléctrica, al
circular a través de un conductor, producía un campo
magnético a su alrededor. Este físico formuló también
la denominada “Ley de Ampere”.
LA FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM)
Es la energía proveniente de cualquier
fuente, medio o dispositivo que suministre corriente
eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una
diferencia de potencial entre dos puntos o polos
(uno negativo y el otro positivo) de dicha
fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las
cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.
EJEMPLOS DE LA CORRIENTE
ELÉCTRICA
La energía potencial del sistema es igual al trabajo
realizado en contra de las fuerzas eléctricas al
mover la carga +q desde el infinito a ese punto.
EJEMPLOS DE LA CORRIENTE
ELÉCTRICA
Ejemplo:
Una carga de +2 µC está separada 20 cm de otra
carga de +4 µC. a) ¿Cuál es la energía potencial
del sistema? B) ¿Cuál es el cambio de energía
potencial si se mueve la carga de 2 µC a una
distancia de 10 cm de la carga de +4 µC?
Solución a) La energía potencial a 20 cm se
encuentra a partir de la ecuación (32-5)
Solución B) La energía potencial a la distancia de 8 cm
es
P.M= kQq/ r
=(9X10 ^9 NXm^2/C^2)(4X10^-6C)(2X10^-9C)/ 0-08m
=90X 10^-5 J
Considérense los puntos A y B y una carga puntual q tal
como muestra la figura. Según se muestra, apunta a la
derecha y , que siempre está en la dirección del
movimiento, apunta a la izquierda. Por consiguiente:
Ahora bien, al moverse la carga una trayectoria dl hacia
la izquierda, lo hace en la dirección de la r decreciente
porque r se mide a partir de q como origen. Así pues:
Por lo cual: