Electrodinámica

7/14/2019 Electrodinmica

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Electricidad y magnetismo.

Unidad 3.Electrodinmica

Expositor:Ing. Jorge Peralta Orozco


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Activ idades:

Desarrollar los subtemas 3.1 al 3.4 de laUnidad 3 a mano y en hojas blancas. Teniendo elsiguiente contenido:

Portada, ndice, introduccin, desarrollo,conclusin, bibliografa.


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3.1 Corriente elctrica.


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CORRIENTEELCTRICA.

Cuando cargaselctricas del mismo

signo estn enmovimiento, se dice

que existe unacorriente.


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Para def ini r La Corr iente con

ms precis in, su pong amos

que las cargas se mueven

perpend icu larmente a u n rea

sup erf ic ial A com o se ve en la

figu ra 4.1. Por ejemp lo, esta

rea podra ser la secc intransv ersal de un alamb re.


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La corriente es la rapidez con la cual fluye la carga a travs deesta superficie. Como Qes la cantidad de carga que pasa atravs de esta rea en un tiempo t,la corriente promedio, Ipes igual a la razn de la carga en el intervalo de tiempo:

=

Si la rapidez con que fluye la carga vara con el tiempo, la corrientetambin vara en el tiempo y se define la corriente instantnea, I,como el lmite diferencial de la expresin anterior:

=


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La unidad de corriente en el S.I es el ampere(A), donde1A=1C/s.

La corriente en un conductor se relaciona con el movimiento de losportadores de carga (electrones) a travs de la relacin:

=

Donde:n= es la densidad de portadores de carga.q= es la carga

vd= es la velocidad de deriva.A= es el rea de la seccin transversal del conductor.


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3.2 Fuentes de fuerzaelectromotriz: pilas y bateras.


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Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energa provenientede cualquier fuente, medio o dispositivo que suministrecorriente elctrica. Para ello se necesita la existencia de unadiferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y

el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear oimpulsar las cargas elctricas a travs de un circuito cerrado.


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A. Circuito elctrico abierto (sin carga o resistencia). Portanto, no se establece la circulacin de la corriente elctricadesde la fuente de FEM (la batera en este caso). B. Circuitoelctrico cerrado, con una carga o resistencia acoplada, a

travs de la cual se establece la circulacin de un flujo decorriente elctrica desde el polo negativo hacia el polopositivo de la fuente de FEM o batera.


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Existen diferentes dispositivos capaces de suministrarenerga elctrica, entre los que podemos citar:

Pilas o bateras. Son las fuentes de FEM ms conocidas delgran pblico. Generan energa elctrica por mediosqumicos. Las ms comunes y corrientes son las de carbn-zinc y las alcalinas, que cuando se agotan no admitenrecarga. Las hay tambin de nquel-cadmio (NiCd), de nquel

e hidruro metlico (Ni-MH) y de in de litio (Li-ion),recargables. En los automviles se utilizan bateras deplomo-cido, que emplean como electrodos placas de plomoy como electrolito cido sulfrico mezclado con aguadestilada.


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Mquinas electromagnticas. Generan energa elctricautilizando medios magnticos y mecnicos. Es el caso de lasdinamos y generadores pequeos utilizados en vehculosautomotores, plantas elctricas porttiles y otros usosdiversos, as como los de gran tamao empleados en las

centrales hidrulicas, trmicas y atmicas, que suministranenerga elctrica a industrias y ciudades.


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3.3 Resistencia.


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La densidad de corriente J en un conductor se define como lacorriente por unidad de rea:

=

=

Una densidad de corriente J y un campo elctrico E se establece enun conductor cuando una diferencia de potencial se mantiene atravs del conductor. Si la diferencia de potencial es constante, lacorriente en el conductor ser tambin constante.


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La densidad de corriente en un conductor es proporcional alcampo elctrico de acuerdo con la expresin:

=

La constante de proporcionalidad () se llama la conductividaddelconductor. Por lo tanto, se puede expresar la magnitud de ladensidad de corriente en el alambre como:

= =

Como =

, la diferencia de potencial puede escribirse.

= =


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La cantidad

se llama la Resistencia Rdel conductor:

=

=

Resistencia de un conductor.

El inverso de la conductividad () de un material se le llamaResistividad , esto es:

=

.

Entonces la resistencia de un conductor uniforme puedeexpresarse como:

=

;


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RESISTOR: Es el dispositivo elctrico o electrnico que seaprovecha la propiedad de los materiales de oponerresistencia a la fuerza electromotriz.

Los materiales usados en la fabricacin del resitor son: Alambre

Microhme, cinta de Microhme, polvo de carbn comprimido,tagentetorio.

El resistor de alambre y cinta microhme se utiliza en los restatos,placas elctricas, calentadores y parrillas elctricas.

El resistor de polvo de carbn comprimido se usa en los circuitoselectrnicos.

Los resistores de tungsteno y bario, se encuentran en losfilamentos de los focos y de los bulbos.


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Los resistores utilizados en circuitos electrnicos tiene formacilndrica y se les pinta unas franjas de colores para indicar losvalores de su resistencia.

CDIGO DE FRANJAS

La franja A Indica la 1 cifra del valor de la resistencia.

La franja B Indica la 2 cifra del valor de la resistencia.

La franja C Indica el No. De ceros que siguen a las dos cifrasanteriores.

La franja D Indica tolerancia del valor indicado y solamente puedetener tres valores: oro 5%; plata 10%; sin color 20%.

A B C D


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CDIGO DE COLORES

Negro 0 Verde 5

Caf 1 Azul 6

Rojo 2 Violeta 7

Naranja 3 Gris 8Amarillo 4 Blanco 9


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Valor NominalR= 4500I10%

I10% de tolerancia:4500+10% de 4500= 49504500-10% de 4500= 4050

Esto quiere decir que la resistencia se considera buena dentro de latolerancia de:

4050- 4950

Am

arillo

Verde

Rojo

Pla

ta


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PARA RESITENCIAS MENORES DE 10Si la 3 franja es oro se multiplica por 0.1 y si es plata por 0.01

EJEMPLO


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3.4 Ley de OhmQu pasa si medimosel voltaje y la corriente

que pasa por unaresistencia?

Georg Simon Ohm(1787-1854)

Fsico alemn


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ResistenciaElctrica

Es la oposicin queexiste al flujo de la

corriente en un

circuito, y dependede muchos factores.

El alambre de cobre,aunque se consideraun buen conductor

de corriente

elctrica, presentacierta resistencia.


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George Simon Ohm, descubri que para un conductormetlico dado, de una longitud y corte transversal especficos,la relacin entre voltaje y la corriente era constante. Estarelacin se conoce como resistencia y se expresa en la unidadOhm, denominado as en su honor.

La Ley de ohm se considera a menudo como el fundamento delanlisis de circuitos y se puede expresar mediante la frmula:

=


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En donde:

V= Es la diferencia de potencial entre los dos extremos de unelemento de resistencia (que se mide en volts).

I= Es la corriente elctrica que pasa por dicho elemento deresistencia (que se mide en amperes).

R= Es la resistencia del mismo elemento (que se mide en ohms).


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Existen otras dos formas tiles en que se puede expresar laley de ohms, y son:

=

=

Para producir una corriente, primero debe existir un voltaje enla resistencia.


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Los primeros experimentadores en este campo, reconocieronel hecho de que una corriente elctrica constitua unmovimiento de cargas a lo largo de un conductor.

El sentido del flujo de la corriente no se pudo determinar y,desgraciadamente, se convino en forma arbitraria que fuera desde uncuerpo de carga positiva hacia otro de carga negativa, y este acuerdose estableci tan firmemente, que sigue en vigencia hasta nuestrosdas.

As pues, la direccin convencional o direccin positiva del

flujo de la corriente, es siempre de positivo a negativo, aunquese sabe ahora que la direccin del flujo electrnico, que enrealidad constituye una corriente elctrica, va de negativo apositivo.


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El Volt es la unidad de la presin o el potencial elctrico, y semide con un voltmetro. Los voltmetros poseen una altaresistencia elctrica y siempre se conectan en paralelo con uncircuito o componente, por ejemplo una resistencia.


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El ampere es la unidad de la corriente elctrica y se mide con unampermetro. Los ampermetros tienen una baja resistencia interna yse conectan en serie con el circuito o el componente.


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La energa se tieneque conservar en un

circuito cerrado

Cmo se escribe laconservacin para loscircuitos en serie y enparalelo?

Gustav Robert Kirchhoff

3.5 Ley de Kirchhoff3.6 Divisor de Corriente y de Voltaje.


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UNA MALLA ES CUALQUIER RECORRIDO ELCTRICO CERRADO. EL CIRCUITOREPRESENTADO TIENE DOS MALLAS.

UN NODO ES UN PUNTO DEL CIRCUITO DONDE CONFLUYEN TRES O MSINTENSIDADES. EN EL EJEMPLO EXISTEN DOS NODOS.

UNA RAMA ES UN TRAYECTO DIRECTO QUE PUEDE RECORRER UNA INTENSIDADENTRE DOS NODOS. EN UN CIRCUITO ELCTRICO EXISTEN TANTAS RAMAS COMOINTENSIDADES DE CORRIENTE. TRES SON LAS RAMAS DEL CASO QUE NOS OCUPA.


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Primera ley de Kirchhoff (Ley de Corriente) LCK

En cualquier nodo, la sumade la corriente que entraen ese nodo es igual a lasuma de la corriente que

sale.

De igual forma, La sumaalgebraica de todas lascorrientes que pasan por el

nodo es igual a cero



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i1+ i4= i2+ i3
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:KCL.png


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Segunda ley de Kirchhoff (Ley de Tensiones) LVK

En toda malla la suma detodas las cadas de tensines igual a la tensin totalsuministrada.

De forma equivalente, Entoda malla la sumaalgebraica de las

diferencias de potencialelctrico es igual a 0



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En este caso v4= v1+v2+v3. No se tiene encuenta a v5porque no hace parte de la malla

que estamos analizando
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:KVL.png


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Convenio de signos

direccin derecorrido


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Accin Tarea especifica

Asignacin del sentido delas intensidades, de lasfem y de las cadas detensiones.

Se marcan los nodos, las mallas, las intensidades, las cadas detensin en los receptores y la fem de los generadores.

Se asignan un sentido provisional a las intensidades (una vezresuelto el clculo, se conocer el verdadero sentido de las

mismas).Para la aplicacin de la segunda ley, se establece un sentidoarbitrario de recorrido en cada una de las mallas. La fem seconsideran positivas si dicho sentido va del polo negativo alpositivo, mientras que las cadas de tensin se considerannegativas si el sentido asignado a las intensidades coinciden con

el sentido asignado al recorrido.Aplicacin de las leyes yobtencin de lasecuaciones que hay queresolver.

Se aplica la primera ley a todos los nodos menos a uno (para norepetir ecuaciones).

Se aplica la segunda ley a todas las mallas. El nmero deecuaciones ser: no. De ecuaciones = no. De ramas (no. Denodos1).


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Si se aplican a nuestro ejemplo las definiciones estudiadas, resulta un circuito comoel que aparece en el margen, en el cual se cumple que:

Primera Ley: I1= I2 + I3Segunda Ley (dos ecuaciones):Malla A: Malla B:Sustituyendo por los valores reales de resistencia y fem, se obtienen las intensidadesque circulan por cada rama.

Ejercicio de aplicacin

1. 1 2. 2 = 0 2. 2 3. 3 3. 4 = 0


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3.7 Energa Elctrica y potencia.


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El propsito de una fuente de energa, en un circuito elctrico,es suministrar la energa elctrica necesaria a la carga queemplear dicha energa para efectuar una funcin til o un

trabajo. En electricidad el trabajo se realiza mediante elmovimiento de electrones (corriente elctrica).

La potencia es la velocidad con que se hace un trabajo. En otraspalabras, La Potencia es la razn del trabajo ejecutado o larapidez en la cual se consume o se produce energa.

Una fuerza electromotriz de un volt, que produce una corrientede un ampere (a travs de una resistencia de un ohm),proporciona un watt de potencia. La potencia elctrica (watts)proporcionada a una carga es siempre igual al producto delvoltaje en c.d. de la carga por la corriente de c.d. que pasa porella.

POTENCIA ELCTRICA


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= .

En donde:

P = es la potencia en watts.V = es el voltaje en Volts

I = es la corriente en amperes.


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Si a un motor de c.d. se le suministra potencia elctrica, partede esta se convertir en energa mecnica y la restante seconvertir en calor. Cuando se suministra potencia a unabatera o acumulador (mientras se carga), parte de la potenciase convierte en energa qumica y la restante en calor. No

obstante, cuando se suministra cierta potencia a unaresistencia, toda ella se convierte en calor. Esta conversin deenerga elctrica en energa trmica es, por lo tanto, unproceso muy eficiente y se aprovecha diariamente en aparatostales como tostadores, estufas y calefaccin elctricos.


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Al igual que se tienen tres formas de expresin de laLey de Ohm, tambin existen tres maneras deexpresar La Potencia, que son:

Estas tres frmulas son vlidas para cualquiertipo de dispositivo de c.d., incluyendo motores,generadores y resistencias.


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GRACIAS POR SU

ATENCIN

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