UNIDAD II: CORRIENTE ELÉCTRICA Y MAGNITUDES ELÉCTRICAS · 2020. 4. 24. · Si el voltaje se...
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COMPETENCIA Comprende los conceptos de corriente eléctrica, resistencia y tensión así como las leyes físicas que los relacionan e identifica los elementos que componen un circuito eléctrico, aplicando estos conceptos en la solución de problemas cotidianos EJES TEMÁTICOS ● Concepto de corriente eléctrica, tensión y resistencia. ● Elementos de un circuito eléctrico. ● Tipos de corriente ● Tipos de circuitos ● Ley de Ohm INSTITUCIÓN EDUCATIVA MARCELIANO POLO DOCENTE: EDINSON MADRID | GUÍA DE CONCEPTOS - FÍSICA 2 (GRADO 11) A. CORRIENTE ELECTRICA Y TENSIÓN (V) Si conectamos dos elementos entre sí (por medio de un material conductor) y uno de ellos tiene mayor carga eléctrica negativa que el otro, decimos que tiene mayor tensión o potencial eléctrico. Una vez conectados, los electrones en exceso de uno serán atraídos a través del hilo conductor (que permite el paso de electrones) hacia el elemento de menor potencial, hasta que las cargas eléctricas de los dos cuerpos se equilibren. Se trata de un fenómeno similar al que tiene lugar cuando colocamos dos recipientes con distinto nivel de agua y los conectamos entre sí mediante un tubo: el líquido pasa de un recipiente a otro a través del tubo hasta que los niveles se igualan como se muestra en la Figura 1 La corriente eléctrica se puede definir como el flujo de electrones a través de un material conductor desde un cuerpo con carga negativa (exceso de electrones) a un cuerpo con carga positiva (deficiente en electrones). Por tanto, para la corriente eléctrica se produzca es necesario que entre los extremos del conductor exista una diferencia de potencial eléctrico; es decir, que en entre ambos extremos exista un desnivel eléctrico o tensión (v). Esto lo podemos conseguir conectando cargas de distinto signo en los extremos del conductor (por ejemplo colocando una pila). Piensa: ¿por qué los enchufes tienen dos agujeros? En cierto sentido, el funcionamiento de la electricidad se parece a la circulación de agua por tuberías. Figura 1: Analogía hidráulica sobre el potencial eléctrico Figura 4: Medida de tensión o voltaje de una batería con un Voltímetro conectado en paralelo Figura 3: Multímetro digital usado para medir tensión, intensidad, resistencia, conductividad y temperatura UNIDAD II: CORRIENTE ELÉCTRICA Y MAGNITUDES ELÉCTRICAS
Transcript of UNIDAD II: CORRIENTE ELÉCTRICA Y MAGNITUDES ELÉCTRICAS · 2020. 4. 24. · Si el voltaje se...
COMPETENCIA
Comprende los conceptos
de corriente eléctrica,
resistencia y tensión así como
las leyes físicas que los
relacionan e identifica los
elementos que componen un
circuito eléctrico, aplicando
estos conceptos en la solución
de problemas cotidianos
EJES TEMÁTICOS
● Concepto de corriente
eléctrica, tensión y
resistencia.
● Elementos de un circuito
eléctrico.
● Tipos de corriente
● Tipos de circuitos
● Ley de Ohm
INSTITUCIÓN EDUCATIVA MARCELIANO POLO DOCENTE: EDINSON MADRID | GUÍA DE CONCEPTOS - FÍSICA 2 (GRADO 11)
A. CORRIENTE ELECTRICA Y TENSIÓN (V)
Si conectamos dos elementos entre
sí (por medio de un material conductor) y uno
de ellos tiene mayor carga eléctrica negativa
que el otro, decimos que tiene mayor tensión
o potencial eléctrico. Una vez conectados,
los electrones en exceso de uno serán
atraídos a través del hilo conductor (que
permite el paso de electrones) hacia el
elemento de menor potencial, hasta que las
cargas eléctricas de los dos cuerpos se
equilibren. Se trata de un fenómeno similar
al que tiene lugar cuando colocamos dos
recipientes con distinto nivel de agua y los
conectamos entre sí mediante un tubo: el
líquido pasa de un recipiente a otro a través
del tubo hasta que los niveles se igualan
como se muestra en la Figura 1
La corriente eléctrica se puede definir como el flujo de electrones a través de
un material conductor desde un cuerpo con carga negativa (exceso de electrones)
a un cuerpo con carga positiva (deficiente en electrones).
Por tanto, para la corriente eléctrica se produzca es necesario que entre los
extremos del conductor exista una diferencia de potencial eléctrico; es decir,
que en entre ambos extremos exista un desnivel eléctrico o tensión (v).
Esto lo podemos conseguir conectando cargas de distinto signo en los
extremos del conductor (por ejemplo colocando una pila). Piensa: ¿por qué los
enchufes tienen dos agujeros? En cierto sentido, el funcionamiento de la
electricidad se parece a la circulación de agua por tuberías.
Figura 1: Analogía hidráulica sobre
el potencial eléctrico
Figura 4: Medida de tensión o
voltaje de una batería con un
Voltímetro conectado en paralelo
Figura 3: Multímetro digital usado
para medir tensión, intensidad,
resistencia, conductividad y
temperatura
UNIDAD II: CORRIENTE ELÉCTRICA Y MAGNITUDES
ELÉCTRICAS
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En el ejemplo del agua sería como colocar una punta de la tubería en un punto
alto (polo negativo) y la otra punta en un punto bajo (polo positivo) entonces el
agua bajará hacia el extremo inferior de la tubería.
Cuanto mayor sea la tensión eléctrica, con más fuerza recorrerán los
electrones el conductor (al igual que cuanto mayor sea el desnivel en una tubería
por la que circula el agua, mayor será su velocidad y fuerza). Por tanto, si no hay
tensión entre dos puntos no habrá corriente eléctrica.
B. INTENSIDAD DE CORRIENTE (I)
En el ejemplo del agua, la cantidad de agua que pasa por una tubería en un
segundo se llama caudal. Por ejemplo, podemos decir que una tubería tiene un
caudal de un litro (1L) por segundo. Eso quiere decir que cada segundo pasa 1L de
agua por la tubería.
Cuanto mayor sea el número de electrones que pase por el cable cada segundo,
mayor será la intensidad.
Mientras mayor sea la tensión en los extremos de la pila, mayor será la intensidad
de corriente que circule por el circuito, es decir, más cantidad de electrones por
segundo estarán atravesando el hilo conductor.
TIPOS DE CORRIENTE
Hay corrientes eléctricas de dos tipos: la corriente continua y la corriente
alterna.
En la corriente continua los electrones se mueven siempre en la misma dirección.
Este es el tipo de corriente eléctrica que se obtiene de una pila o batería, como
las que se usan en una linterna o en un auto, respectivamente. Se simboliza con
las letras DC (direct current, en inglés), CD (corriente directa) o CC (corriente
continua).
En la corriente alterna, como su nombre lo indica, los electrones van primero para
un lado y luego en dirección contraria, y así siempre. Este es el tipo de corriente
eléctrica que obtenemos en la red eléctrica de nuestras casas y con la que
hacemos funcionar el refrigerador, el televisor, etc. Se simboliza con las letras
AC (alternate current, en inglés) o CA (corriente alterna).
Figura 5: La cantidad de cargas
que pasa por la sección transversal
S en la unidad de tiempo será la
intensidad de corriente en el
conductor. Por ejemplo, si pasa un
coulombio de carga (6,24x1018
electrones) en 1 segundo, la
intensidad será de 1 Amperio de
corriente.
Figura 6: Medida de intensidad de
corriente (I) con un Amperímetro
conectado en serie con el circuito
Figura 7: Gráficas de la corriente
directa y corriente alterna
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C. RESISTIVIDAD( 𝜌) Y RESISTENCIA (R)
En cualquier conductor las cargas encuentran una oposición o resistencia a su
movimiento (al igual que el agua en una tubería puede encontrarse con obstáculos
que dificulten el flujo de agua).
Esta resistencia (R) depende del material con qué está hecho (de la resistividad),
de la longitud del cable, y de su sección, según la fórmula:
D. LEY DE OHM
La ley de Ohm (en honor al científico Georg Ohm, su descubridor) nos dice
que el voltaje en los extremos de un material conductor es directamente
proporcional a la corriente que circula a través del material
En su expresión matemática, la ley de Ohm se escribe:
Donde la constante de proporcionalidad es la llamada resistencia. La unidad de la
resistencia es el Ohm, el cual se simboliza con la letra griega omega [Ω].
Gráficamente, la relación entre el voltaje y la corriente en un material conductor
(ley de Ohm) se expresa a través de una línea recta, tal como se observa en la
Figura 9.
Figura 10
Figura 8: Medida de resistencia con
un multímetro en modo Óhmetro.
Note que se conecta también en
paralelo con el dispositivo
Figura 9: Gráfica de la ley de Ohm,
La inclinación de la recta dibujada en
el gráfico (ángulo con la horizontal)
determina el valor de la resistencia:
mientras más inclinada sea la recta
(mayor ángulo con la horizontal),
mayor será el valor de la resistencia.
¿Puedes comprender mejor
la relación entre
RESISTENCIA,
CORRIENTE y TENSIÓN a
partir de ésta caricatura?
¿LO SABÍAS?
Para calcular uno de los tres
parámetros de la fórmula, podemos
usar un truco sencillo con la siguiente representación didáctica
Utilizando el dedo, tapamos el
parámetro que queremos determinar.
¿No sabes cómo?
Si queremos calcular la intensidad
taparemos en la formula la I
quedando V/R. De esta forma
tenemos la ecuación I=V/R.
De igual forma, si queremos calcular
el voltaje, taparemos V quedando I*R. Dando como resultado la
ecuación V=I*R.
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E. POTENCIA ELÉCTRICA
A menos que lo haga a través de un superconductor, una carga que se desplaza en
un circuito gasta energía. Esto puede dar por resultado el calentamiento del
circuito o el movimiento de un motor, por ejemplo. La potencia da cuenta de la
energía que se consume por unidad de tiempo (energía/tiempo). Dicho de otra
forma, la potencia eléctrica es la razón de conversión de la energía eléctrica en
otras formas de energía. Por ejemplo: una plancha convierte en energía eléctrica
a energía calorífica, un motor convierte la energía eléctrica a energía mecánica
rotacional, una lámpara convierte en energía eléctrica a energía luminosa.
La potencia eléctrica es igual al producto de la corriente por el voltaje.
Si el voltaje se expresa en volts y la corriente en amperes, entonces la potencia
queda expresada en watts.
F. RESUMEN DE FORMULAS
G. EJERCICIOS RESUELTOS
Solución:
Datos:
N = 20 ∙ 1015 electrones (N = # de electrones)
t = 0,32 seg
e = 1,6 ∙ 10-19 [C] (carga del electrón)
Par resolver este problema necesitamos saber cuánta carga en Coulomb (C) hay
en 20 ∙ 1015 electrones. Recordemos que toda la carga está cuantiada, es
decir, que se puede expresar como un múltiplo entero de la carga básica de un
electrón. Toda esa parla se escribe así
Figura 11. Potencia e intensidad
luminosa
Potencia = “Cantidad de……”
En una lámpara… cantidad de luz
que emite.
Una Lámpara de 100watt tiene más
potencia que una de 60watt, por lo
que dará más cantidad de luz la de
100watt
Ejemplo 1. Un niño volando un
barrilete roza los cables del
tendido eléctrico durante
0,32 [s]. Si en esta situación
circulan 20 ∙ 1015 electrones
hacia la mano del niño, ¿qué
corriente circuló por el hilo
curado del barrilete? (Carga
del electrón: 1,6 ∙ 10-19 [C])
Figura 12: Formulas para la potencia, tensión,
resistencia e intensidad de corriente
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Q = N . e (Siendo N un numero entero)
Reemplazando datos resulta:
Q = (20 X 1015)(1,6 X 10-19)
Q = 32 X 10-4 = 0,0032 C
Luego, ya que encontramos el valor de la carga que circulo por el cable,
pasamos a encontrar el valor de la corriente, así:
𝐼 =𝑄
𝑡=
0,0032
0,32=
0,32
0,32 × 100=
1
100= 0,01 𝐴 = 10𝑚𝐴
Por lo tanto, la corriente que circuló por el hilo del barrilete fue de 10
miliamperios.
Ésta fórmula la encuentras en el diagrama circular del resumen
de fórmulas (Figura 12)
Ejemplo 2. ¿Qué cantidad de
cargas pasa por un conductor
en el tiempo de una hora, si
por él circula una corriente de
6 Amperios?
Ejemplo 3. Una lámpara trae
marcado los siguientes datos:
100 Watts y 220 voltios,
¿cuál es la resistencia del
filamento?
¡Recuerda que para
despejar una formula
como esta, todo lo
que divide pasa a
multiplicar!
¡Nuevamente,
todo lo que
divide pasa a
multiplicar y
viceversa!
Ejemplo 4. La corriente en un
circuito sencillo es de 10 A.
Cuando se instala una
resistencia de 6 Ω, la
corriente se reduce a 4 A.
¿Cuál era la resistencia del
circuito original?
¡Recuerda que
aquí se está
aplicando la
ley de Ohm!
¡Cuando hay
potencias de 10 se
suman (restan) los
exponentes!
