CUESTIONARIO PREVIO

LEY DE OHM1.- Qu es la ley de Ohm?

La Ley de Ohm determina la intensidad de corriente I que circula en un conductor que est sometido a una diferencia de potencial V. El valor de esta intensidad estar definido por un factor denominado resistencia R. Esta obliga a los electrones a transferir parte de la energa elctrica transformndola en energa lumnica y/o calrica.

La unidad de la intensidad de corriente es el Amperio que es equivalente a aplicar una diferencia de potencial de un Voltmetro a un conductor que tiene una resistencia de un Ohm.Esta ley solamente es aplicable para algunos materiales y no en toda la materia.El valor de la resistencia vara en funcin a la resistividad r del material, la longitud L del conductor y del rea transversal A del mismo de acuerdo a la siguiente frmula:

La resistividad r depende del material que se utilice, por ejemplo para el cobre (conductor) sta es de 1,72 x 10-8, en cambio para el mbar (aislante) es de 5 x 1014.Tambin depende de la temperatura en funcin de la siguiente grfica:

La ecuacin de la curva est dada por:

Siendo ro la resistividad a 0C; a, b, c,..., son constantes caractersticas de cada sustancia, y T es la temperatura centgrada. Para temperaturas no demasiado grandes pueden despreciarse los trminos en T 2 y potencias superiores. De esta forma se transforma la curva en una recta.

Dividiendo por ro y operando,

La magnitud a se denomina coeficiente de variacin de la resistividad con la temperatura.

Las sustancias con grandes resistividades son malos conductores y buenos aislantes, las sustancias con pequeas resistividades son buenos conductoras y malos aislantes; pero no existen conductores ideales (r = 0), como tampoco existen aislantes ideales (r = ).

2.- Quin y cuando enuncio la Ley de Ohm?La ms bsica y ms utilizada de todas la leyes de la electricidad, la ley de Ohm, se public en 1827 por el fsico alemn Georg Simon Ohm en su gran trabajo, La Cadena Galvnica, tratada matemticamente. Sin la ley de Ohm no podramos analizar la ms sencilla cadena galvnica, pero cuando se publico el trabajo de Ohm fue calificado por crticos como una maraa de evidentes fantasas, cuyo nico fin consista en detractar la dignidad de la naturaleza. Ohm naci en Erlangen, Bavaria, siendo el mayor de siete nios en una familia de clase media baja. La educacin de Ohm corri a cargo de la Universidad de Erlangen. Posteriormente ocup una serie de plazas de poca relevancia en Colonia, Berln y Nuremberg, para ser nombrado finalmente profesor de fsica en Munich. Ohm formul la ley que le vali su fama ulterior en la primera fase de su vida profesional, en 1827, pero hubo de esperar otros veinte aos para que su hallazgo fuera definitivamente reconocido. La ley de Ohm establece que la corriente que circula a lo largo de un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial observada a su travs, aceptando por adelantado que las condiciones fsicas (como la temperatura) del conductor no experimentan ningn cambio. La constante de proporcionalidad es conocida como la conductancia del conductor, que corresponde recprocamente con la resistencia. Ohm haba llegado a esta conclusin a travs de una analoga con los trabajos de Fourier acerca del flujo de calor que recorre una barra metlica. Uno de sus discpulos en Colonia, Peter Dirichlet (quien, posteriormente, se convirti en uno de los principales matemticos alemanes del siglo XIX) le puso el nombre de ohmio a la unidad de resistencia elctrica en su honor. Se define como la resistencia exhibida por un conductor a travs del cual circula una corriente de un amperio cuando la diferencia de potencial establecida a su travs es de un voltio. (La unidad de conductividad, la inversa de la resistencia, ya era conocida en el tiempo de Ohm como mho, trmino que seria sustituido por el de Siemens.).A pesar de las crticas fuera de lugar sobre su trabajo, durante su vida Ohm recibi la fama que le era debida. La Real Sociedad de Londres lo premio con la medalla Copely en 1841 y la Universidad de Munich le otorgo la ctedra de Profesor de Fsica en 1849. Se le honro tambin despus de su muerte cuando se escogi el ohm como la unidad de resistencia elctrica.

3.- Indique las 3 formas en que se pueda escribir la Ley de Ohm?

La relacin que relaciona la Densidad de corriente con la Conductividad para un Campo elctrico dado, es la fundamental de la conduccin elctrica pero es ms cmodo trabajar con tensiones e intensidades que con densidades y campos elctricos por lo que si consideramos un conductor de longitud y seccin constante por el que circula una corriente de intensidad y sea y los potenciales en sus extremos y si la conductividad es independiente de la densidad de corriente , tendremos un enlace inico en condiciones normales, que:

Al factor se le denomina conductancia del hilo conductor. La inversa de la conductancia es la resistencia. Es decir:

Como la inversa de la conductibilidad (o conductividad) es la resistividad tendremos que:

Por lo que la resistencia ser:

Por lo que ahora podemos poner la intensidad en funcin de , quedando

Si a (la diferencia de potencial), le llamamos tendremos que:

De la misma manera, de la frmula se puede despejar El voltaje en funcin de la corriente y la resistencia, entonces la Ley de Ohm queda:

As si se conoce la corriente y la resistencia se puede obtener la tensin entre los terminales de la resistencia

Al igual que en el caso anterior, si se despeja la resistencia en funcin del voltaje y la corriente, y se obtiene la Ley de Ohm de la forma:

Es interesante ver que la relacin entre la corriente y el voltaje en una resistencia siempre es lineal y la pendiente de esta lnea est directamente relacionada con el valor de la resistencia. As, a mayor resistencia mayor pendiente.

Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se utiliza el siguiente tringulo que tiene mucha similitud con las frmulas analizadas anteriormente.

Tringulo de la ley de Ohm

4.- Qu sucede con la intensidad de corriente que circula por un elemento resistivo cuando:

a) Se duplica el voltaje aplicado al resistor?Dado que la corriente es directamente proporcional al voltaje, si la resistencia permanece constante, la corriente se duplica.Prueba:Si es la corriente inicial e es la corriente final

e

Por lo tanto:

b) El valor del resistor se reduce a la mitad.

Dado que la corriente es inversamente proporcional a la resistencia, si el voltaje aplicado es constante, la corriente se duplica.Prueba:Si es la corriente inicial e es la corriente final

e

Por tanto:

c) Se duplica el valor resistivo y divide el voltaje a la mitad?

Dado que la corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia, la corriente se reduce a la cuarta parte de lo que era inicialmente.Prueba:Si es la corriente inicial e es la corriente final

e

Por tanto:

5.- Defina los trminos VOLTAJE

Cuando una carga positiva se coloca en un campo elctrico, ste ejerce una fuerza de repulsin sobre la carga. Para mover la carga debe realizarse un trabajo, venciendo la fuerza de repulsin del campo. Inversamente, el trabajo puede ser realizado por la carga positiva si sta se mueve en la direccin de la fuerza ejercida por el campo. El voltaje elctrico entre dos puntos de un campo, representa el trabajo (W) requerido para mover una unidad positiva de carga, desde un punto al otro contra la direccin del campo (o fuerza), o tambin, el trabajo realizado por la unidad de carga, que se mueve desde un punto al otro en la direccin del campo. Las cargas positivas siempre se mueven convencionalmente desde un punto de potencial mayor (+) a un punto de potencial menor (-), mientras que la inversa es cierta para cargas negativas (electrones). El voltaje entre dos puntos de un campo elctrico, se dice que es de 1 volt, si debe realizarse 1 joule de trabajo sobre 1 coulomb de carga positiva (+), para moverla desde un punto de bajo potencial a otro de potencial mayor. RESISTENCIA ELECTRICA

Resistencia elctrica es toda oposicin que encuentra la corriente a su paso por un circuito elctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulacin de las cargas elctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito elctrico representa en s una carga, resistencia u obstculo para la circulacin de la corriente elctrica.

A.- Electrones fluyendo por un buen conductor elctrico, que ofrece baja resistencia. B.- Electrones fluyendo por un mal conductor elctrico, que ofrece alta resistencia a su paso. En ese caso los electrones chocan unos contra otros al no poder circular libremente y, como consecuencia, generan calor.Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito elctrico de una forma ms o menos organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso. Mientras menor sea esa resistencia, mayor ser el orden existente en el micromundo de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada, comienzan a chocar unos con otros y a liberar energa en forma de calor. Esa situacin hace que siempre se eleve algo la temperatura del conductor y que, adems, adquiera valores ms altos en el punto donde los electrones encuentren una mayor resistencia a su paso. INTENSIDAD DE CORRIENTESe denomina intensidad de corriente elctrica a la carga elctrica que pasa a travs de una seccin o conductor en la unidad de tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en culombios por segundo, unidad que se denomina amperio.

Si la intensidad es constante en el tiempo se dice que la corriente es corriente continua; en caso contrario, se llama variable. Si no se produce almacenamiento ni disminucin de carga en ningn punto del conductor, la corriente es estacionaria.

Se mide con un galvanmetro que, calibrado en amperios, se llama ampermetro y en el circuito se coloca en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

El valor i de la intensidad instantnea ser:

Si la intensidad permanece constante, en cuyo caso se denota I, utilizando incrementos finitos de tiempo se puede definir como:

Si la intensidad es variable la frmula anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo de tiempo considerado.

Segn la ley de Ohm la intensidad de la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia que oponen los cuerpos:

POTENCIA ELCTRICAPara entender qu es la potencia elctrica es necesario conocer primeramente el concepto de energa, que no es ms que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo elctrico cualquiera para realizar un trabajo.Cuando conectamos un equipo o consumidor elctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batera, la energa elctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energa en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria.

De acuerdo con la definicin de la fsica, la energa ni se crea ni se destruye, se transforma. En el caso de la energa elctrica esa transformacin se manifiesta en la obtencin de luz, calor, fro, movimiento (en un motor), o en otro trabajo til que realice cualquier dispositivo conectado a un circuito elctrico cerrado.La energa utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en joule y se representa con la letra J.

Potencia elctricaPotencia es la velocidad a la que se consume la energa. Si la energa fuese un lquido, la potencia sera los litros por segundo que vierte el depsito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letraP.Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energa elctrica.La unidad de medida de la potencia elctrica P es el watt, y se representa con la letra W. AMPERMETRO

La corriente es una de las cantidades ms importantes que uno quisiera medir en un circuito elctrico. Se conoce como ampermetro al dispositivo que mide corriente. La corriente que se va a medir debe pasar directamente por el ampermetro, debido a que ste debe conectarse a la corriente. Los alambres deben cortarse para realizar las conexiones en el ampermetro.

Cuando use este instrumento para medir corrientes continuas, asegrese de conectarlo de modo que la corriente entre en la terminal positiva del instrumento y salga en la terminal negativa. Idealmente, un ampermetro debe tener resistencia cero de manera que no altere la corriente que se va a medir. Esta condicin requiere que la resistencia del ampermetro sea pequea comparada con R. Puesto que cualquier ampermetro tiene siempre alguna resistencia, su presencia en el circuito reduce ligeramente la corriente respecto de su valor cuando el ampermetro no est presente.

Ampermetro de bobina mvil. La bobina mvil, teniendo en cuenta su delicada construccin, no puede conducir ms que una pequea fraccin de ampero. Para valores mayores, la mayor parte de la corriente se hace por una derivacin, o shunt, de baja resistencia en paralelo con el instrumento. La escala, sin embargo, se calibra generalmente para leer en ella la corriente total 1, aun cuando la corriente I, que pasa por la bobina sea slo de unos cuantos miliamperios.

VOLTIMETRO

El voltmetro es un aparato que mide la diferencia de potencial entre dos puntos, puede medirse uniendo simplemente las terminales del voltmetro entre estos puntos sin romper el circuito. La diferencia de potencial en el resistor R2 se mide conectando el voltmetro en paralelo con R1. Tambin en este caso, es necesario observar la polaridad del instrumento. La terminal positiva del voltmetro debe conectarse en el extremo del resistor al potencial ms alto, y la terminal negativa al extremo del potencial ms bajo del resistor. Un voltmetro ideal tiene resistencia infinita de manera que no circula corriente a travs de l. Esta condicin requiere que el voltmetro tenga una resistencia que es muy grande en relacin con R2. En la prctica, si no se cumple esta condicin, debe hacerse una correccin respecto de la resistencia conocida del voltmetro.

Voltmetro de bobina mvil. La mayora de los voltmetros no miden la d.d.p. con tal, sino que toman una pequea corriente de operacin proporcional a aqulla; pueden considerarse por tanto como miliampermetros de alta resistencia, calibrados en voltios.

En un instrumento de bobina mvil, no es posible hacer la resistencia de la bobina suficientemente grande, por lo que se conecta en serie con la bobina un resistor R de eureka o de otra aleacin de alta resistencia, con un despreciable coeficiente de temperatura; a esta resistencia se le llama a veces un resistor de multiplicacin o multiplicador, porque permite leer en el instrumento un alto voltaje V, con slo un bajo voltaje V, aplicado a travs de la bobina. Por lo general, el multiplicador se monta dentro de la caja del instrumento, pero puede estar afuera si la gama de medidas es muy grande.

El voltmetro debe tomar solamente una corriente pequea que no perturbe apreciablemente el circuito donde se conecta.

VATIMETROEs un instrumento que realiza solo las funciones combinadas del ampermetro y voltmetro y seala directamente la potencia.

Se compone de una bobina con una aguja indicadora, unida a ella, que gira alrededor de un eje, de tal modo que puede oscilar en el campo magntico de la segunda bobina, y esta sometida a un resorte cuyo momento recuperador es proporcional al ngulo girado. El par que tiende a hacer girar la bobina es proporcional al mismo tiempo, a la intensidad de corriente que la recorre y al campo magntico proporcional a la intensidad de corriente en la bobina fija.

Por consiguiente si la bobina fija se conecta como el ampermetro, la intensidad que pasa por ella es proporcional a la intensidad total y su campo magntico es proporcional a esta intensidad. Si la bobina mvil se conecta como el voltmetro, la intensidad de la corriente que la recorre es proporcional a la diferencia de potencial entre los bornes de x.

El vatmetro esta provisto de cuatro bornes, dos correspondientes al ampermetro y dos al voltmetro.Conexin del Vatimetro

Los terminales K* y 0* corresponden con los comunes del bobinado voltimtrico y amperimtrico del vatmetro, respectivamente. Por ello tendrn que estar conectados entre si para tener la misma referencia.

El terminal L es el otro extremo de la bobina ampermetrica y el terminal de tensin (125 220 V) ser el otro extremo de la bobina voltimtrica.

La conexin que se ha de realizar para un correcto uso del vatmetro ser la siguiente:

El siguiente esquema muestra el conexionado interno del vatmetro y su introduccin en la medida en un circuito:

Existen dos terminales de tensin:

125 V: el vatmetro nos dar la medida real de la potencia (coeficiente = 1).

220 V: el vatmetro nos dar la mitad de la medida real (coeficiente = 0.5).

De esta manera ampliamos la escala de medida, permitiendo obtener un rango mayor de potencia.

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