Corriente elctrica.(Elektrick proud)Circuitos elctricos (Elektricky Obvody)

Corriente Elctrica IDesde el punto de vista elctrico existen dos tipos de materiales: (los estudiamos en ms detalles en el prximo tema)Conductores (vodiv ltky, vodie): Las cargas elctricas (normalmente electrones) pueden moverse con libertad por ellos. Decimos que conducen la electricidad. Ej los metales, disoluciones inicas, grafito, etc.

Aislantes o dielctricos (Izolanty, dielektrika, nevodie): Las cargas no se pueden mover a travs de ellos y se quedan fijas en su posicin. Ej. Madera, gomas y plsticos, cermicas, vidrios, etc.

Existe un tercer tipo, los Semiconductores (Polovodie): en ciertas condiciones conducen la electricidad y en otras no. No los estudiamos pero son la base de las tecnologas electrnicas actuales, estn en todos los aparatos electrnicos que conoces (ordenadores, mp3s, televisores, telfonos mviles)

Corriente elctrica IICorriente elctrica (Elektrick proud): Se denomina corriente elctrica al desplaza-miento de cargas elctricas en el interior de un material conductor.

Para que se produzca corriente elctrica a lo largo de un conductor, entre sus extremos tiene que haber una diferencia de potencial (para que as haya campo elctrico)

VAVBVA> VB

Corriente elctrica IIIEn circuitos elctricos se utiliza un generador (genertor) para generar dicha diferencia de potencial necesaria para que halla corriente. El ms comn es la batera (o pila).

En general, las cargas que se desplazan pueden ser positivas o negativas, pero en el caso de los conductores metlicos (que son los ms habituales y los que ms se utilizan en la tecnologa) las cargas que se mueven son electrones.

Las cargas positivas viajan en el conductor desde el terminal positivo del generador hacia el negativo. Las cargas negativas viajan en sentido contrario.Animacin1 Animacin2

Corriente elctrica IV: Intensidad de CorrienteIntensidad de corriente (Elektrick proud): Se define intensidad de corriente elctrica en un conductor como la cantidad de carga por unidad de tiempo que atraviesa la seccin del conductor.

Convenio sobre el sentido de la intensidad :Independientemente de que las cargas que se estn moviendo sean positivas o negativas se asigna como sentido de la corriente elctrica el que seguira una corriente de cargas positivas , es decir, desde potenciales altos a potenciales bajos, desde el terminal positivo de un generador haca el terminal negativo. La unidad de intensidad elctrica en el SI es el Amperio (1A=1C/1s).VAVBVA> VB(+)(-)I

Corriente elctrica VEjemplo 1: Calcula la intensidad de una corriente elctrica que transporta 1200C en 5 min. (Sol. 4A).Ejemplo 2: Cuantos culombios transporta una corriente elctrica de 3A en 20min? (Sol. 3600C).

Ejemplo3: Por un conductor circula una corriente de 3mA. Calcula cuntos electrones pasan en 10s por una seccin del conductor? NOTA: 1electrn=1.610-19C (Sol: 1,871017 electrones)

Corriente elctrica VI: Ley de OhmConductores hmicos: En muchos materiales la intensidad de la corriente elctrica es proporcional a la diferencia de potencial elctrico (tensin) entre sus extremos. Es la Ley de Ohm (Ohmv zkon) :

la cada de potencial a lo largo de un conductor es directamente proporcional la intensidad que circula lLa constante de proporcionalidad (R) es una propiedad del cable o dispositivo y se llama RESISTENCIA (Elektrick odpor nebo rezistence).Se mide en Ohmios ()Animacin1 Animacin2 Animacin3G.S. Ohm.Erlangen (Alemania)1789-1854

Corriente elctrica VII: Ley de Ohm

Corriente elctrica y ley de Ohm, Analoga hidrulica:

Circuito HidrulicoCircuito ElctricoAgua (su masa m)Carga elctrica (q)Potencial gravitatorio (depende de la altura Vg=gh)Potencial elctrico (V)Energa potencial gravitatora (Ep=mgh)Energa potencial electrosttica (Ep=qV)

Corriente elctrica VIIEjemplos Ley de Ohm: Ejemplo 4: Se tiene una resistencia (rezistor) de 3. Si circula por ella una corriente de 2A. Cual es la tensin entre sus extremos?(Sol: 6V)

Ejemplo 5: Qu corriente elctrica circula por una resistencia de 150 si la conectas a una bateria de 4,5V?(Sol: I=0,03A=30mA)

Ejemplo 6: Qu resistencia tienes que conectar a una batera de 4,5V si quieres que por ella circule una intensidad de 100mA?(Sol: R=45)

Corriente elctrica VIII: ResistenciaLa resistencia de un conductor depende de: La geometra (sus dimensiones): rea (A) y longitud (l)De su estructura interna:Resistividad (mrn el. odpor, rezistivita). () es una propiedad caracterstica del material

MaterialResistividad (m)Cobre1,70x10-8Aluminio2,82x10-8Plata1,59x10-8Carbn3,5x105Silicio640Vidrio1012Caucho (goma)75x1016

Corriente elctrica VIII: ResistenciaEjemplo Resistividad: Ejemplo 7: Si un alambre de cobre a 20 C posee una longitud de 30 metros y un dimetro de 2 mm, a) qu resistencia elctrica posee entre sus extremos?b) Cuantos metros necesitaramos para tener una resistencia de 100?Solucin: DatosL = 30 m, = 1,7 108 m r =d/2= 0,001 m.

a) Como A = r2, entonces A = 3,14 106 m2. Reemplazando en la frmula de R tenemos que:

b) Si tenemos R=100:

Corriente elctrica VIII: ResistenciaNo todos los materiales conductores son hmicos, hay materiales que no cumplen la ley de Ohm. En estos materiales la relacin de proporcionalidad V/I no es constante depende del valor de la corriente I ConductorhmicoConductorNo-Ohmico

Corriente elctrica VIII: ResistenciaLa resistencia de un material tambin depende de la temperatura. En general aumenta con la temperatura.Existen materiales que a muy bajas temperaturas tienen una resistencia cero!!! Superconductores (es posible que haya corriente elctrica sin batera!!!!)

Circuitos elctricos I: Dispositivos elctricos

Un circuito elctrico -Elektrick obvod - es conjunto de dispositivos elctricos -Elektrick zazen- (resistencias, bombillas, motores elctricos, etc) y un generador (batera, etc) conectados entre si por medio de cables. (El generador es el responsable de hacer que la carga elctrica circule por el circuito)

Circuitos elctricos II: Circuitos y dispositivosAnimacin1 Animacin2

El circuito elctrico elemental.Un circuito elctrico es un con-junto de elementos que unidos de forma adecuada permiten el paso de electrones.

Est compuesto por:GENERADOR o ACUMULADOR.HILO CONDUCTOR (Cables).RECEPTOR o CONSUMIDOR (bombillas, resistencias, motores).ELEMENTOS DE CONTROL (interruptores, etc).

El sentido real de la corriente va del polo negativo al positivo. Sin embargo, en los primeros estudios se consider al revs, por ello cuando resolvamos problemas siempre consideraremos que el sentido de la corriente elctrica ir del polo positivo al negativo

Circuitos elctricos II: Circuitos y dispositivosAnimacin1 Animacin2

Generador o acumulador. Son aquellos elementos capaces de mantener una diferencia de potencial entre los extremos de un conductor. Generadores primarios: tienen un slo uso: pilas.Generadores secundarios: pueden ser recargados: bateras o acumuladores.

Hilo Conductor (cable)Formado por un MATERIAL CONDUCTOR, que es aquel que opone poca resistencia la paso de la corriente elctrica.

Circuitos elctricos II: Circuitos y dispositivosAnimacin1 Animacin2

Receptores

Son aquellos elementos capaces de aprovechar el paso de la corriente elctrica: motores, resistencias, bombillas

Elementos de maniobra.Son dispositivos que nos permiten abrir o cerrar el circuito cuando lo necesitamos.Pulsador: Permite abrir o cerrar el circuito slo mientras lo mantenemos pulsadoInterruptor: Permite abrir o cerrar un circuito y que este permanezca en la misma posicin hasta que volvamos a actuar sobre l.Conmutador: Permite abrir o cerrar un circuito desde distintos puntos del circuito. Un tipo especial es el conmutador de cruce que permite invertir la polaridad del circuito, se usa para invertir el giro de motores

Circuitos elctricos II: ConexionesConexin en paralelo:La tensin (diferencia de potencial) en cada dispositivo es la misma.La intensidad que llega al nudo de conexin se divide en dos partes (una para cada dispositivo).La intensidad que atraviesa cada dispositivo puede ser diferente (depende de sus resistencias) Conexin en serie:La intensidad que atraviesa cada dispositivo es la misma.La tensin (diferencia de potencial) en cada dispositivo puede ser diferente (depende de sus resistencias) I1=I2V0=V1+V2V0V1=V2I0=I1+I2Simulador de circuitosConexiones en serie y conexiones en paralelo:

Circuitos elctricos III: Leyes de Kirchoff

Leyes de Kirchoff:Regla de los nudos: La suma de las intensidades entrantes en un nudo es igual a la suma de las intensidades que salen de l

Regla de las tensiones: La suma de las tensiones generadas por todos los generadores a lo largo de un bucle, es igual a la suma de las cadas de tensin en las resistencias a lo largo de ese bucle

Simulador de circuitos

Circuitos elctricos IV: Analoga hidrulica en circuitosSimulador de circuitos

Circuito HidrulicoCircuito ElctricoAgua (su masa m)Carga elctrica (q)Potencial gravitatorio (depende de la altura Vg=gh)Cadas de alturaPotencial elctrico (V)

Cadas de potencialEnerga potencial gravitatora (Ep=mgh)Energa potencial electrosttica (Ep=qV)

Circuitos elctricos V: Problemas de circuitos simples.

Ejemplo 1: Averigua la intensidad que circula por el circuito, suponiendo que la tensin suministrada por la batera es 4,5V y la resistencia de la bombilla es 9Ejemplo 2: Averigua la intensidad que circula por el circuito y las cadas de tensin en cada bombilla, suponiendo que la tensin suministrada por la batera es 4,5V y la resistencias de las bombillas son 9 y 4,5 .Pregunta: si se funde una de las bombillas, dar luz la otra?

Circuitos elctricos V: Problemas de circuitos simples.

Ejemplo 3: Averigua la intensidad que circula por el circuito y las cadas de tensin en cada bombilla, suponiendo que la tensin suministrada por la batera es 4,5V y la resistencias de las bombillas son 9 y 4,5 .Ejemplo 4: Averigua la intensidad que circula por el circuito y las cadas de tensin en cada resistencia, suponiendo que la tensin suministrada por la batera es 4,5V y la resistencias de las bombillas son R1=9, R2=18 y R3=4,5 .

Circuitos elctricos VI: Asociacin de resistenciasAsociacin de resistencias:Conexin serie: El efecto sobre el circuito es el mismo que el de una resistencia equivalente de valor:Asociacin de resistencias:Conexin paralelo: El efecto sobre el circuito es el mismo que el de una resistencia equivalente de valor:Req==ReqSimulador de circuitos

Circuitos elctricos VI: Asociacin de resistencias, ejemplos

Ejemplo 5: Calcular la resistencia equivalente a tres de valores 100, 200 y 300 conectadas en serie:

Solucin:RT = R1 + R2 + R3 = (100 + 200 +300) = 600 Es decir, las tres resistencias pueden sustituirse las tres por una nica resistencia de 600 que produce idnticos efectos.

Ejemplo 6: Calcular la resistencia equivalente a tres resistencias de 100, 200 y 300 conectadas en paralelo valdra:Solucin:

Que es inferior a la menor de las resistencias conectadas.R1R2R3R1R2R3Simulador de circuitos

Circuitos elctricos VI: Asociacin de resistencias, ejemplosEjemplo 7: Calcula la resistencia equivalente del circuito, la intensidad que circula por l y la que circula por las resistencias R1 , R2 , R3 y R5. Calcula tambin las cadas de tensin en estas resistencias:

Simulador de circuitos

Circuitos elctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplosEjemplo 8: Resuelve el circuito, calcula la intensidad que circula por cada rama y la cada de tensin en cada resistencia (R1 , R2 y R3)Simulador de circuitos1 Ley de Kirchoff (ley de los nudos o de las I):2 Ley de Kirchoff (ley de las mallas o de las tensiones):Para el pto B:Para la malla 1:Para la malla 2:(con signo!!)(con signo!!, + entra; - sale)(I)(II)(III)+++BA

Circuitos elctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplosEjemplo 8: Resuelve el circuito, calcula la intensidad que circula por cada rama y la cada de tensin en cada resistencia (R1 , R2 y R3)Simulador de circuitos(I)(II)(III)Solucin:El signo de solucin nos dice que las intensidades de la rama 2 y 3 (I2 e I3) en realidad circulan en el sentido contrario al que hemos supuesto (el del dibujo)BA

Circuitos elctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplosEjemplo 8: Resuelve el circuito, calcula la intensidad que circula por cada rama y la cada de tensin en cada resistencia (R1 , R2 y R3)Simulador de circuitosSolucin:Solucin: El signo de solucin nos dice que las intensidades de la rama 2 y 3 (I2 e I3) en realidad circulan en el sentido contrario al que hemos supuesto (el del dibujo)Una vez conocidas las intensidades podemos calcular el resto de datos que necesitemos:BA

Circuitos elctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplosEjemplo 9: Cual tiene que ser el valor de la resistencia varaiable (R) para que la intensidad suministrada por cada fuente (batera) sea la misma? Solucin: Aunque no lo parezca el circuito es exactamente igual que el del problema anterior (8), por lo que el sistema de ecuaciones ser el mismo. Aunque tenemos que tener en cuenta que I1=I2:(I)(II)(III)(II)(I)(III)

Circuitos elctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplosEjemplo 10: Calcula el valor de la resistencia R3 para que la intensidad que atraviesa la resistencia R2 sea nulaSolucin:

Circuitos elctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplosEjemplo 11: Resuelve el siguiente circuito. Calcula los valores de la intensidad que circula por cada rama del circuito y la cada de tensin entre los puntos B y A.Solucin:BA

Circuitos elctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplosEjemplo 12: Resuelve el siguiente circuito. Calcula los valores de la intensidad que circula por cada rama del circuito y la cada de tensin en cada resistencia.Solucin:VS 1=10VVS 2=10VR1=10R2=3R3= 30BAVS 2=3V

Circuitos elctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplosEl problema de este mtodo y estos circuitos es que el nmero de incgnitas crece muy rpidamente con el nmero de mallas.Ejemplo 13: Resuelve el circuito, calcula la intensidad que circula por cada rama y la cada de tensin en cada resistencia1 Ley de Kirchoff (ley de los nudos o de las I):2 Ley de Kirchoff (ley de las mallas):Para el pto A:Para la malla 1:(I)Para el pto B:(II)Para el pto B:(III)(IV)Para la malla 2:(V)Para la malla 3:(VI)Resolucin: de (V) I2=-1A, con (I), (IV) y (VI) tenemos un sistema de 3 ecs con 3 incgnitas:

Energa y potencia en circuitos elctricos I:Energa y potencia en circuitos elctricos:En los circuitos elctricos se producen una serie de transformaciones energticas, de la energa de las cargas elctricas que circulan (energa elctrica) en otros tipos de energa:Energa luminosa (lmparas)

Energa calorfica (resistencias)

Energa mecnica (motores)

Por supuesto en los circuitos se cumple el principio de conservacin de la energa.

Energa y potencia en circuitos elctricos:El generador comunica energa a los electrones elevando su energa potencial elctrica. Posteriormente al circular stos por el circuito, ceden su energa que se transforma en algn otro tipo de energa en algn dispositivo del circuito, por ejemplo en energa trmica de la resistencia (aumentando la temperatura de sta) o en energa mecnica en un motor elctrico.

A su vez el generador deber obtener la energa que le da a las cargas elctricas de algn otro sitio transformando algn otro tipo de energa en energa elctrica (En el caso de las bateras es energa qumica).Energa y potencia en circuitos elctricos I:

Energa y potencia en circuitos elctricos I:Energa y potencia en circuitos elctricos:La potencia (energa por unidad de tiempo) cedida por el generador al circuito viene dada por:

Energa y potencia en circuitos elctricos:Efecto Joule: Al pasar corriente por una resistencia parte de la energa de los electrones es cedida a la resistencia transformndose en energa trmica que eleva la temperatura de esta. A este fenmeno se le denomina Efecto Joule. La Potencia disipada en la resistencia viene dada por:Energa y potencia en circuitos elctricos I:

Corriente elctrica. Instalaciones elctricas

Circuitos elctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplos14. Un radiador elctrico tiene las siguientes indicaciones: 220V, 800W. Calcular:La energa que ceder al ambiente en 1 minuto (cuando se conecta a 220V); La energa elctrica, en kw h, transformada en 4 h de funcionamiento. (Sol.: 48000 J, 3,2 kwh)

15. a) Calcular el valor de la resistencia del filamento de una bombilla de 40 W a 220 V. b) Cual ser la potencia disipada en la bombilla si se conecta a 125V?Sol.: a) P= V2/R; R = V2/P = 2202/40 = 1210 ; b) P= V2/R = 1252/1210 = 1291 W .(V se ha reducido aproximadamente a la mitad, luego P, se ha reducido a poco ms de la cuarta parte (la potencia va con V2)

16. Una lmpara de 100 W para ser utilizada a 220 V se ha enchufado por error a 110 V. Corre riesgo de fundirse? Cul es su potencia en ese caso? Sol: a) No b) P= 25 W)Simulador de circuitos

Circuitos elctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplos17. Conectamos en serie, a 220 V, dos bombillas iguales con la siguiente inscripcin 60 W, 220 V. Calcular la potencia que disipar cada una en estas condiciones, suponiendo que la resistencia no vare con la temperatura.Sol.: Cada una de las bombillas tendr una resistencia del siguiente valor: R = V2/P = 2202/60=8067 La nueva diferencia de potencial en cada una, ser la mitad del total, al estar en serie y ser iguales, esto es, 110 V, luego la nueva P, para cada una, llammosla P, ser :V2/R = 1102/8067 = 15 W

18. Una lmpara de 100 W est conectada a la red de 220 V durante 72 h. Determinar Intensidad que pasa por la lmpara; Resistencia del filamento;Energa disipada en la resistencia enjulios y kWh; Si el precio del kWh es 0,08 , qu gasto ha ocasionado el tenerla encendida? (Sol.: a) I=0,45A; b) R=484 ; c)E=25,92 MJ=7,2 kWh; d) 0,58 )

Circuitos elctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplos19. (Problema 25) Conectamos, como indica la figura, tres bombillas de 40W (a 220V). Calcular la I, V y P de cada una en estas nuevas circunstancias, suponiendo que la resistencia no vare con la temperatura.Sol.: La resistencia de cada bombilla ser: R= V2/P = 2202/40 = 1210 RB en paralelo con RC (la llamaremos R//), ser la mitad de cada una, al ser iguales, esto es: R//=605 y en serie con A: RT=1210 + 605=1815 La Itotal, IT, ser: IT = VT/RT = 220/1815 = 0121 A = IA = I//(la I por la asociacin de B y C)VA = IA.RA = 0121210 =1464V; V// = I//R// = 0121605 = 7321V = VB = VC(o de otra forma: VB = VC=220- VA=73,6V) IB = VB/RB = 732/1210=006A; IC = VC/RC = 732/1210 =006APA = IA2RA = 0122.1210 = 1742W; PB = IB2RB = 0062.1210 = 436 W