electrodinámica 2

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Prof. Pedro Eche Querevalú CTA 5to de Secundaria 2011 Contenido Temático Recursos Evaluación Bibliografía Créditos Presentación

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Presentación de la segunda parte del tema de electrodinámica para educación básica

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Page 1: Electrodinámica 2

Prof. Pedro Eche Querevalú

CTA

5to de Secundaria

2011

Contenido Temático

Recursos

Evaluación

Bibliografía

Créditos

Presentación

Page 2: Electrodinámica 2

Inicio

Nuestra vida está íntimamente relacionada

con fenómenos de naturaleza eléctrica.

En una planta de estación hidroeléctrica, la

energía mecánica de la caída de agua se

transforma en energía eléctrica mediante un

turbogenerador hidráulico.

En la iluminación de un árbol de Navidad, los

foquitos generalmente se encuentran

conectados en serie.

Los aparatos eléctricos de una casa se

conectan en paralelo, todos ellos se

encuentran sometidos a un mismo voltaje.

Presentación

Page 3: Electrodinámica 2

Inicio

LA ENERGÍA ELÉCTRICA Y EL CALOR: EFECTO JOULE

LA POTENCIA ELÉCTRICA

CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA

LEY DE NUDOS

LEY DE MALLAS

PROBLEMAS

Contenido Temático

Page 4: Electrodinámica 2

Inicio

EFECTO JOULECuando la corriente eléctrica atraviesa una resistencia, ésta se calienta. Este

fenómeno, conocido como el efecto Joule, fue descubierto por el físico inglés

James P. Joule allá por 1840 y es la base para el funcionamiento de muchos

aparatos que tenemos en casa, como la plancha, la terma eléctrica, la cocina

eléctrica, etc.

Una diferencia de potencial en un conductor establece una corriente eléctrica, los

electrones libres se aceleran y, en consecuencia, ganan energía cinética; sin

embargo esta energía adicional se convierte rápidamente en energía interna del

conductor por las colisiones entre los mismos electrones y los átomos que

conforman el conductor. El incremento de energía interna del conductor da lugar a

un aumento de temperatura y, en consecuencia, se produce calor.

“La energía disipada (E) por una resistencia está relacionada con el voltaje

(V), la intensidad de corriente (I) y el tiempo (t)”.

E = V . I . t

CONTINUA>>

Page 5: Electrodinámica 2

Inicio

EFECTO JOULEToda corriente eléctrica que atraviesa una resistencia eléctrica origina en

ella un desprendimiento de calor (se calienta) que es directamente

proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de corriente y al

tiempo que dura la corriente.

Q = I2 . R . tDonde:

Q: Cantidad de Calor desprendido (J=Joules)

I: Corriente

R: Resistencia del material

t: tiempo

También el calor desprendido se expresa en “calorías”, por lo que la fórmula

anterior se expresa también así:

Q = 0,24 I2 . R . tEn donde se ha introducido el factor de conversión 0,24 que relaciona joules con

calorías.

CONTINUA>>

Page 6: Electrodinámica 2

Inicio

Aplicaciones del efecto JouleTodos los artefactos eléctricos, al estar en funcionamiento sufren un

incremento de temperatura, es más, ésta se aprovecha en algunos de

ellos tales como la plancha, la cocina eléctrica, el soldador eléctrico, la

secadora de cabello, etc.

CONTINUA>>

Page 7: Electrodinámica 2

Inicio

Potencia es la velocidad a la que se consume la energía.“La potencia eléctrica (P) es la medida de la energía disipada o consumida por una unidad detiempo”

P = E / t P = V . I

Se lee: Potencia es igual a la energía dividido por el tiempoEn el SI la potencia se expresa en watt (W).Un Watt de potencia indica un joule de energía disipada o consumida durante un segundo.

1 W = 1 J / s

Muchos artefactos electrodomésticos indican la potencia que consumen o que disipan, porejemplo, algunas planchas tienen una potencia de 2000 W. Las lámparas incandescentes sevenden según su potencia, hay de 25 W, 50 W, 75 W y 100 W, etc.

Conocer la potencia eléctrica de un aparato es importante, pues a partir de su valor podemosconocer la energía que consumimos y pagamos. Muchas empresas distribuidoras de energíaeléctrica cobran su servicio de energía en kiloWatthora (KWh)

POTENCIA ELÉCTRICA

Page 8: Electrodinámica 2

Inicio

“Un circuito eléctrico de corriente continúa es un conjunto de baterías y resistencias unidas por conductores ideales de resistencia igual a cero”

Un circuito eléctrico sencillo está conformado por baterías y resistencias en un solo trayecto cerrado, denominado malla. No obstante la mayor parte de los circuitos eléctricos está conformada por varias mallas y los conductores se interceptan en puntos denominados nudos.

En 1845 el alemán Gustav Robert Kirchoff descubrió dos leyes para los circuitos eléctricos, estas leyes pueden ser comprendidas a partir del principio de conservación de la carga y de conservación de la energía

CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA

Page 9: Electrodinámica 2

Inicio

CIRCUITO ELECTRICO

Page 10: Electrodinámica 2

Inicio

LEY DE LOS NUDOSPrimera Ley de Kirchoff.

Si aplicamos la conservación de la carga en un

sistema, afirmaremos que la carga neta que

ingresa a un nudo (o nodo) es igual a la carga

neta que sale de él. En términos de la corriente

eléctrica la primera ley de Kirchoff se expresa:

“La intensidad de corriente neta que llega a un

nudo es igual a la intensidad de corriente neta

que sale de él”

CONTINUA>>

salenentran II

Circuito básico de dos nudos.

Un nodo es el punto del

circuito donde se unen mas de

un terminal de un componente

eléctrico

Page 11: Electrodinámica 2

Inicio

Segunda Ley de Kirchoff.

Utilizando la conservación de la energía,Kirchoff dedujo que en una malla la fem netaproporcionada por las baterías es igual a lasuma de los voltajes que reciben lasresistencias.

Las leyes de Kirchoff son útiles para determinarla intensidad de corriente de un circuito en unadeterminada resistencia.

LEY DE LAS MALLAS

IRV

Se llama malla en un circuito a cualquier

camino cerrado.

En el ejemplo de la figura hay tres mallas:

ABEF

BCDE

ABCDEF

El contorno de la malla está formado por

ramas. Hay tres ramas:

EFAB

BE

BCDE

Page 12: Electrodinámica 2

Inicio

RECOMENDACIONES LEYES DE KIRCHOFF

Antes de aplicar las leyes de Kirchoff en un circuito es necesario que identifiques los nudos y mallas del circuito y, luego, realiza los siguientes pasos:

Para aplicar la primera ley de Kirchoff en un nudo:1. Indica con una flechita el sentido de las

corrientes que entran y salen de un nudo. Es arbitrario, es decir, puedes asumir cualquier sentido siempre que elijas corrientes que entran y salen.

Page 13: Electrodinámica 2

Inicio

RECOMENDACIONES LEYES DE KIRCHOFF

Antes de aplicar las leyes de Kirchoff en un circuito es necesario que identifiques los nudos y mallas del circuito y, luego, realiza los siguientes pasos:

Para aplicar la segunda ley de Kirchoff en una malla:1. Asume una corriente por cada malla, cuyo sentido es

arbitrario y tú lo eliges. Si una resistencia es compartida por dos mallas, la corriente neta que circula por ella es la suma de las corrientes de malla si estas circulan en el mismo sentido, y la diferencia si circulan en sentidos contrarios.

2. Para las baterías, la fem:Se considera negativa (-E) cuando el sentido de la corriente asumida en una malla cruza la batería del polo positivo al polo negativo.Se considera positiva (+E) cuando la corriente cruza la batería del polo negativo al polo positivo.

Page 14: Electrodinámica 2

Inicio

INSTRUMENTOS DE MEDIDA

• Voltímetro: Mide la tensión eléctrica y se conecta en paralelo con el componente o generador cuya tensión se va a medir. Puede tener varias escalas

• Amperímetro: Mide la intensidad de corriente y se conecta en serie con el receptor o receptores cuya intensidad queremos medir. Varias escalas.

• Ohmetro: Mide la resistencia eléctrica de un elemento o entre dos puntos del circuito y se conecta en paralelo. Muy importante: El elemento o el circuito no deben tener tensión.

• Polímetro: Es un instrumento que agrupa los anteriores. Podemos realizar cualquier medición seleccionando la magnitud y la escala. Pueden ser analógicos o digitales.

Page 15: Electrodinámica 2

Inicio

PROBLEMA 1¿Cuál será el valor de la resistencia interna de una secadora de cabello conectada a la

tomacorriente de 220 V si durante los 5 min que estuvo encendida desprendió 14000 cal?

CONTINUA>>

Solución:

Datos:

V=200 V

t= 5min = 300 s

Q= 14000 cal

R= ?

1.- Por la Ley de Ohm:

V = R . I I = V / R

2.- Por la ley de Joule:

Q = 0,24 I2 .R . t

Q = 0,24 . V2 / R2 .R . t

Q = 0,24 V2 / R . t

R = 0,24 . V2 / Q .t

Q = 0,24 . (220V)2 / 14 000 cal . (300 s)

R = 249 Ω

Rpta.- La resistencia de la

secadora es 249 Ω

Page 16: Electrodinámica 2

Inicio

PROBLEMA 2La figura muestra parte de un circuito. Calcula la lectura del amperímetro ideal A.

CONTINUA>>

Solución:

1.- Sea Iamp la intensidad de corriente que

pasa por el amperímetro y asumimos que

sale del nudo. Aplicamos la Ley de nudos:

Rpta.- La lectura del amperímetro ideal es de 1A

AIAAI

IAAAII

ampamp

ampsalenentran

11213

1276

Page 17: Electrodinámica 2

Inicio

PROBLEMA 3La figura 1 muestra un circuito de corriente continua.

Determina la intensidad de corriente que circula por la

batería de 20V.

Solución:

1.- Observamos que hay dos mallas (I y II) y dos

nudos (A y B).

Asumimos el recorrido de la corriente de cada malla

en la fig. 2 y aplicamos la segunda ley de Kirchoff

para cada malla:

Malla I: +20V – 10 V = I1 (2Ω) + I1 (3 Ω)

10V = I1 (5 Ω) I1 = 2A

Malla II: +30V – 20V = I2 (5 Ω) + I2 (5 Ω)

10V = I2 (10 Ω) I2 = 1 A

2.- Observamos que la intensidad de corriente neta

que pasa por la batería de 20V es:

I1 - I2 = 2A - 1A = 1A sentido hacia arriba.

Rpta.- La intensidad de corriente que

circula por la batería de 20V es 1A

I1 I2

Malla I Malla II

A

B

Page 18: Electrodinámica 2

Inicio

Actividades interactivas

Recursos

Haz clic en “Actividades interactivas” para ingresar para desarrollar las actividades educativas

lúdicas

Page 19: Electrodinámica 2

Inicio

Créditos

Electrodinámica – introducción

http://es.wikipedia.org/wiki/Electrodinamica

Leyes de nudos

http://electronicacompleta.com/lecciones/leyes-de-kirchhoff/

Leyes de Kirchoff

http://www.nichese.com/leyes.html

Resistencias en serie y paralelo

http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/27/ejemplo4-1.htm

Asociación de resistencias

http://centros.edu.xunta.es/contidos/internetenelaula/newton07/1bach/corriente_electrica/resistencias.htm?2&0

Circuitos equivalentes

http://www.ifent.org/lecciones/CAP05/CAP51.asp

Factor de conversión de calorías a joules

http://www.affari.com.ar/pesosymedidas.htm

Factor de conversión

http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/medida/factorconversion.htm