Electrodinámica

M. En C, Cindy Rivera

¿Electrodinámica?• Cargas en movimiento

Si distribuimos uniformemente sobre una superficie esférica aislada, los electrones permanecer en reposo; pero si conectamos un alambre hasta la tierra, estos fluirán por el alambre.

CORREIENTE ELECTRICA

Movimiento de la carga eléctrica• Capacitor = Fuente de corriente

Si unimos las placas del capacitor por medio de un alambre grueso y corto, existe un flujo de electrones (descarga).

Para calcular la carga: Q = CV

Donde:

C : CapacitanciaV: Potencia entre las placas

Corriente transitoria

• Si conectamos un alambre corto y delgado entre las placas de un capacitor, habrá una transferencia rápida de carga.

Existe en un período corto de tiempo.

Resistencia eléctrica• Si entre las placas del capacitor insertamos un

alambre delgado pero largo, generará una oposición al flujo de electricidad.

CORRIENTE ELECTRICA

La rapidez con la que fluye la carga a través de un conductor, se conocerá como:

CORRIENTE ELÉCTRICA• Es la rapidez del flujo de carga Q que pasa por

un punto dado P en un conductor eléctrico.

I = Q t

La unidad de corriente eléctrica es el Ampre (A) representa el flujo de carga con la rapidez de un Coulomb por segundo

1A = 1C 1S

Ejemplo

• ¿Cuántos electrones pasan por un punto en 5s si se mantiene en un conductor una corriente constante de 8 A?

I = Q t

Despejo:

Q = It

Q = 8A(5s)

Q = 8 C/s (5s)

Q = 40 C

Q = 40 C ( 6.25 X 10^18 electrones / coulomb)

Q = 2.50 x 10^ 20 electrones

Fuerza electromotriz

• Es un dispositivo que convierte la energía química, mecánica o de otras formas en la energía eléctrica necesaria para mantener un flujo continuo de carga eléctrica.

e

Ley de Ohm (Resistencia)

• La corriente que circula por un conductor dado directamente proporcional a la diferencia entre sus puntos extremos.

R = V IDonde:R = ResistenciaV = VoltajeI = Corriente

• Una resistencia de Omh permitirá una corriente de un Ampere cuando se aplica a sus terminales una diferencia de un volt.

Ejemplo

• LA diferencia de potencial entre las terminales de un calentador eléctrico es de 80 V cuando hay una corriente de 6 A en dicho calentador. ¿Cuál será la corriente si el voltaje se incrementa a 120 V?

• Solución

• R = V/I = 80V/6A• R = 13.3W

Potencia eléctrica

• Carga EléctricaFEM

RESITENCIA

Gana Energía

Pierde Energía

La energía se disipa en forma de calor

Circuito externo

El trabajo lo realiza la carga, sobre los componentes del circuito

Cuando conectamos un motor a un circuito.

1. Calor

2. Trabajo realizado

1 Joule de trabajo por cada Coulomb, a través de una diferencia de un Volt

Trabajo = Vqq= It

Trabajo = VIt

Potencia disipada

• Rapidez con la cual se disipa el calor en un circuito eléctrico. Cuando el calor fluye en forma continua a través de un circuito esta es dada por:

P = Trabajo t

VIt t

VI

Aplicando Ley de Ohm donde V = IR

P =I2R

Ejemplo

• Una corriente de 6 A fluye a través de una resistencia de 300W durante 1 hr. ¿Cuál es la potencia disipada? ¿Cuánto calor se genera, expresado en joules?

P =I2R

Potencia = Calor disipado por unidad de tiempo

P =(6A)2(300 )WP =10, 800W

Trabajo = PtTrabajo = (10,800 W)(3600 s) Trabajo =3.89 x 107

Ejemplo 2

• Una lámpara eléctrica tiene un filamento de 80 W conectado a una línea de corriente continua de 110 V. ¿Cuál es la corriente que pasa a través de un filamento? ¿Cuál es la potencia disipada en Watts?

Trabajo = Vq

Resistividad

• La resistencia de un conductor es independiente de la corriente y del voltaje.

• La resistencia se determina por cuatro factores:

1. Tipo de material2. Longitud3. Area de la sección transversal 4. Temperatura

Resistencia según Ohm

• La resistencia de un conductor a una temperatura dada, es directamente proporcional a su longitud, inversamente proporcional al área de su sección transversal y depende del material del cual está hecho.

R = r l A

R= Resistencial = LongitudA = Área = Constante de proporcionalidad

= r RAl

Resistividad de los materiales

Ejemplo

• Cual es la resistencia de un alambre de cobre de 20m de longitud y de 0.8 mm de diámetro?

A = p D^2

4

p(8 x 10-4m) 2

4

5.03 x 10-4m2

R = r l A

R = ( 1.72 x 10-8 *W m) (20m)

5.03 x 10-7m2

Circular mil (Cmil)

• Se define como el área de la sección transversal de un alambre de 1 mil (0.001 in) de diámetro.

• A = pD 2 1 Cmils = p Amils = (Dmils)2

4 4

Ejemplo

• ¿Que longitud de alambre de aluminio de 0.025 in de diámetro se requiere para construir un resistor de 12 ?W

El diámetro

Circuito simple

• Número de ramas unidas entre sí, de modo que al menos una de ellas cierre la trayectoria que se proporciona a la corriente.

E IR

E Fem

Corriente que circula por el circuito

Resistencia.

IR

¿Qué pasa si conectamos dos o mas elementos?

• La corriente fluye por una sola trayectoria por los elementos en serie.

¿Cuál es la relación de R con respecto a las tres resistencias internas?

La corriente será idéntica.

I = I1 = I2 = I3

Aplicando Ley de Ohm

• V = IR V1 = IR1 V2 = IR2 V3= IR3

• Voltaje externo, representa la suma de las energías perdidas al pasar por cada resistencia..

• V = V1 + V2+ V3

Sustituyo:IR + IR1 + IR2 + IR3

R = R1+R2+R3 (En serie)

Ejemplo

• La resistencia R1 y R2 son de 2 y 4 W . Si la fuente de Fem mantiene una diferencia de potencia constante de 12 V ¿Qué corriente se suministra al circuito externo? ¿Cuál es la caída de potencial través de cada resistor?

Solución

• R = R1+R2+R3

• R= 2 W + 4 = 6 W W

• La corriente que pasa por el circuito y por cada resistor es:

I = V / R

I = 12V / 6WI = 2 A

Caída de voltaje

• V1 = IR = (2A) (2 W ) = 4V• V2 = IR = (2A) (4 ) =W 8V

• Voltaje Total aplicado:

• V1+V2 = 12 V

Leyes de Kirchhoff

• Red eléctrica: circuito complejo que consta de cierto número de trayectorias cerradas o mallas por donde circula la corriente

Primera Ley de Kirchhoff

• La suma de las corrientes que entran en una unión es igual a la suma de las corrientes que salen de esa unión.

SIentrante = Sisaliente

“LA CARGA DEBE FLUIR CONTINUAMENTE, NO SE PUEDE ACUMULAR EN UN NODO”

Segunda Ley de Kirchhoff

• La suma de las Fem alrededor de cualquier malla cerrada de corriente es igual a la suma de todas las caídas de IR alrededor de dicha malla.

• SIE = SIR

Ejemplo

• Determine las corrientes desconocidas que se muestran en la figura usando las leyes de Kirchhoff

SIE = SIR

6 V + 2 V= I1 (1 ) + W I2(3 )WI1 + 3I2 = 8V