electrodinÁmica.doc
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ELECTRODINMICA
Introduccin
tc ""
En la actualidad, las mquinas herramientas, en las fbricas, los medios de transporte, sistemas de iluminacin en la ciudad, los medios de comunicacin como la radio, la televisin, funcionan con energa elctrica, cuando nos referimos a esta forma de energa, consideramos que ella es debido al trabajo realizado por la corriente elctrica, la cual es suministrada a los consumidores, desde las centrales elctricas mediante alambres conductores de gran longitud.tc "En la actualidad, las mquinas herramientas, en las fbricas, los medios de transporte, sistemas de iluminacin en la ciudad, los medios de comunicacin como la radio, la televisin, funcionan con energa elctrica, cuando nos referimos a esta forma de energa, consideramos que ella es debido al trabajo realizado por la corriente elctrica, la cual es suministrada a los consumidores, desde las centrales elctricas mediante alambres conductores de gran longitud."
tc ""
La energa elctrica es muy importante en nuestra vida, por ello cuando de improviso se apagan las bombillas elctricas, en los edificios los ascensores se detienen, los semforos se apagan creando congestin vehicular, se altera el normal desarrollo de nuestras actividades, suele decirse que todo esto es causado porque en los conductores no hay corriente elctrica.tc "La energa elctrica es muy importante en nuestra vida, por ello cuando de improviso se apagan las bombillas elctricas, en los edificios los ascensores se detienen, los semforos se apagan creando congestin vehicular, se altera el normal desarrollo de nuestras actividades, suele decirse que todo esto es causado porque en los conductores no hay corriente elctrica."
tc ""
Qu es la corriente elctrica?
tc ""
Es aquel fenmeno microscpico que se puede manifestar en los slidos, lquidos y gases bajo la influencia de ciertos factores entre los cuales no puede faltar una diferencia de potencial elctrico, la cual puede establecerse mediante una batera, pila o alternador.tc "Es aquel fenmeno microscpico que se puede manifestar en los slidos, lquidos y gases bajo la influencia de ciertos factores entre los cuales no puede faltar una diferencia de potencial elctrico, la cual puede establecerse mediante una batera, pila o alternador."
tc ""
Para entender este fenmeno, vamos a analizar un trozo de alambre de cobre.tc "Para entender este fenmeno, vamos a analizar un trozo de alambre de cobre."
tc ""
Corriente elctrica
tc ""
La mayor parte de las aplicaciones prcticas de la electricidad, implica el uso de la corriente elctrica, cuando en un local inesperadamente se apagan los focos, el ventilador, etc, suele decirse que en los conductores desapareci la corriente elctrica.tc "La mayor parte de las aplicaciones prcticas de la electricidad, implica el uso de la corriente elctrica, cuando en un local inesperadamente se apagan los focos, el ventilador, etc, suele decirse que en los conductores desapareci la corriente elctrica."
tc ""
Qu es la corriente elctrica y cmo se establece?
tc ""
La palabracorriente significa movimiento, desplazamiento o circulacin de algo. Qu es lo que puede desplazarse o circular en los conductores elctricos?tc "La palabracorriente significa movimiento, desplazamiento o circulacin de algo. Qu es lo que puede desplazarse o circular en los conductores elctricos?"
tc ""
tc ""
e
-
e
-
e
-
Cada electrn libre tiene
asociado un campo
elctrico microscpico;
pero, todo el conjunto
provoca una anulacin de la
intensidad de campo
debido a sus movimientos
caticos; en consecuencia,
exteriormente no se
manifiesta conside-
rablemente el campo
elctrico.
e
-
e
-
e
-
Cada electrn libre tiene
asociado un campo
elctrico microscpico;
pero, todo el conjunto
provoca una anulacin de la
intensidad de campo
debido a sus movimientos
caticos; en consecuencia,
exteriormente no se
manifiesta conside-
rablemente el campo
elctrico.
tc ""
Consideremos el siguiente sistema elctrico:tc "Consideremos el siguiente sistema elctrico\:"
tc ""
Interruptor
Pila
Conductor
+ / -
A
B
Foco
Interruptor
Pila
Conductor
+ / -
AB
Foco
tc ""
tc ""
-Conductor: Sustancia que se caracteriza por tener un gran nmero de electrones libres.tc "-Conductor\: Sustancia que se caracteriza por tener un gran nmero de electrones libres."
tc ""
-Pila (Fuente de voltaje): Es un dispositivo elctrico que se establece mediante reacciones qumicas, una diferencia de potencial entre sus extremos.tc "-Pila (Fuente de voltaje)\: Es un dispositivo elctrico que se establece mediante reacciones qumicas, una diferencia de potencial entre sus extremos."
tc ""
-Al cerrar el interruptor, el foco ilumina (emite luz), por lo tanto, se ha establecido la corriente elctrica.tc "-Al cerrar el interruptor, el foco ilumina (emite luz), por lo tanto, se ha establecido la corriente elctrica."
+ / -
E
F
E
A
B
+ / -
E
F
E
AB
tc ""
tc ""
Al cerrar el interruptor se establece en todo el conductor un campo elctrico que se orienta del lado de mayor potencial (A) hacia el lado de menor potencial (B).tc "Al cerrar el interruptor se establece en todo el conductor un campo elctrico que se orienta del lado de mayor potencial (A) hacia el lado de menor potencial (B)."
tc ""
El campo elctrico arrastra a los electrones libres (portadores de carga elctrica) del lado de menor hacia el lado de mayor potencial, establecindose un movimiento orientado de portadores de carga elctrica, a esto se le denomina corriente elctrica.tc "El campo elctrico arrastra a los electrones libres (portadores de carga elctrica) del lado de menor hacia el lado de mayor potencial, establecindose un movimiento orientado de portadores de carga elctrica, a esto se le denomina corriente elctrica."
tc ""
Acciones de la corriente
tc ""
El movimiento orientado de los portadores de carga en un conductor no puede ser observado. Pero la existencia de la corriente elctrica se puede juzgar por las acciones o fenmenos de que va acompaada.tc "El movimiento orientado de los portadores de carga en un conductor no puede ser observado. Pero la existencia de la corriente elctrica se puede juzgar por las acciones o fenmenos de que va acompaada."
tc ""
Primero, un conductor por el cual pasa corriente se calienta.tc "Primero, un conductor por el cual pasa corriente se calienta."
tc ""
Segundo, en las soluciones de electrolitos, los separa en sus componentes qumicos.tc "Segundo, en las soluciones de electrolitos, los separa en sus componentes qumicos."
Tercero, la corriente ejerce accin magntica, una aguja magntica colocada cerca de un conductor con corriente se desva.tc "Tercero, la corriente ejerce accin magntica, una aguja magntica colocada cerca de un conductor con corriente se desva."
tc ""
Qu indica: I = 2 A?
tc ""
Indica qu, por la seccin transversal del conductor pasa una cantidad de carga de 2 C en cada segundo.tc "Indica qu, por la seccin transversal del conductor pasa una cantidad de carga de 2 C en cada segundo."
tc ""
Seccin transversal
Seccin transversal
tc ""
tc ""
Los portadores de carga se desplazan con facilidad por el conductor?
tc ""
Consideremos parte de un conductor metlico con corriente elctrica.tc "Consideremos parte de un conductor metlico con corriente elctrica."
I
I
tc ""
Observar que:tc "Observar que\:"
tc ""
Durante el movimiento orientado, los electrones estn en constante colisin con los iones de la red cristalina del metal. Por esta causa retarda su movimiento catico. La intensidad de la corriente disminuye, mientras que la temperatura del conductor aumenta.tc "Durante el movimiento orientado, los electrones estn en constante colisin con los iones de la red cristalina del metal. Por esta causa retarda su movimiento catico. La intensidad de la corriente disminuye, mientras que la temperatura del conductor aumenta."
tc ""
Respuesta: No, debido a la interaccin de los portadores de carga con los dems elementos que forman la sustancia, es decir, experimentan una oposicin a su paso.tc "Respuesta\: No, debido a la interaccin de los portadores de carga con los dems elementos que forman la sustancia, es decir, experimentan una oposicin a su paso."
tc ""
Esta oposicin al movimiento libre de portadores de carga se caracteriza por una magnitud fsica escalar denominada resistencia elctrica (R). Cuantitativamente Poullet pudo determinar que la resistencia del conductor depende del material y de sus dimensiones geomtricas.tc "Esta oposicin al movimiento libre de portadores de carga se caracteriza por una magnitud fsica escalar denominada resistencia elctrica (R). Cuantitativamente Poullet pudo determinar que la resistencia del conductor depende del material y de sus dimensiones geomtricas."
tc ""
A
L
A
L
tc ""
tc ""
Sentido de la corriente elctrica
tc ""
Por convencin, la corriente elctrica queda definida por portadores de carga electrizados en forma positiva denominndose a dicha corriente, corriente convencional.tc "Por convencin, la corriente elctrica queda definida por portadores de carga electrizados en forma positiva denominndose a dicha corriente, corriente convencional."
Observacin:tc "Observacin\:"
tc ""
Si la corriente se debe al movimiento de los portadores cargadas negativamente, el sentido de la corriente convencional se considera opuesta a dicho movimiento.tc "Si la corriente se debe al movimiento de los portadores cargadas negativamente, el sentido de la corriente convencional se considera opuesta a dicho movimiento."
tc ""
V
V
q
q
VV
tc ""
tc ""
De lo anterior, el sentido de la corriente convencional ser:tc "De lo anterior, el sentido de la corriente convencional ser\:"
+ / -
V
+ / -
V
tc ""
tc ""
Se puede medir la corriente elctrica?
tc ""
Los efectos de la corriente elctrica pueden manifestarse en diferentes grados, los experimentos muestran que la intensidad (grado de efecto) de la corriente depende de la cantidad de carga que pasa por el circuito, entonces la cantidad de carga transportada en la unidad de tiempo sirve de caracterstica cuantitativa fundamental de la corriente y recibe el nombre de Intensidad de corriente.tc "Los efectos de la corriente elctrica pueden manifestarse en diferentes grados, los experimentos muestran que la intensidad (grado de efecto) de la corriente depende de la cantidad de carga que pasa por el circuito, entonces la cantidad de carga transportada en la unidad de tiempo sirve de caracterstica cuantitativa fundamental de la corriente y recibe el nombre de Intensidad de corriente."
tc ""
Si a travs de la seccin transversal de un conductor pasa, en el tiempo t, una cantidad de carga q la intensidad de corriente ser:tc "Si a travs de la seccin transversal de un conductor pasa, en el tiempo t, una cantidad de carga q la intensidad de corriente ser\:"
tc ""
I =
t
q
tc "I = "
tc ""
Unidad: Amperio (A)tc "Unidad\: Amperio (A)"
tc ""
1 A =
S
C
1
tc "1 A = "
tc ""
Qu es la Resistencia elctrica (R)?
tc ""
Esta magnitud expresa el grado de oposicin que ofrece todo cuerpo a la corriente elctrica.tc "Esta magnitud expresa el grado de oposicin que ofrece todo cuerpo a la corriente elctrica."
tc ""
Todos sabemos de los beneficios de la corriente elctrica y pugnamos por aprovecharla en grandes cantidades; sin embargo, la naturaleza compleja de la materia nos impone muchas dificultades, tales como el movimiento catico de los electrones libres en los metales que chocan constantemente con los iones un tanto estables en la red cristalina incrementndose as la agitacin trmica y evitando un flujo notable; en otros casos las trayectorias de los portadores son desviadas por la presencia de impurezas o vacos; en suma, todos estos factores conllevan a la atribucin de una caracterstica fundamental para cada material y la denominaremos Resistividad elctrica ().tc "Todos sabemos de los beneficios de la corriente elctrica y pugnamos por aprovecharla en grandes cantidades; sin embargo, la naturaleza compleja de la materia nos impone muchas dificultades, tales como el movimiento catico de los electrones libres en los metales que chocan constantemente con los iones un tanto estables en la red cristalina incrementndose as la agitacin trmica y evitando un flujo notable; en otros casos las trayectorias de los portadores son desviadas por la presencia de impurezas o vacos; en suma, todos estos factores conllevan a la atribucin de una caracterstica fundamental para cada material y la denominaremos Resistividad elctrica ()."
El hombre no se resigna ante estos aspectos adversos y actualmente podemos comentar la utilizacin de materiales superconductores, tales como: Al, Hg, Zn, Pt, donde a temperaturas muy bajas, las prdidas de energa en forma de calor son despreciables, debido a la mnima agitacin de iones que reduce la cantidad de choques con los electrones.tc "El hombre no se resigna ante estos aspectos adversos y actualmente podemos comentar la utilizacin de materiales superconductores, tales como\: Al, Hg, Zn, Pt, donde a temperaturas muy bajas, las prdidas de energa en forma de calor son despreciables, debido a la mnima agitacin de iones que reduce la cantidad de choques con los electrones."
tc ""
Fue Poulliet, un fsico francs que decidi plantear el clculo de la resistencia elctrica (R) para los metales slidos.tc "Fue Poulliet, un fsico francs que decidi plantear el clculo de la resistencia elctrica (R) para los metales slidos."
tc ""
tc ""
tc ""
A
L
r
A
L
tc ""
tc ""
Experimentalmente se verifica:tc "Experimentalmente se verifica\:"
tc ""
R =
A
L
tc "R = "
tc ""
tc ""
R:En ohmios () R DP Ltc "R\:En ohmios () R DP L"
L:Longitud del conductor (m)R DP Atc "L\:Longitud del conductor (m)R DP A"
A:Seccin recta o espesor uniforme (m2)tc "A\:Seccin recta o espesor uniforme (m2)"
:Resistividad elctrica ( . m)tc "\:Resistividad elctrica ( . m)"
tc ""
Todo cuerpo con determinada resistencia elctrica se denominar resistor y los smbolos a usar son:tc "Todo cuerpo con determinada resistencia elctrica se denominar resistor y los smbolos a usar son\:"
tc ""
Resistor fijo
Resistor variable
(Potencimetro)
Forma fsica de un
resistor de alambre
empastado con cermica
R
R
Resistor fijoResistor variable
(Potencimetro)
Forma fsica de un
resistor de alambre
empastado con cermica
RR
tc ""
tc ""
Asociacin de resistencias
tc ""
I.En serie:tc "I.En serie\:"
tc ""
R
1
R
2
R
3
A
B
R
1
R
2
R
3
AB
tc ""
RAB = R1 + R2 + R3tc "RAB = R1 + R2 + R3"
tc ""
tc ""
RAB: resistencia equivalentetc "RAB\: resistencia equivalente"
tc ""
II.En paralelo:tc "II.En paralelo\:"
R
1
R
2
A
B
R
1
R
2
AB
tc ""
tc ""
RAB =
2
1
2
1
R
R
R
.
R
+
tc "RAB = "
*Caso especial:tc "*Caso especial\:"
tc ""
A
B
R
R
R
R
..."n" veces...
R
A
B
RRRR..."n" veces...R
tc ""
tc ""
RAB =
n
R
tc "RAB = "
tc ""
tc ""
tc ""
tc ""
Bloque Itc "Bloque I"
tc ""
1.A travs de un conductor circula una carga de 90 C durante un minuto; hallar la intensidad de corriente elctrica.tc "1.A travs de un conductor circula una carga de 90 C durante un minuto; hallar la intensidad de corriente elctrica."
tc ""
a)1 Ab)1,5c)2tc "a)1 Ab)1,5c)2"
d)2,5e)4tc "d)2,5e)4"
tc ""
2.La intensidad de corriente que circula por un conductor es 4 A; hallar la cantidad de electrones que circulan durante 12 s.tc "2.La intensidad de corriente que circula por un conductor es 4 A; hallar la cantidad de electrones que circulan durante 12 s."
tc ""
a)1014b)2.1014c)3.1014tc "a)1014b)2.1014c)3.1014"
d)4.1014e)6.1014tc "d)4.1014e)6.1014"
tc ""
3.Por un conductor circulan 0,4 A. Determinar el nmero de electrones que pasa por su seccin en 20 s.tc "3.Por un conductor circulan 0,4 A. Determinar el nmero de electrones que pasa por su seccin en 20 s."
tc ""
a)1019b)2.1019c)3.1019tc "a)1019b)2.1019c)3.1019"
d)5.1019e)6.1019tc "d)5.1019e)6.1019"
tc ""
4.La intensidad de corriente elctrica en un conductor es 0,2 A. Calcular la cantidad de carga elctrica que se desplazar en cinco minutos.tc "4.La intensidad de corriente elctrica en un conductor es 0,2 A. Calcular la cantidad de carga elctrica que se desplazar en cinco minutos."
tc ""
a)10 Cb)60c)12tc "a)10 Cb)60c)12"
d)30e)36tc "d)30e)36"
tc ""
5.Por un conductor circula una carga de 20 C durante 4 s. Hallar la intensidad de corriente elctrica.tc "5.Por un conductor circula una carga de 20 C durante 4 s. Hallar la intensidad de corriente elctrica."
tc ""
a)1 Ab)2c)2,5tc "a)1 Ab)2c)2,5"
d)4e)5tc "d)4e)5"
tc ""
*En cada caso, hallar la resistencia equivalente:tc "*En cada caso, hallar la resistencia equivalente\:"
tc ""
6.tc "6."
tc ""
4
W
3
W
5
W
4 3 5
tc ""
tc ""
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
7.tc "7."
1
W
2
W
3
W
1 2
3
tc ""
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
8.tc "8."
4
W
6
W
8
W
10
W
4
6
8
10
tc ""
tc ""
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
9.tc "9."tc ""
tc ""
1
W
3
W
5
W
1
3
5
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
10.tc "10."
4
W
5
W
6
W
4
5
6
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
11.tc "11."
8
W
6
W
4
W
8
6
4
tc ""
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
12.tc "12."
R
R
R
RR
R
tc ""
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
tc ""
13.tc "13."
R
2R
5R
3R
R2R
5R3R
tc ""
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
14.tc "14."
8
W
8
W
8
8
tc ""
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
15.tc "15."
3
W
6
W
3
6
tc ""
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
16.tc "16."
4
W
12
W
4 12
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
17.tc "17."
6
W
6
W
6
W
6 6 6
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
18.tc "18."tc ""
12
W
12
W
12
W
12 12 12
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
tc ""
tc ""
19.tc "19."tc ""
10
W
10
W
10
W
10
W
10
10
10
10
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"
20.tc "20."
R
R
R
R
R
R
tc ""
Rpta.: ................tc "Rpta.\: ................"