1 UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
AREA DE TECNOLOGÍA.
COMPLEJO ACADEMICO “EL SABINO”
DEPARTAMENTO DE FISICA Y MATEMÁTICA UNIDAD CURRICULAR: FÍSICA II
PROF. CARMEN ADRIANA CONCEPCIÓN
GUÍA DE ESTUDIO DE CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA CORRIENTE ELÉCTRICA
La corriente que atraviesa el área de un conductor se define como la carga eléctrica neta que fluye a través de ella por unidad de tiempo.
La unidad de Corriente en el Sistema Internacional es el Ampere o Amperio (A)
1mA 10-3A Submúltiplos 1µA 10-6A
1ηA 10-9A
1ρA 10-12A MOVIMIENTO DE LOS ELECTRONES
El sentido de movimiento de los electrones ocurre desde un potencial mas bajo a un potencial más alto.
La corriente por convención tiene la misma dirección del flujo de carga positiva.
A la cargas en movimiento se les conoce como portadores de carga móvil.
(+) Alto Potencial
(
-
) Bajo PotencialVELOCIDAD DE ARRASTRE O VELOCIDAD DE DERIVA dt
I dQ t
I = Q =
∆
∆
Amperio seg
1 C A 1
1 = =
) 1 ( q x A n
∆Q
Partícula Cada
de Carga cargas
de Nº Q
x A n
: móvil carga de portadores de
Nº el entonces
volumen, de
unidad por
carga de portadores de
Nº : n
x.
A : Volumen
A : Area x : Longitud
⋅
⋅
⋅
=
×
=
⋅
⋅
∆
∆
∆
∆
∆
2 DENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA: J
Es una magnitud vectorial cuya dirección y sentido coincide la del vector campo eléctrico. Se define como la corriente por unidad de área.
UNIDADES: En el S.I.: J=Amp/m2 En el C.G.S: J=StatAmp/cm2
Suponga que existen n partículas por unidad de volumen donde las partículas se mueven con velocidad de arrastre Vd la cual se mantiene constante. Para un tiempo ∆t cada partícula avanza ∆x=Vd.∆t.
En algunos materiales la densidad de corriente y la intensidad del Campo Eléctrico son directamente proporcionales, es decir su cociente es constante
Donde la Constante de Proporcionalidad σ recibe el nombre de Conductividad del Conductor
TENSIÓN: Es el trabajo que se efectúa para trasladar o mover una carga de un punto a otro de un conductor.
Unidades en el S.I.: V= W/Q = Joul/C → Voltio
( )
( ) ( )
constante.
mantiene se
arrastre de
velocidad Vd
La
q Vd A n I t q
t Vd A I n
t I Q en (3) ndo sustituye Luego
) 3 ( q t Vd A n Q
(1) en (2) ituyendo Sust
) 2 ( t Vd x donde
t Vd X t
Vd x
Vd velocidad una
con mueven se
portadores los
Si
⋅
⋅
=
⋅ →
⋅
= ⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
⋅
=
=
=
∆
∆
∆
∆
∆
∆
∆
∆
∆
∆
A J = I
E J =σ⋅
qn Vd J
obtiene
se donde De
Vd n q A J
Vd A n q A J I Luego
Vd A n q t I
I Q Como
q ) t Vd A n (
∆Q q
) x A n (
∆Q
=
⋅
⋅
⋅ =
⋅
= ⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
⇒
=
⋅
⋅
⋅
=
⋅
⋅
=
∆
∆
∆
∆
Vd t x
t Vd x
∆ ∆
∆
∆
=
=
J I
r
3 RESISTENCIA ELÉCTRICA: Es la mayor o menor oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica.
Unidades de Resistencia S.I.: Ohmio = Ω Submúltiplos: KΩ → 103Ω
MΩ → 106Ω Simbología:
Fija Variable
R
Algunos físicos identifican como la Ley de Ohm la ecuación:
Desarrollada y descubierta en 1820 por el físico alemán George Simon Ohm (1787-1854).
“La Densidad de Corriente Eléctrica en los metales es directamente proporcional al campo eléctrico establecido entre sus extremos”.
De acuerdo al comportamiento lineal entre E y J
Materiales Ohmicos
No Ohmicos LEY DE OHM
Considerando un segmento de alambre conductor recto de área de sección transversal A y longitud l, entre cuyos extremos se ha establecido una diferencia de potencial:
Ley de Ohm
“La corriente en un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre sus extremos, e inversamente proporcional a su resistencia”.
E J====σσσσ⋅⋅⋅⋅
R I R V
I V escribir puede se anterior
ecuación
La
Amp Ohm.
1 Volt 1 1
tanto lo Por
I V A R l A . I l V
⋅
=
=
=
⋅ =
=
=
Ω
σ σ
A I l V
como expresar puede
se V potencial de
diferencia la
donde De
l A I V A
J A I
J I que Puesto
l E V J : expresar puede
se corriente de
densidad La
l E V y l E V : Donde
V V V
b a
⋅ ⋅
=
=
⋅
=
=
=
⋅
=
=
⋅
=
−
=
σ
σ
σ σ
4 Como la Resistividad ρ de un conductor es el inverso de la Conductividad σ, entonces:
RESISTENCIA Y TEMPERATURA
La resistividad de un conductor varia con la temperatura aproximadamente de manera lineal en un intervalo limitado por la expresión:
La Resistencia es proporcional a la resistividad, la Variación de la Resistencia con la Temperatura puede escribirse como:
ENERGÍA Y POTENCIA
A R l expresar puede
se Entonces,
1
= ⋅
= ρ ρ σ
m m m ρ Ω l
A R
m . ad Resistivid la
de Unidad
tendría ideal
aislante Un
dad conductivi Baja
ad resistivid Alta
AISLANTES
0 tendría ideal
conductor Un
dad conductivi Alta
ad resistivid Baja
S CONDUCTORE
2
⋅
⋅ =
⋅ =
=
∞
=
→
∗
=
→
∗
Ω ρ
Ω
ρ ρ
( )
[ ]
ad resistivid la
de a temperatur de
e coeficient el
es
. T referencia de
a temperatur a
determinad a
ad resistivid la
es
C), º (en T a temperatur cierta
a ad resistivid la
es : Donde
T T 1
0 0
0 0
α ρ ρ
α ρ
ρ = + −
[
1 (T T )]
R R
= 0 +α − 0
0 0
0
T T T
Donde
T α 1
: como expresarse puede
−
=
−
=
=
∆ ρ
ρ ρ
∆
∆ ρ
∆ α ρ
R P V R
I P
V I P : as alternativ
formas otras en resistor el
por disipada
potencia
la a igual es energía pierde
carga la cual la a tasa La
2
2 ⋅ =
=
⋅
= V
∆t I ∆U Entonces
t I Q Como
t
V Q t U : resistor el
atravesar al
potencial energía
pierde Q carga la cual la
a tasa la tiempo, el
entre a transferid energía
la divide se Si
dQ V dW o
Q V U
⋅
=
=
= ⋅
⋅
=
⋅
=
∆
∆
∆
∆
∆
∆
∆
∆
∆
5 FUERZA ELECTROMOTRÍZ (fem)
Es cualquier dispositivo (generador o batería) capaz de transformar energía química, mecánica, térmica, eólica, solar o cualquier otra forma de energía en energía eléctrica:
ELEMENTOS BÁSICOS DE UN CIRCUITO
Un circuito completo es un medio físico que permite la transición de fenómeno eléctrico en forma práctica. Para que un conductor tenga una corriente eléctrica estacionaria debe formar parte de una trayectoria cerrada.
ASOCIACIÓN DE RESISTORES EN SERIE Y PARALELO r I R I I : es potencia la
y r I R
: es corriente La
. asociación la
de externo voltaje
el Es V
circuito del
total corriente La
I
generador, del
interna resitencia
la Es r : Donde
Ir IR Ir
V
2
2 +
= + ⋅
=
=
=
=
+
= +
=
ε ε
ε ε
o Amperímetr y
Voltímetro
con Completo Circuito
Fuente 3
Conductor
2
Carga.
1
: partes tres de Consta
n 3
2 1 T
n n 3
3 2 2 1 1 T T
n 3
2 1 T
n
1 i
i T
n 3
2 1 T
n
1 i
i T
n 3
2 1 T
n 2
1 T
n
1 i
i T
n 3
2 1 T
n 3
2 1 T
R ... 1 R
1 R
1 R
1 R
1
R ... V R
V R V R V R V
V ...
...
V V V V
I I
I ...
...
I I I I
: Paralelo en
Conectados Resistores
B.
R R
R ...
R R R R
R ...
R I R I I R
V V
V ...
...
V V V V
I ...
...
I I I I
: Serie en Conectados Resistores
A.
+ +
+ +
=
+ +
+ +
=
=
=
=
=
= +
+ + +
=
= +
+ + +
=
+ +
⋅ +
⋅
=
⋅
= +
+ + +
=
=
=
=
=
=
∑
∑
∑
=
=
=
6 LEYES DE KIRCHHOFF
Nodo : Es el punto donde convergen 3 o más ramas o corriente.
Rama : Es la sección del circuito donde circula una sola corriente.
Malla : Es cualquier sección cerrada del circuito.
Nº Nodos + Nº de Mallas = Nº de Ramas
Primera Ley : Ley de las Corrientes. “La suma algebraica de la corrientes que convergen en un nodo son iguales a cero (0).
ΣINODO=0 Criterio de signo para la 1ra Ley:
Segunda Ley: Ley de las Tensiones. “La suma algebraica de los incrementos y disminuciones de potenciales eléctricos en un circuito cerrado debe ser cero”.
Criterio de Signo para la Segunda Ley:
1) I1.R + I2.R
3) I.R – V
5) VT = V1 V = V1 c/u VT = V1 + V1
VT = V1 + V2
2) I1.R - I2.R
4) I.R + V
6) Cuando existe un elemento como una resistencia se tiene una caída de tensión, y como una batería se tiene un aumento de voltaje o potencial. Cuando existen dos o más elementos, existe un diferencial de potencial.
MÉTODOS PARA RESOLVER REDES A TRAVÉS DE LAS LEYES KIRCHHOFF 1. Método de la Corriente Derivada
2. Método del Formato.
3. Método General o de Análisis de Mallas.
BIBLIOGRAFÍA
• SERWAY, R. y JEWETT J. Electricidad y Magnetismo. Sexta Edición. Editorial Thompson, México., 2005.
• SEAR. ZEMANSKY. YOUNG. FREEDMAN. Física: Volumen 2. Novena Edición. Addison Wesley Longman. S.A. México., 1999.
• RESNICK, R. Y HOLLlDAY, D. Física. Tomo 11. Editorial Continental. México., 1986.
• Módulo del Prof. Fidias González.
