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Corriente eléctrica

Una corriente eléctrica es un movimiento ordenado de cargas eléctricas (electrones libres) en un conductor. Se define la intensidad de la corriente (i) como la carga que pasa por una sección transversal de un conductor, por unidad de tiempo:

Q

i =

t

La unidad de medida para la corriente es C

s

   

  que equivale a Ampere (A).

Algunos submúltiplos son: miliampere= mA=10-3 _{A; microampere=μA=10}-6 _A

Resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica R es la oposición que encuentra la corriente a su paso por un conductor, dificultando la libre circulación de los electrones libres

La resistencia de un conductor depende de su forma, se ha comprobado experimentalmente que la resistencia R de un conductor es directamente proporcional a su largo L e inversamente proporcional a su área de sección transversal L, también influye la naturaleza de cada material, lo que se denomina resistividad ρ. Por lo tanto, la resistencia de un conductor queda determinada por la siguiente relación:

L

R = ρ

A

Dónde: R es la resistencia del conductor en Ohm (Ω) que equivale a (volt/A), L es el largo del conductor en metros, A representa su área de sección (m2_{) y ρ}

la resistividad, cuya unidad es (Ωm) y su valor depende del tipo de material

Ley de Ohm

Establece que la corriente que se circula por una resistencia R es directamente proporcional al voltaje aplicado en sus extremos. Por lo tanto, podemos decir que el cuociente entre el voltaje y la corriente es constante, esta constante es la resistencia del material que no depende del voltaje aplicado

V

_{= R}

i

GUIA DE FÍSICA

LEY DE OHM

Nombre: ____________________________________ Curso. 4º Medio: ____

Gráficamente:

Transformación de Energía eléctrica en calórica

Cuando un electrón acelera y se desplaza a través de un conductor, gana cierta cantidad de energía cinética que luego cede a los átomos fijos al chocar con ellos. Esta energía hace aumentar la vibración de los átomos fijos transformándose en calor.

Por lo tanto, una carga que se desplaza a través de un conductor gasta energía, esto da como resultado el calentamiento del conductor. La razón de conversión de energía eléctrica en cualquier otra forma de energía se llama potencia eléctrica.

La definición fundamental de potencia:





Joule

Watt

seg





_









Energía (E)

Potencia (P) =

Tiempo (t)

Fórmulas para la Potencia en el ámbito eléctrico:



P = i V (1)

Remplazando la relación de la ley de Ohm V=R

i en la ecuación anterior, se obtienen otras dos fórmulas para determinar la potencia:



2

P = i R (2)

2

V

P =

(3)

R

Las expresiones anteriores permiten determinar la energía cedida por unidad de tiempo, si se quiere determinar la energía desarrollada se debe emplear la relación:



Efecto y Ley de Joule

La transformación en calor de la energía cedida por la corriente a los átomos fijos del conductor se conoce como efecto Joule.

Ley de Joule

“La cantidad de calor desarrollada por una corriente es un conductor de resistencia constante, es directamente proporcional al cuadrado de su intensidad y al tiempo de circulación”

Experimentalmente Joule obtuvo la conclusión anterior, por lo tanto, es posible determinar la cantidad de calor generada en un cable debido al paso de la corriente:





2

Q = i R t

Donde i= corriente en (A); R= resistencia eléctrica en (Ω); t= tiempo en (s) y Q es la cantidad de calor en Joule.

Recordar que 1 cal = 4,186 J si se desea expresar el calor en calorías

Aplicaciones:

- Artefactos utilizados como calefactores - Hornos eléctricos

- Fusibles

- Iluminación eléctrica por incandescencia

El costo de la energía eléctrica

El precio de la energía eléctrica suministrada por la compañía de energía eléctrica varía según el país, la zona y la cantidad total suministrada.

EJERCICIOS

CORRIENTE ELECTRICA

1. Por una sección de un conductor pasan 16 C en 8 s. Determina la corriente (R: 2 A)

2. Por una sección de un conductor circulan 120 C en 1 minuto y 20 s . Determina la corriente (R: 1 A)

3. Por un conductor circula una corriente de 10 A. ¿Cuántos electrones circulan en media hora? (R: 1,125x1023 _electrones)

4. ¿Cuánto tiempo se requiere para que por una sección transversal de un alambre circulen 36000 C si la corriente tiene una intensidad de 5 A? (R:2 h)

5. Por un conductor circula una corriente de 10 A. ¿Cuántos electrones circulan en media hora? (R: 1,125x1023 _electrones)

6. En un conductor circula una corriente de 3 A. ¿En cuánto tiempo circulan 450 C de carga? (R: 2 min 30 s)

7. Por un conductor circula una corriente cuya intensidad es de 30 mA. ¿Cuántos electrones circulan en 40 s? (R:7,5x1018 _electrones)

8. Por un conductor circulan 12,5x1015 _{electrones en 1 min 40 s. Determina}

la intensidad de la corriente (R: 20 µA)

RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR

1. Un alambre cuya resistividad es de 3,5x10-5 _{Ωm, tiene una longitud de}

4 m y una sección de 0,6 mm2_{. Determina su resistencia (R≈233 Ω)}

2. Determina La resistencia eléctrica de un alambre de cobre de 1 m de longitud, cuya área de sección transversal es de 2 mm2

(ρ= 8

1,7 10  Ωm) (R: 8,5x10-3 Ω)

3. Un alambre de cobre de 5 m de largo, tiene una sección de 2 mm2:

A. calcula la resistencia del alambre (R: 0,0425 Ω)

B. si la sección transversal aumenta al doble. ¿Cuál será el valor de la resistencia? (R:0,012125 Ω)

4. Un alambre de largo L y sección A tiene una resistencia R Indica el nuevo valor de R, si cuadruplica su largo (R: 4R)

6. Un alambre de largo L y sección A tiene una resistencia R Indica el nuevo valor de R, si

A. Se duplica el largo y el área de sección (R: cte) B. Se cuadruplica el largo y el área se duplica (R: 2R)

C. El largo se reduce a la mitad y el área se cuadriplica (R: R/8) D. El largo se duplica y el área se reduce a la cuarta parte (R: 8R)

7. Un alambre de largo L y sección A tiene una resistencia R ¿Cómo varía la resistencia de un alambre si duplica su radio y el largo? (R: R/2)

8. Un alambre de largo L y sección A tiene una resistencia R ¿Cómo varía la resistencia de un alambre si duplica su diámetro? (R: R/4)

9. Un alambre de largo L y sección A tiene una resistencia R. Indica el nuevo valor de R si:

A. Se cuadruplica el largo y se duplica el radio (R: cte)

B. El largo se reduce a la mitad y se duplica el radio (R: R/8) C. Se duplica el largo y el radio se reduce a la mitad (R: 8R)

D. El radio se reduce a la cuarta parte y el largo se reduce a la mitad (R: 32R)

E. El largo y el radio se reduce a la tercera parte (R: 27R)

10. Un alambre tiene una resistencia de 4 Ω, si este se estira hasta triplicar su longitud manteniendo constante su volumen. Hallar la nueva resistencia (R: 36 Ω)

11. Un alambre mide 480 cm y una resistencia de 1000 Ω. ¿Qué largo debería tener para que su resistencia sea de 400 Ω? (R: 192 cm)

LEY DE OHM

12. ¿Qué intensidad de corriente circulara por un conductor de 4Ω de resistencia si se le aplica un voltaje de 80 V? (R: 20 A)

13. ¿Qué intensidad de corriente circulará por un conductor de 6Ω. de resistencia si se le aplica un voltaje de 108 V? (R: 18 A)

14. ¿Cuál es la resistencia de cierto conductor que al aplicarle un voltaje de 220 V experimenta una corriente de 11 A? (R: 20 Ω)

16. ¿Cuál es la resistencia de una ampolleta eléctrica si conectada a una fuente de 10 V pasa por ella una corriente de 20 mA? (R= 500 Ω)

17. ¿Qué corriente pasa por un “tostador de pan” que trabaja con 220 V si su resistencia es de 25 Ω? (i = 8,8 A)

18. En una resistencia de una radio de 2 megaohm fluye una corriente de 5 mA. ¿Cuál es el voltaje en la resistencia? (V= 104 _volt)

19. ¿Cuál es la resistencia de un calefactor eléctrico que conectado a la red pública de 220 V deja pasar una corriente de 250 mA? (R=880 Ω)

20. ¿Cuál es la intensidad de la corriente que circula por una resistencia de 500 Ω que está conectada a una batería de 6 V? (i=12 mA)

21. Una batería de 12 V se conecta a un dispositivo produciendo una corriente de 24 mA. Si el dispositivo obedece a la ley de Ohm. ¿Cuánta corriente fluirá cuando se usa una batería de 24 V? (R: 48 mA)

22. El grafico muestra el voltaje en función de la corriente para una determinada resistencia

A. ¿Es óhmico el elemento?

B. ¿Cuánto vale la resistencia? (R: 40 Ω)

C. Al duplicar el voltaje aplicado ¿Qué sucede con el valor de la corriente que pasa por la resistencia? (se duplica)

D. Al duplicar el voltaje aplicado ¿Qué sucede con el valor de la resistencia? (permanece constante)

E. ¿Qué voltaje se debe aplicar a la resistencia para que sea recorrida por una corriente de 2 A? (R: 80 V)

23.

El grafico muestra la relación entre corriente y voltaje en una resistencia

A. ¿Cuál es el valor de la resistencia? (R: 4 KΩ)

B. Si se aplica un voltaje de 72 V a la resistencia, ¿Cuál es la corriente que circula por ella? (R: 18 mA)

24.

A. ¿Cuál es la resistencia del alambre? (_{ρCu 1,7 10 } 8 _{ m) (R: 5,7 Ω)}

B. ¿Cuál es voltaje aplicado en los extremos del alambre? (R: 57 V)

25. El voltaje aplicado a un conductor es de 300 Volt y por cualquier sección recta de este conductor pasan 6000 C en 5 min. Determina la resistencia del conductor (R: 15 A)

Según algunos investigadores:

 La corriente que al circular por nuestro cuerpo nos provocaría un “hormigueo”, permitiéndonos soltar el conductor cuando quisiéramos, está en el rango de 1(mA) y 10(mA).

 Una corriente de 50(mA) nos dejaría en estado de coma después de unos segundos.

El factor tiempo, junto a la intensidad de la corriente, es importantísimo en las consecuencias de una descarga a través del cuerpo humano

26. Si nuestra piel está seca nuestra resistencia es de 4000Ω, ¿qué intensidad de corriente soporta cuando si se toma contacto con los 220 V del enchufe?

27. Si nuestra piel está mojada nuestra resistencia se reduce a unos 500Ω. ¿Qué intensidad de corriente circularía por nuestro cuerpo en la situación anterior?

ENERGIA ELECTRICA

28. Un horno eléctrico funciona durante un minuto y circula por él una corriente de 10 A. Si la resistencia del horno es de 5 Ω. ¿Cuánto calor se genera?

29. Un motor eléctrico está conectado a una fuente de 220 volt y circula una corriente de 10 A. Calcular la energía que genera en una hora

30. Por una resistencia de 20 Ω circula una corriente de 5 A en un tiempo de 30 s. Determina la cantidad de calor generado

31. Un cable está sometido a un voltaje de 12,5 volt y circula una corriente de 300 A. ¿Cuál es la energía disipada en 1 minuto?

32. Por una resistencia de 5 Ω pasa una corriente de 10 A. ¿Cuánto calor se genera en un minuto?

34. Cuando una cocina eléctrica está conectada a 220 volt consume 500 W. ¿Qué potencia consumirá si se conecta a 110 volt?

35. Una ampolleta de 100 W se conecta a los 220 volt. Calcular:

a) la corriente A. la resistencia

B. el costo de tenerla encendida durante 10 h a razón de $ 267 el KWh

36. Se desea fabricar una estufa eléctrica que tenga una potencia de 500 W y funcione con una tensión de 220 V. ¿Qué resistencia debe tener el alambre utilizado?

37. ¿Con que voltaje debe trabajar una plancha eléctrica cuya resistencia es de 146 Ω y que desarrolla 78,84 cal por segundo?

38. ¿Qué resistencia debe tener un calefactor que conectado a 220 V produce teóricamente 1320 cal en ½ minuto?

39. Una estufa eléctrica de 800 W se hace funcionar durante ¾ de hora. Calcular:

A. El calor producido en ese tiempo B. Lo que se gasta a $ 14 el kw-h

C. La resistencia de ese aparato si funciona conectado a la red de 220 V

40. Un motor tiene una potencia de 800 watts y funciona conectado a la red de 220 V.

A. ¿Cuánto tiempo debe permanecer en funcionamiento para que consuma 4 (kw-h)?

(R: 5 h)

B. ¿Qué resistencia presenta el motor al paso de la corriente? (R: 60,5 )