Capítulo 27. Corriente y Capítulo 27. Corriente y resistenciaresistencia

Presentación PowerPoint dePresentación PowerPoint dePaul E. Tippens, Profesor de FísicaPaul E. Tippens, Profesor de Física

Southern Polytechnic State Southern Polytechnic State UniversityUniversity© 2007

Objetivos: Objetivos: Después de Después de completar este módulo completar este módulo

deberá:deberá:• Definir Definir corriente eléctricacorriente eléctrica y y fuerza fuerza

electromotrizelectromotriz..• Escribir y aplicar la Escribir y aplicar la ley de Ohmley de Ohm a a

circuitos que contengan resistencia y circuitos que contengan resistencia y fem.fem.• Definir la Definir la resistividad resistividad de un material y de un material y aplicar fórmulas para su cálculo.aplicar fórmulas para su cálculo.

• Definir y aplicar el concepto de Definir y aplicar el concepto de coeficiente de temperatura de la coeficiente de temperatura de la resistenciaresistencia..

Corriente eléctricaCorriente eléctricaLa La corriente eléctricacorriente eléctrica I I es la es la tasa del flujo de carga tasa del flujo de carga QQ a a través de una sección través de una sección transversal transversal A A en una unidad en una unidad de tiempo de tiempo tt..

QIt

1C1 A1 s

Un Un ampereampere A A es la carga que es la carga que fluye a la tasa de un fluye a la tasa de un coulomb coulomb por segundopor segundo..

AA++

--AlambrAlambree

+Q+Q

tt

Ejemplo 1.Ejemplo 1. La corriente eléctrica en un La corriente eléctrica en un alambre es de 6 A. ¿Cuántos electrones alambre es de 6 A. ¿Cuántos electrones fluyen a través de un punto dado en un fluyen a través de un punto dado en un tiempo de 3 s?tiempo de 3 s?

I = 6 AI = 6 A; qI q It

t

qq = (6 A)(3 s) = 18 = (6 A)(3 s) = 18 CCRecuerde que: 1 eRecuerde que: 1 e-- = 1.6 x 10 = 1.6 x 10-19-19 C, luego C, luego

convierta:convierta:

-20

-19

1e18 C 18 C 1,125 x 10 electrons1.6 x 10 C

En 3 s: 1.12 x 1020 electrones

Corriente convencionalCorriente convencionalImagine un capacitor cargado con Imagine un capacitor cargado con Q = CVQ = CV

al que se permite al que se permite descargarse.descargarse.Flujo de electrones:Flujo de electrones: La La dirección de edirección de e- - que fluye de – que fluye de – a +. a +. Corriente convencional:Corriente convencional: El movimiento de +q de El movimiento de +q de + a – tiene el mismo + a – tiene el mismo efecto.efecto.

Los Los campos eléctricoscampos eléctricos y el y el potencialpotencial se se definen en términos de definen en términos de +q+q, así que se , así que se supondrá supondrá corriente convencional corriente convencional (incluso si (incluso si el flujo de electrones puede ser el flujo real).el flujo de electrones puede ser el flujo real).

++

--

+ -Flujo de

electrones

+ -+ -

e-

Flujo convencional

+

Fuerza electromotrizFuerza electromotrizUna Una fuente de fuerza electromotriz (fem)fuente de fuerza electromotriz (fem) es un dispositivo que usa energía química, es un dispositivo que usa energía química, mecánica u otra para proporcionar la mecánica u otra para proporcionar la diferencia de potencial necesaria para diferencia de potencial necesaria para corriente eléctrica.corriente eléctrica.

Líneas de Líneas de transmisiótransmisiónn

BateríaBatería Generador Generador eólicoeólico

Analogía de agua para Analogía de agua para FEMFEM

Presión baja

BombaAgua

Presión alta

VálvulaFlujode agua

Constricción

Fuente de FEM

Resistor

Potencial alto

Potencial bajo

Interruptor

E

RI

+ -

La La fuente de femfuente de fem (bomba) proporciona el (bomba) proporciona el voltajevoltaje (presión) para forzar (presión) para forzar electroneselectrones (agua) a través de una (agua) a través de una resistenciaresistencia eléctrica eléctrica (constricción estrecha).(constricción estrecha).

Símbolos de circuito Símbolos de circuito eléctricoeléctrico

Con frecuencia, los Con frecuencia, los circuitos eléctricos circuitos eléctricos contienen uno o más resistores agrupados contienen uno o más resistores agrupados y unidos a una fuente de energía, como y unidos a una fuente de energía, como una batería.una batería.Con frecuencia se usan los siguientes Con frecuencia se usan los siguientes

símbolos:símbolos:

+ - + -- + - + -

Tierra Batería-+

Resistor

Resistencia eléctricaResistencia eléctricaSuponga que se aplica una diferencia de potencial Suponga que se aplica una diferencia de potencial constante de constante de 4 V4 V a los extremos de barras a los extremos de barras geométricamente similares de, por decir, acero, geométricamente similares de, por decir, acero, cobre y vidrio.cobre y vidrio.

4 V 4 V 4 V

Acero Cobre Vidrio

Is Ic Ig

La corriente en el vidrio es mucho La corriente en el vidrio es mucho menor para el acero o el hierro, lo que menor para el acero o el hierro, lo que sugiere una propiedad de los materiales sugiere una propiedad de los materiales llamada llamada resistencia eléctrica R.resistencia eléctrica R.

Ley de OhmLey de OhmLa La ley de Ohmley de Ohm afirma que la corriente afirma que la corriente II a través a través

de un conductor dado es directamente de un conductor dado es directamente proporcional a la diferencia de potencial proporcional a la diferencia de potencial VV entre entre

sus puntos extremos.sus puntos extremos.

La ley de Ohm permite definir la La ley de Ohm permite definir la resistencia Rresistencia R y escribir las siguientes y escribir las siguientes formas de la ley:formas de la ley:

; ; V VI V IR RR I

VIOhm deLey

Ejemplo 2. Ejemplo 2. Cuando una batería de Cuando una batería de 3 V3 V se conecta a una luz, se observa una se conecta a una luz, se observa una corriente de corriente de 6 mA6 mA. ¿Cuál es la . ¿Cuál es la resistencia del filamento de la luz?resistencia del filamento de la luz?

Fuente de FEM

RI

+ -

V = 3 V6 mA

3.0 V0.006 A

VRI

RR = 500 = 500 La La unidad SIunidad SI para la para la resistencia eléctrica es el resistencia eléctrica es el ohmohm, ,

1 V1 1 A

AmperímetrAmperímetroo

VoltímetrVoltímetroo

ReóstatoReóstatoFuente Fuente de FEMde FEM

Reóstato

ASímbolos de circuito de laboratorioSímbolos de circuito de laboratorio

V fem-

+

Factores que afectan la Factores que afectan la resistenciaresistencia

1. La 1. La longitud Llongitud L del material. Los del material. Los materiales más largos tienen mayor materiales más largos tienen mayor resistencia.resistencia.

1 1 LL

2 2 2L2L

2. 2. El El área Aárea A de sección transversal del de sección transversal del material. Las áreas más grandes ofrecen material. Las áreas más grandes ofrecen MENOSMENOS resistencia. resistencia.

2 2 AA

1 1

22AA

Factores que afectan R Factores que afectan R (Cont.)(Cont.)

3. 3. La La temperatura Ttemperatura T del material. Las del material. Las temperaturas más altas resultan en temperaturas más altas resultan en resistencias resistencias más altasmás altas..

4. El tipo del 4. El tipo del materialmaterial. El hierro tiene . El hierro tiene más resistencia eléctrica que un más resistencia eléctrica que un conductor de cobre conductor de cobre geométricamente similar.geométricamente similar.

RRoo

R > RR > Roo

RRii > R > RccCobreCobre HierroHierro

Resistividad de un Resistividad de un materialmaterial

La La resistividad resistividad es una propiedad de un es una propiedad de un material que determina su resistencia material que determina su resistencia

eléctrica eléctrica RR..Al recordar que Al recordar que RR es directamente es directamente proporcional a la longitud proporcional a la longitud LL e e inversamente proporcional al área inversamente proporcional al área AA, , se puede escribir:se puede escribir:

or L RARA L

La unidad de resistividad es el La unidad de resistividad es el ohm-metro ohm-metro ((m)

Ejemplo 3.Ejemplo 3. ¿Qué ¿Qué longitudlongitud LL de alambre de alambre de cobre se requiere para producir un de cobre se requiere para producir un resistor de resistor de 4 m4 m? Suponga que el ? Suponga que el diámetro del alambre es diámetro del alambre es 1 mm 1 mm y que la y que la resistividad resistividad del cobre es del cobre es 1.72 x 101.72 x 10-8 -8

..mm ..2 2(0.001 m)

4 4DA

AA = 7.85 x 10 = 7.85 x 10-7-7 m m22

LRA

-7 2

-8

(0.004 )(7.85 x 10 m )1.72 x 10 m

RAL

L = 0.183 mLa longitud requerida La longitud requerida es:es:

Coeficiente de Coeficiente de temperaturatemperatura

Para la mayoría de los materiales, la Para la mayoría de los materiales, la resistencia resistencia RR cambia en proporción a la cambia en proporción a la resistencia inicial resistencia inicial Ro y al cambio en y al cambio en temperatura temperatura tt..

0R R t Cambio en Cambio en resistencia:resistencia:

El El coeficiente de temperatura de la coeficiente de temperatura de la resistencia, resistencia, es el cambio en resistencia por es el cambio en resistencia por unidad de resistencia por unidad de grado en unidad de resistencia por unidad de grado en cambio de temperatura.cambio de temperatura.

C1 :es Unidad;

0 tRR

Ejemplo 4.Ejemplo 4. La resistencia de un alambre de La resistencia de un alambre de cobre es cobre es 4.00 m4.00 m a a 202000CC. ¿Cuál será su . ¿Cuál será su resistencia si se calienta a resistencia si se calienta a 808000CC? Suponga ? Suponga que que = 0.004 /C= 0.004 /Coo..

0 00 ; (0.004 / C )(4 m )(60 C )R R t R

RRoo = 4.00 m = 4.00 mt = 80t = 80ooC – 20C – 20ooC = C = 60 C60 Coo

R = 1.03 m

R = RR = Roo + + RR

R = R = 4.00 m4.00 m + 1.03 mm

R = 5.03 m

Potencia eléctricaPotencia eléctricaLa La potencia eléctrica potencia eléctrica P P es la tasa a la que se es la tasa a la que se gasta la energía eléctrica, o trabajo por unidad gasta la energía eléctrica, o trabajo por unidad de tiempo.de tiempo.

V q

V

Para cargar C: Trabajo = Para cargar C: Trabajo = qVqV

Sustituya Sustituya q = It , q = It , entonces:entonces:VItP

t P = VI

I

tqI

tqV

tTrabajoP e

Cálculo de potenciaCálculo de potenciaAl usar la ley de Ohm, se puede encontrar la Al usar la ley de Ohm, se puede encontrar la potenciapotencia eléctrica a partir de cualquier par eléctrica a partir de cualquier par de los siguientes parámetros: de los siguientes parámetros: corriente corriente II, , voltajevoltaje VV y y resistencia resistencia RR..

Ley de Ohm: Ley de Ohm: V = IRV = IR

22; ; VP VI P I R P

R

Ejemplo 5.Ejemplo 5. Una herramienta se clasifica en Una herramienta se clasifica en 9 A9 A cuando se usa con un circuito que proporciona cuando se usa con un circuito que proporciona 120 V.120 V. ¿Qué potencia se usa para operar esta ¿Qué potencia se usa para operar esta herramienta?herramienta?P = VI =P = VI = (120 V)(9 A) (120 V)(9 A) P = 1080

W

Ejemplo 6.Ejemplo 6. Un calentador de 500 W Un calentador de 500 W extrae una corriente de 10 A. ¿Cuál es la extrae una corriente de 10 A. ¿Cuál es la resistencia?resistencia?

R = 5.00 22 2

500 W; (10 A)

PP I R RI

Resumen de fórmulasResumen de fórmulasQIt

1C1 A1 s

Corriente eléctrica:

; ; V VI V IR RR I

Ley de Ohm

ampere 1 volt1ohm 1aResistenci

Coeficiente de temperatura de la resistencia:

Resumen (Cont.)Resumen (Cont.)

or L RARA L

22; ; VP VI P I R P

R

0R R t

Resistividad Resistividad de de

materiales:materiales:

Potencia eléctrica P:

C1 :s Unidade;

0 tRR

CONCLUSIÓN: Capítulo 27CONCLUSIÓN: Capítulo 27Corriente y resistenciaCorriente y resistencia