Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

download Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

of 71

Transcript of Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    1/71

    TEMARIO

    Unidades:

    1. Electrosttica2. Electrodinmica

    3. Campo Magntico

    4. Electromagnetismo

    1

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    2/71

    Subtemas:

    2.1. Corriente, voltaje ypotencia.

    2.2. Resistencia.

    2.3. Ley de Ohm.

    2.4. Leyes de Kirchhoff yaplicaciones.

    2.5. Energa Elctrica y

    Potencia.

    2

    2. Electrodinmica

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    3/71

    2.1. Corriente elctrica, voltaje y potencia

    Introduccin: Corriente Elctrica cap. 25. 846 (164)

    En los temas anteriores se estudi

    las interacciones de las cargas

    electrostticas o en reposo.

    Ahora se estudiaran situaciones

    que involucran el movimiento de

    cargas elctricas, (electrodinmica).

    En general, una corriente elctrica

    consiste en cargas en movimiento

    de una regin a otra.

    3

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    4/71

    2.1 Corriente elctrica

    Introduccin: Corriente Elctrica cap. 25. 846 (164)

    Cuando este desplazamiento tiene

    lugar en una trayectoria de

    conduccin que forma una espira

    cerrada, la trayectoria recibe el

    nombre de c ir cu ito elctr ic o .

    4

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    5/71

    2.1 Corriente elctrica

    Introduccin

    Los circuitos elctricos son un

    medio de transportar energa de

    un lugar a otro.

    Los circuitos elctricos son la

    base los reproductores de CD,

    las computadoras, y lossistemas domsticos e

    industriales de distribucin de

    energa elctrica.

    5

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    6/71

    2.1 Corriente elctrica

    Introduccin

    El sistema nervioso de los humanos son

    circuitos elctricos especializados que

    conducen seales vitales de una parte

    del cuerpo a otra (cerebro).

    6

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    7/71

    2.1 Corriente elctrica

    Una corr ien te elctr ica (co rr ien te )

    consiste en el movimiento cargas de una

    regin a otra atraves de cierta rea.

    7

    En un metal comn, como el cobre o el aluminio, algunos

    de los electrones estn en libertad para moverse dentrodel material conductor. Con una rapidez del orden de 106

    m/s. No obstante, los electrones no escapan del material

    conductor, ya que son atrados hacia los iones positivos

    del material.

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    8/71

    2. 1 Corriente elctrica

    Movimiento de los electrones 25.1 847(165)

    El movimiento de los electrones es aleatorio, por lo que no hay

    un flujo neto de carga en ninguna direccin y, por consiguiente,

    no existe corriente.

    8

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    9/71

    2. 1 Corriente elctrica

    Movimiento de los electrones25.1 847(165)

    Ahora, considere lo que pasa si se establece

    un campo elctrico Econstante y estable

    dentro de un conductor.

    En ese caso, una partcula con carga (como

    un electrn libre) en el interior del material

    conductor se somete a una fuerza estable

    F=qE , esta partcula con carga se mueve, la

    carga produce una fuerza estable en ladireccin de la fuerza F , por lo tanto existi r

    una cor r iente elctr ica.

    9

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    10/71

    2.1 Corriente elctrica

    Direccin del flujo de corriente 25.2 848(166)

    Definimos que la corriente (I ), va en

    la direccin en la que hay un flujo de

    cargapositiva.Aunque la direccin de la corriente

    convencional no es necesariamente

    la misma en que se desplazan en

    realidad las partculas con carga,veremos que el signo de las cargas

    en movimiento tiene poca importancia

    en el anlisis de los circuitos

    elctricos.10

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    11/71

    2.1 Corriente elctrica

    Tasa de transferenc ia 25.2 848 (166)

    La corriente Ies la tasa de

    transferencia de carga a travs

    del rea de la seccintransversal A.

    En promedio, la componente

    aleatoria del movimiento de

    cada partcula con carga escero, y la corr iente va en la

    m isma direcc in de E s in qu e

    impo rte si las cargas en

    movim iento son po si t ivas.11

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    12/71

    2. 1 Corriente elctrica

    Definicin

    Definimos la corriente a travs del rea de

    seccin transversal A: como la carga netaque fluye a travs del rea por unidad de

    tiempo. De esta forma, si una carga neta

    dQfluye a travs de un rea en el tiempo

    dt, la corriente (I )a travs del rea es:

    12

    dQI

    dt

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    13/71

    2. 1 Corriente elctrica

    Unidades

    La unidad del SI para la corriente es el

    ampere. Un ampere se define como un

    coulomb por segundo (1 A= 1 C/s). Esta

    unidad recibe su nombre en honor del

    cientfico Frances Andr Marie Ampre

    (1775-1836).

    Por ejemplo, cuando se enciende una linternacomn (de pilas tamao D), la corriente en

    ella es aprox. de 0.5 a 1 A; focos hasta 100w

    1 A, horno de microondas 10 A, tv 1 o 2

    A ,PC 2 A. Plancha 10-15 A etc.13

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    14/71

    2.1 Corriente elctrica

    Densidad de corriente J

    La corrientepor unidad de rea de la seccin

    transversal se denomina dens idad de corrienteJ:

    Las unidades de la densidad de corriente son

    amperes por metro cuadrado (A/ m2).

    14

    .dDonde v es la Velocidad derivativa

    n densidad de electrones libresd

    IJ nqv

    A

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    15/71

    2.1 Corriente elctrica

    Problema

    Un alambre de cobre del nmero 18 (el calibre que por lo general

    se utiliza en los cables para lmparas), tiene un dimetro nominal

    de 1.02 mm. Conduce una corriente constante de 1.67 A paraalimentar una bombilla de 200 watts. La densidad de electrones

    libres es de 8.5 X 1028 electrones por metro cbico. Determinelas magnitudes de la densidad de co rr iente

    15

    d

    IJ nqv

    A

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    16/71

    2. 1 Corriente elctrica

    Solucin

    La densidad de co rr iente

    Primero se calcula el rea:

    La densidad es:

    16

    2

    327 21.02 10 8.17 10

    4 4

    x mdA x m

    627 2

    1.672.04 10

    8.17 10

    I A AJ xmA x m

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    17/71

    2.2 Resistencia Ver La Practica5

    Introduccin

    En un circuito impreso, los alambres de

    cobre, o trazos (circuitos elctricos) estn

    impresos directamente sobre la superficiede la tarjeta. Aun cuando los trazos se

    encuentran muy prximos entre s (a un

    milmetro de distancia), la base de

    baquelita (aislante) tiene una resistividad

    muy alta (baja conductividad) encomparacin con el cobre que tiene baja

    resistividad (alta conductividad) , el

    espacio (baquelita) no permite que

    ninguna corriente puede fluir entre los

    trazos.17

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    18/71

    2.2 Resistencia 25.2 852(169)

    Definicin

    Resistencia elctrica: es toda oposicin que encuentra la

    corriente a su paso por un circuito elctrico cerrado,

    atenuando o frenando el libre flujo de circulacin de lascargas elctricas o electrones.

    Conductores (baja resistencia) Aislantes (alta resistencia)

    18

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    19/71

    2.2 Resistencia

    Materiales conductores:

    En los metales, los electrones ms

    alejados de los ncleos adquieren

    libertad de movimiento en el interiordel slido.

    Generalmente metales (Cu (29), Al

    (13), Ag (47)), tienen una alta

    conductividad elctrica para

    transportar corriente elctrica y

    energa sin prdidas.

    19

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    20/71

    Materiales aislantes:

    En contrapartida a los conductores,

    existen materiales en los cuales los

    electrones est firmemente unidos a susrespectivos tomos.

    En consecuencia, estos materiales no

    poseen electrones libres y no ser posible

    el desplazamiento de carga a travs deellos.

    20

    Ejemplos son, cermicos o polmeros, tienen una

    conductividad elctrica muy baja para impedir los arcos

    elctricos entre conductores.

    2.2 Resistencia

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    21/71

    2.2 Resistencia

    Resistividad

    La resistividad ()de un material se define como la

    razn de las magnitudes del campo elctrico y la

    densidad de corriente:

    Unidades:

    21

    .E V m

    AJ

    Vm Vcomo

    A A

    m

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    22/71

    2.2 Resistencia 23.5 853 (171 )

    ResistenciaRelacin entre el valor de la corriente y la diferencia de

    potencia.

    Se parte de que se tiene un conductor de alambre con seccin

    transversalA y de longitudL. Cuando se cumple la ley de ohm

    es constante e independiente de y es directamenteproporcional a son uniformes atreves del conductor.

    y22

    E J donde J es la dencidad de I

    E es el campo Electrico

    E

    J

    I VI JA y V EL J y E

    A L

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    23/71

    2.2 Resistencia 23.5 853 (171 )

    ResistenciaSustituyendo en la ecuacin anterior:

    Esto demuestra que cuando es constante la corrienteI

    es proporcional a la diferencia de potencial V.

    Por lo tanto razn de V aI para un conductor se llamaResis tencia (R)

    Relacin entre resistenc ia y resis t iv idad23

    V I L

    V IL A A

    VR ley de Ohm

    I

    L

    R A

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    24/71

    2.3 Ley de Ohm Cap.26 881 (199)

    Introduccin

    Los circuitos se encuentran en

    muchos dispositivos electrnicos

    como: el interior de su televisor,computadora o equipo estereofnico,

    o bajo el cap de un automvil, etc.

    24

    Ya sea que estn conectados mediante alambres o

    integrados en un chip, es frecuente que estos circuitosincluyan varias fuentes, resistores y otros elementos,

    como capacitores, transformadores y motores,

    interconectados en una red.

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    25/71

    2.3 LEY DE OHM

    Introduccin

    La Ley de Ohm, fue postulada por el fsico y

    matemtico alemn G. Simn Ohm, es una de las

    leyes fundamentales de la electrodinmica.

    Vinculada a las unidades bsicas presentes en

    cualquier circuito:

    Tensin o voltaje "E , U o V ", en volt (V).

    Intensidad de la corriente " I", en ampere (A).Resistencia "R" en ohm () de la carga o

    consumidor conectado al circuito.

    25

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    26/71

    2.3 Ley de Ohm

    Introduccin

    Esta ley muestra la relacin que existe entre la corriente,

    la tensin y la resistencia que concurren en un circuito

    elctrico. Es la misma relacin que habra en un circuito

    hidrulico entre el caudal, las dimensiones de la tubera

    y la diferencia de altura o presin.

    26

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    27/71

    2.3 Ley de Ohm

    Postulado general de la Ley de Ohm:

    El flujo de corriente (A ) que circula por un circuito elctrico

    cerrado, es directamente proporcional a la tensin o voltajeaplicado (V), e inversamente proporcional a la resistencia en

    ohm () de la carga que tiene conectada.

    Unidades:

    I en Amperios (A ) , R en Ohmios (), y Ven Voltios (V).27

    VIR

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    28/71

    2.3 Ley de Ohm

    Circuitos en serie, paralelo, combinado

    Es frecuente que tales circuitos contengan varios

    resistores conectados en serie, paralelo o combinados

    Tienen dos funciones bsicas: limitan o dividen lacorriente, o reducen o dividen un voltaje.

    Un ejemplo: series de luces que se usan en la

    decoracin navidea; cada bombilla acta como

    resistor, y desde la perspectiva del anlisis de circuitoscada foco es tan slo una combinacin de resistores.

    28

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    29/71

    2.3 Ley de Ohm

    Circuitos en serie, paralelo26.1 881 (200)

    Suponga que se tienen tres resistores con resistencias R1, R2y

    R3. Diferentes formas en que stos se pueden conectar entre

    los puntos a y b son:

    Serie Paralelo

    29

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    30/71

    2.3 Ley de Ohm

    Circuitos combinados

    Combinando la serie y paralelo se pueden conectar entre

    los puntos a y b como:

    R1 en serie con una combinacin R1 en paralelo con una combinacin

    en paralelo de R2y R3 en serie de R2y R3

    30

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    31/71

    2.3 Ley de Ohm

    Circuitos combinados

    Para cualquier combinacin de resistores siempre es

    posible encontrar un resistor nico que podra remplazar

    la combinacin y dar como resultado la misma corriente ydiferencia de potencial totales. La resistencia de este

    resistor nico se llama resistencia equivalente (Req). En

    las combinaciones anteriores su resistencia equivalente

    Req, se podra escribir:

    Donde Vab, es la diferencia de potencial entre a y b

    I es la corriente31

    abab eq eq

    VV IR o RI

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    32/71

    2.3 Ley de Ohm

    Circuitos en serie

    La figura muestra tres resistores que estn en serie, la

    corriente (I ) debe ser la misma en todos ellos.

    Al aplicar V = IR a cada resistor, se obtiene

    32

    1 2 3ax xy ybV IR V IR V IR

    1 2 3ab ax xy ybV V V V I R R R

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    33/71

    2.3 Ley de Ohm

    Circuitos en serie

    La resistencia equivalente (Req) ser:

    Generalizando para cualquier numero de resistores:

    La resistencia equivalente de cualquier nmero de resis tores

    en serie es igual a la suma de sus resistencias individuales.33

    1 2 3 1 2 3ab

    eqV R R R R R R RI

    1 2 3 .......eqR R R R

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    34/71

    2.3 Ley de Ohm

    Circuitos paralelo

    La figura muestra tres resistores que estn enparalelo, la

    corriente que pasa a travs de cada resistor no necesita

    ser la misma. Pero la diferencia de potencial entre lasterminales de cada resistor debe ser la misma e igual a Vab

    . Se tiene una corriente para cada resistencia como:

    34

    1 2 3

    1 2 3

    ab ab abV V VI I IR R R

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    35/71

    2.3 Ley de Ohm

    Circuitos paralelo

    Si los resistores estn enparalelo se resistencia

    equivalente es:

    35

    1 2 31 2 3

    1 1 1abI I I I V

    R R R

    1 2 3 1 2 3

    1 1 1 1 1 1

    ab eq

    I I

    V R R R R R R R

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    36/71

    2.3 Ley de Ohm

    Circuitos paralelo

    Si los resistores estn enparalelo se resistencia

    equivalente generalizando para cualquier numero de

    resistores:

    Para cu alqu ier nmero de resis to res en paralelo , el recproc o

    de la resis tencia equivalente es igual a la sum a de los

    recpro cos de s us resistenc ias in div iduales.

    36

    1 2 3

    1 1 1.......

    eq

    I

    R R R R

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    37/71

    2.3 Ley de Ohm

    Problema: Serie y Paralelo26.2 885(203)

    Dos bombillas idnticas se conectan a una fuente con = 8

    V y resistencia interna despreciable. Cada bombilla tiene

    una resistencia R =2 .Calcule la corriente a travs de cada bombilla y la

    diferencia de potencial a travs de sta haga lo mismo

    para toda la red si las bombillas estn conectadas

    a) En serie y b) En paralelo.

    37

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    38/71

    2.3 Ley de Ohm

    Problema: serie

    Solucin: a) en serie

    La corriente es la misma:

    La diferencia de potencial es:

    38

    1 2 2 2 4eqR R R

    8

    24

    ac

    eq

    V

    I AR

    (2 )(2 ) 4 8ab bc ac ab bcV V IR A V V V V V

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    39/71

    2.3 Ley de Ohm

    Problema: paralelo

    Solucin: b) en paralelo.

    La corriente es:

    La diferencia de potencial es:

    39

    1 2

    84

    2

    deVI I A

    R

    8deV V

    1 2

    1 1 1 1 1

    2 2 1

    1

    eq

    eq

    I

    R R R

    R

    1 2 4 4 8TI I I A

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    40/71

    2.3 Ley de Ohm

    Interpretacin

    Cuando se conectan a la misma fuente voltaje de 8 volts,

    dos focos en serie (imagen superior) consumen menos

    potencia y brillan menos que si se conectan en paralelo(imagen inferior).

    40

    4ab bc

    V V V

    8abV V

    1eqR

    4eqR

    abV

    I R

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    41/71

    2.3 Ley de Ohm

    Problema: combinado 26.1 884 (202)

    Calcule la resistencia equivalente de la red que se ilustra en

    la figura, si tiene un diferencia de potencial de voltaje de

    Vab=18 volts. Obtenga la corriente y la diferencia depotencial en cada resistor.

    41

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    42/71

    2.3 Ley de Ohm

    Problema: combinado

    Solucin: Se tiene un circuito combinado, primero se

    obtiene la resistencia equivalente para las resistencias

    paralelas:

    42

    1 1 12

    6 3 2 eq

    eq

    IR

    R

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    43/71

    2.3 Ley de Ohm

    Solucin:

    Solucin: Ahora se obtiene un circuito en serie cuya la

    resistencia equivalente y la corriente (I):

    43

    1 2 4 2 6

    eqR R R

    183

    6

    acT

    eq

    VI A

    R

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    44/71

    2.3 Ley de Ohm

    Problema-solucin

    Solucin: Se obtiene la diferencia de potencial (V) para

    cada resistencia es: (En serie la corriente (I) es igual)

    44

    (3 )(4 ) 12 (3 )(2 ) 6ac T cbV I R A V y V A V

    18ab ac cb

    V V V V

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    45/71

    2.3 Ley de Ohm

    Problema

    Solucin: La corriente que circula por el por las

    resistencias en paralelo:

    Nota: Pasa el doble de corriente a travs del resistor de 3

    que a travs del resistor de 6 , es decir, pasa ms

    corriente por la trayectoria de menos resistencia, de

    acuerdo de ley de Ohm.45

    6

    6

    6 16

    cbVI AR

    6cb

    V V

    3

    3

    62

    3

    cbVI AR

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    46/71

    2.4. Reglas (Leyes) de Kirchhof 26.2

    Introduccin

    Muchas redes de resistores

    prcticas no se pueden reducir a

    combinaciones sencillas en serie y

    en paralelo. La figura es un circuitopuente, que se utiliza en muchos

    tipos diferentes de medicin y

    sistemas de control.

    46

    No se necesitan principios nuevos para calcular las corrientesen esa clase de redes, pero existen algunas tcnicas que

    ayudan a manejar en forma sistemtica los problemas que

    plantean. Uno de ellos son las reglas (leyes) Kirchhoff

    desarrollados por el fsico alemn Gustav Robert Kirchhoff

    (1824-1887).

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    47/71

    2.4. Reglas (Leyes) de Kirchhof 26.2

    En primer lugar, hay dos trminos que

    usaremos con frecuencia.

    Una unin: en un circuito es el punto en

    que se unen tres o ms conductores.Las uniones tambin reciben el nombre

    de nodoso puntos de derivacin.

    Una espira (mal la) es cualqu ier

    trayector ia cerrada de conduccin.

    47

    En la figura los puntos a y b son uniones, pero los puntos c y

    d no lo son; las lneas en color azul de las figuras ilustran

    algunas espiras (mallas) posibles en estos circuitos.

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    48/71

    2.4. Reglas (Leyes) de Kirchhof 26.2

    (Reglas/Leyes)

    Dos reglas (leyes):

    Regla de Kirchhoff de las uniones

    (nodos) : la suma algebraica de las

    corrientes en cualquier unin es igual acero.

    48

    Regla de Kirchhoff de las espiras(mallas): la suma algebraica de las

    diferencias de po tencial (vo ltaje) en

    cualquier espira, inclu so las asociadas

    con las fem y las de elementos con

    resistenc ia, debe ser igual a cero.

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    49/71

    2.4. Reglas (Leyes) de Kirchhof 26.2

    Convenciones de signo para la regla de las mallas.

    Primero suponga un sentido de la corriente en cada ramal del

    circuito e indquelo en el diagrama correspondiente. Cuando se

    pasa a travs de una fuente en la direccin de a +, la fem se

    considerapositiva; cuando se va de + a -, la fem se considera

    negativa.

    49

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    50/71

    2.4. Reglas (Leyes) de Kirchhof 26.2

    Cuando se va a travs de un resistor en el mismo sentido que el

    que se supuso para la corriente, el trmino IR es negat ivo

    porque la corriente avanza en el sentido del potencial

    decreciente. Cuando se pasa a travs de un resistor en el

    sentido opuesto a la corriente que se supuso, el trmino IR es

    positivo porque representa un aumento de potencial.

    Siempre se debe obtener cierto nmero de ecuaciones independientes

    igual al nmero de incgnitas, de manera que sea posible resolverlas

    simultneamente.50

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    51/71

    2.4. Reglas (Leyes) de Kirchhof 26.2Aplicaciones-problemas

    En el circuito como el que se ilustra en la figura una fuente de

    energa elctrica de 12 Vcon resistencia interna desconocida

    r est conectada a una batera recargable descargada con

    fem desconocida y resistencia interna de 1 , y a unabombilla indicadora con resistencia de 3 que transporta una

    corriente de 2 A. La corriente a travs de la batera

    descargada es igual a 1 A en el sentido que se indica. Calcule

    la corriente desconocida I, la resistencia interna ry la fem .

    51

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    52/71

    2.4. Reglas (Leyes) de Kirchhof 26.2Solucin

    Primero se aplica la regla de las uniones, ecuacin al

    nodos a. Se obtiene la corriente (I)

    52

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    53/71

    2.4. Reglas (Leyes) de Kirchhof 26.2Solucin

    Para determinar r se aplica la regla de las mallas ecuacin,

    a la malla exterior marcada con (1); se obtiene la

    resistencia interna (r) :

    53

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    54/71

    2.4. Reglas (Leyes) de Kirchhof 26.2

    SolucinPara determinar se aplica la regla de las mallas a la malla (2):

    Nota: La resistencias 3 son negativos porque nuestra espira

    atraviesa esos elementos en el mismo sentido que la corriente, por lo

    que encuentra cadas de potencial. La resistencia de 1 es positiva

    porque va contraria a al corriente

    54

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    55/71

    2.4. Reglas (Leyes) de Kirchhof 26.2Comprobacin

    Podemos comprobar nuestro resultado de utilizando la mallas

    (3) para obtener la ecuacin

    55

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    56/71

    2.5. Energa Elctrica y Potencia 26.5 (218)

    IntroduccinSistemas prcticos de distribucin de energa elctrica: Los hogares

    Automviles.

    En los hogares las lmparas, los motores y otros aparatos que operan

    en el interior de una casa siempre estn conectados en paralelo a la

    fuente de energa elctrica los cables provenientes de la compaa

    que suministra la electricidad a los hogares, usando corriente alterna

    (ca).

    56

    En Mxico, Estados Unidos

    y Canad, el voltajedomstico es 120 V, y en

    Europa es de 240 V.

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    57/71

    2.5. Energa Elctrica y Potencia 26.25 (218)

    Diagrama bsico de cableadoLnea de entrada son un par de conductores, se designa como ellado neutro; siempre est conectado a tierra en el tablero de

    servicio. Los electricistas hablan de los lados con corriente y

    neutro de la lnea. La mayora de los sistemas de cableadomodernos domsticos tienen dos lneas con corriente de

    polaridad opuesta con respecto a la neutra

    57

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    58/71

    2.5. Energa Elctrica y Potencia 26.28 (221)Cableado de viviendas

    Diagrama de un sistema de cableado comn de 120-220 V en una

    cocina. No se ilustran los alambres de conexin a tierra. Para cada

    lnea, el lado con corriente es de color rojo, y el lado neutro se muestra

    en azul.

    Es comn usar cable de calibre 12 (d= 2.05 mm ) para las lmparas y tomas de corriente

    empleen. Pueden conducir corriente mxima de 20 A (sin sobrecalentarse).

    58

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    59/71

    2.5. Energa Elctrica y Potencia 26.5

    Sobrecargas en el circuito y cortocircuitos

    La corriente mxima disponible desde

    un circuito individual est limitada por la

    resistencia de los alambres. La prdida

    de potencia I2

    Ren los alambres eleva latemperatura de stos, y en casos

    extremos esto puede provocar un

    incendio o fundir los alambres.

    Los fusibles y los interruptores de

    circuito, tambin llamados disyuntores obreakers, brindan proteccin contra

    sobrecargas y calentamiento excesivo.

    Pastillas electromagnticas

    59

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    60/71

    2.5. Energa Elctrica y Potencia 26.5

    Sistemas prcticos de distribucin de energa elctrica en

    automviles.

    Los automviles emplean corriente directa (cd), atreves de

    los cables de la batera y el alternador de un automvil.

    60

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    61/71

    2.5. Potencia en circuitos elctricos 25.5 (181)

    En los circuitos elctricos es ms frecuente que interese la rapidez

    con la que la energa se proporciona a un elemento de circuito o se

    extrae de l.

    Si la corriente a travs del elemento esI ,

    entonces en un intervalo de

    tiempo dtpasa una cantidad de carga dQ= I dta travs del elemento.

    El cambio en la energa potencial para esta cantidad de carga es: VabdQ= VabI dt. Si esta expresin se divide entre dt, se obtiene la

    rapidez a la que se transfiere la energa hacia fuera o hacia dentro de

    circuito. La potencia es la relacin de transferencia de energa por

    unidad de tiempo.

    Unidades: W =Watt.

    61

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    62/71

    2.5 Potencia en circuitos elctricos 25.5

    Potencia en una resistencia pura: Si el elemento de

    circuito de la figura es un resistor, la diferencia de potencial

    es Vab= I R.

    La potencia elctrica entregada al resistor por el circuito es

    62

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    63/71

    2.5 Potencia en circuitos elctricos 25.5

    Ejemplo de aplicacinLa cantidad de corriente I establecida por un aparato

    dado est determinada por su potencia de alimentacin

    P, dada por la ecuacin P=VI.

    Por ejemplo, encontrar la corriente en una bombilla de100 Wes, de la ecuacin anterior se tiene que: I = P/V.

    63

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    64/71

    2.5. Energa Elctrica y Potencia 26.5

    ProblemaEn un circuito tpico en el cual tiene cables de

    calibre 12 y pueden conducir una corriente de 20 A

    y 120 V se conectan un tostador de 1800 W, un

    sartn elctrico de 1.3 kW y una lmpara de 100 W.

    a) Cunta corriente toma cada aparato y cul es

    su resistencia correspondiente?

    b) Esta combinacin har que se queme el fusible?

    64

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    65/71

    2.5. Energa Elctrica y Potencia 26.5

    Solucina) Cunta corriente toma cada aparato ?

    65

    Se calcula la corriente I en cada equipo por medio de la

    relacin P = VI , por lo tanto I = P /V.

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    66/71

    2.5. Energa Elctrica y Potencia 26.5

    Solucina) Cul es su res is tenc ia correspond ien te?

    66

    Para obtener la resistencia Rde cada uno se usa la expresin:

    P = V2

    /R. , por lo tanto R = V2

    /P

    Si v= cte., el dispositivo con la menor resistencia (el tostador en este

    caso) toma la mayor cantidad de corriente y recibe la mayor potencia.

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    67/71

    2.5. Energa Elctrica y Potencia 26.5

    Solucinb) Esta com b inac in har que se queme el fusible?

    67

    El valor de la corriente rebasa la capacidad nominal de

    cable calibre 12 es de 20 A en la lnea, por lo tanto el

    fusible se quemar.

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    68/71

    2.5. Energa Elctrica y Potencia 26.5

    2 Solucin para inciso bTambin se podra calcular la corriente si primero se obtiene la

    resistencia equivalente de los tres aparatos en paralelo:

    Entonces, el total de corriente es tanto I = V/ Req.

    68

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    69/71

    2.5. Energa Elctrica y Potencia 26.5

    3 Solucin para inciso bUn tercer mtodo de determinar el valor de I es usar la

    expresin P = VI , entonces I = P / V y simplemente

    dividir la potencia total entregada a los tres aparatos entre

    el voltaje:

    I = 27 A.

    69

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    70/71

    REFERENCIAS

    1. Halliday, Resnick, Walker: Fundamentals of Physics,

    6th Edition, John Wiley & Sons, 2002 y 2003,

    2. Sears, Zemansk & Young, Fisica Universitaria.

    3. Tippens: Fsica, Conceptos y Aplicaciones, Mc

    Graw-Hill 6a. Ed.

    70

  • 7/24/2019 Unidad 2,Electricidad y Magnetismo

    71/71

    Gracias