UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIRIAFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMASCurso: FISICA II CB 302U 2010 IIProfesor: JOAQUIN SALCEDO [email protected]: Corriente
Corriente eléctrica En un alambre desconectado existe movimiento de los portadores, pero no
existe un flujo neto en algún sentido. Al establecer una diferencia de potencial los portadores son sometidos a la
acción del CE es decir se mueven en un sentido Los portadores, en general, pueden ser positivos, negativos o ambos El sentido convencional asume que los portadores son positivos
Si consideramos un área trasversal al movimiento hay una rapidez de flujo de carga.
Corriente media
Corriente instantánea
Unidad SI Ampere
Tarea: analizar los portadores en conductores, en semiconductores y en otras situaciones.
Mirando las cargas. Modelo microscópico
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Velocidad de deriva o arrastreAl activar CE los portadores que tenían un movimiento aleatorio se mueven a favor (+) o en contra (-)Su movimiento no es libre no es en línea recta: hay colisiones átomo-electrón (como si fuera fricción…)Esto causa que se muevan muy lentamente¿Y cómo se enciende el foco casi al instante?
* mostrar que la densidad atómica esta relacionado con la densidad de masa
el número de Avogadro y la masa molecular M por
¿ de los electrones en un alambre de cobre típico de radio 0.815mm que transporta una corriente de 1A, suponiendo que existe un electrón libre por átomo?
Necesita la densidad de masa y la masa molecular de los elementos más conocidos
Con la suposición
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¿Lentito?
Otra versión
Sea una corriente en un conductor de área de sección transversal A y longitud
Si asumimos una rapidez promedio para los portadores
El volumen
La carga
Donde n número de portadores por unidad de volumen (densidad de portadores)¿Cual es su relación con la densidad atómica?¿Uno a uno?
Un alambre de cobre N 12 (área de sección transversal ) conduce 10 A. Suponiendo que cada átomo da un electrón.Halla la velocidad de arrastreSolución
Necesitamos las otras magnitudes ya están dadas
N= # de partículas, con la suposición, igual al # de electrones e igual al # de Avogadro.Cálculo del V
En las tabla periódica La densidad del cobre
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Cálculo de vd
¿Qué puede decir de la velocidad de arrastre? ¿En qué tiempo recorre 1 metro?
Ley de Ohm
Una densidad de corriente y un CE se establecen en un conductor cuando se mantiene una diferencia de potencial.
En algunos materiales la densidad de corriente es proporcional al CE
La constante es la conductividad
Para muchos materiales (la mayor parte de los metales, la proporción entre la
densidad de corriente y el CE es una constante que es independiente del CE productor de la corriente
Los materiales que obedecen esta ley son llamados ohmicos
Ley de OhmPara muchos materiales la relación entre densidad de corriente y CE es constante Esta es independiente del CE productor de la corriente
Relación macro
Resistencia eléctrica
Dificultad que ofrece al paso de la corriente eléctrica
Relación entre el voltaje, corriente y resistencia
Unidad SI Ohm
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIRIAFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMASCurso: FISICA II CB 302U 2010 IIProfesor: JOAQUIN SALCEDO [email protected]: Corriente Los materiales que muestra el comportamiento lineal son los llamados ohmicos
Los materiales que no son lineales son muy importantes en electrónica
Obedece la ley de Ohm No obedece la ley de Ohm
Un alambre de cobre de calibre 18 (diámetro 1.02mm y área ) transporta una corriente de 1A. Hallea) La magnitud del CE en el alambre
b) La diferencia de potencial entre dos puntos del alambre separados 50m
c) la resistencia de este tramo de alambre
ResistorLos conductores tienen resistencia pequeñaNecesario construirlos de otros materiales (cerámicos) se denominan resistores
La 4ta banda indica la precisión del valor:
Ausencia
Plateada
Dorada
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Ejemplo. Amarillo violeta naranja plateada ¿Por qué es necesario usar colores?
Resistividad
Relación entre la resistencia y la resistividad
En un metal En un semiconductor En un superconductor
Hallar la resistencia de una muestra de aluminio de 10cm y área de sección
transversal
¿Para cuarzo de las mismas dimensiones?
¿Cómo calcular resistencias si el área no es uniforme?
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Serway-Beichner 5ta edicion, pag. 847
Cable coaxial.Se usa para transportar señales de TV, audio, video, …Constan de dos conductores cilíndricos concéntricos y su espacio interior esta lleno de un material no conductor, … Halle la resistencia de un cable coaxial con silicio en su espacio interior con radio interno 0.5 cm, radio externo1.75cm y 15cm de longitud.
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Sustituyendo datos
Modelo de conducción eléctrica.Drude 1900
Intervalo de tiempo promedio entre choques sucesivos.
Ejercicios Expresar la densidad de corriente en función de
Expresar la conductividad y la resistividad en función de
Expresar en función de distancia promedio entre colisiones (trayectoria libre media) y la rapidez promedio
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIRIAFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMASCurso: FISICA II CB 302U 2010 IIProfesor: JOAQUIN SALCEDO [email protected]: CorrienteResistencia y temperatura
En el laboratorio las curvas I vs V no aparecen lineales para conductores, produciendo confusión. ¿Cierto o falso?
La causa es la temperatura.
En dilatación vimos como la temperatura afectaba las dimensiones de un cuerpo
Podemos usar la misma expresión haciendo un pequeño cambio
La variación de la resistividad unitaria es proporcional a la temperatura
Demostrar que
Un termómetro de resistencia de platino de 50 Ω a 20 ºC se sumerge a un
recipiente con indio fundido y su resistencia aumenta a 76.8Ω ¿Cuál es el punto de fusión del indio?
De la tabla
Un alambre de cobre #10 (radio 0.129cm), de los que suelen usarse en las
instalaciones domesticas, conduce 10 A.a) ¿Cuál es la resistencia de un tramo de este alambre de 30m de longitud?b) ¿Cuál es la diferencia de potencial?c) Si debido a una sobrecarga de corriente, la temperatura aumenta de 20 ºC a
50ºC ¿Qué pasa con la resistencia?
a)
b)
c)
Una definición más general del coeficiente de temperatura de resistividad es
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es la resistividad a temperatura Ta) suponiendo que es constante, demuestre que
es la resistividad a temperatura T0
b) Muestre que la resistividad está dada de manera aproximada por
para
Sug. para
El cambio de resistencia al cambiar la temperatura se usa en el termómetro de resistencia . Se calibra sumergiendo a una mezcla de hielo y agua (0ºC) y después en agua hirviendo (100ºC) …
Energía eléctrica y potencia
Energía
kWh
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Potencia de consumo
* Un calentador a 220V y tiene un alambre de nicrom con resistencia total de 8 ΩHalle la corriente y la potencia de consumo
* Estime el costo para cocinar un pavo durante 4h en un horno que opera a 20A y 220V
Potencia
Energía
Para los aparatos del gráfico
a) ¿Cuál es la corriente en c/ aparato?
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b) Si la corriente máxima segura que puede manejar el contacto es 30 A ¿Es aconsejable conectar todos estos aparatos al contacto?
a)
b) NO
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