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magnetismo

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BLOQUE 1: CONCEPTOS Y FENMENOS BSICOS. MEDIDAS ELECTROTCNICAS.1.3 Corriente elctrica. Comportamiento de los conductores bajo fuerzas elctricas. Movimiento trmico de los electrones. Resistencia y conductividad elctrica del material (R,l, S, , ,T, ). Densidad de corriente. Voltaje elctrico. Generacin de una d.d.p. (generador) f.e.m. Generadores ideales y reales. Circuito elctrico. Ley de Ohm. Potencia y energa elctrica. Efecto Joule. Potencia y energa total, til y prdida. Rendimiento.Corriente elctrica:Sabemos que para que pueda existir una corriente elctrica debe existir una diferencia de cargas entre dos puntos. La unin de dichos cuerpos por medio de un material conductor, tender a nivelar las cargas entre ellos, conduciendo los electrones sobrantes del cuerpo cargado negativamente hacia el elemento con falto de electrones, hasta restablecer el equilibrio elctrico natural. Pero, Cmo es que se consigue un movimiento ordenado de carga elctrica en un metal?Comportamientos de los conductores bajo fuerzas elctricas.En los conductores, los electrones estn distribuidos libremente movindose al azar en el interior del conductor. La unin de dichos cuerpos por medio de un material conductor hace que los electrones libres del conductor, sean repelidos por el cuerpo cargado negativamente con una fuerza . Al existir un terminal (positivo) y otro (negativo), aparece un campo elctrico E. Este campo tirar de los electrones libres con una fuerza

Movimiento trmico de los electrones. Corriente elctrica.El movimiento de los electrones libres en un hilo conductor es muy complicado. Cuando no hay campo elctrico en el hilo, los electrones libres se mueven aleatoriamente en todas direcciones con celeridades relativamente grandes debidas a la agitacin trmica. Los electrones libres , en su movimiento catico, chocan con distintos obstculos: imperfecciones o defectos cristalinos, ncleos atmicos, otras cargas, bordes del conductor, etc,Como los vectores velocidad de los electrones estn orientados al azar, la velocidad media debida a la agitacin trmica es nula.

Cuando se aplica un campo elctrico, por ejemplo conectando el hilo a una pila, la cual aplica una diferencia de potencial al hilo, los electrones libres experimentan una aceleracin momentnea debida a la fuerza F, si bien pronto chocan con los iones fijos del conductor... El resultado es que los electrones adquieren una pequea velocidad de arrastre de sentido opuesto al del campo elctrico, la cual se superpone a las grandes velocidades trmicas aleatorias. El comportamiento de los electrones libres en un metal se parece al de las molculas gaseosas en el aire. Si el aire est quieto, las molculas se mueven con grandes velocidades instantneas entre choque y choque, pero su velocidad media es nula. Cuando sople una brisa, las molculas del aire adquieren una pequea velocidad de arrastre de igual direccin y sentido que la brisa, superpuesta a sus muchas velocidades instantneas.

Resistencia elctrica del material (R, l, S, , T, )Hemos visto como, en su movimiento por el metal, los electrones libres chocan con distintos obstculos: imperfecciones o defectos cristalinos, ncleos atmicos, otras cargas, bordes del conductor, etc, producindose una especie de rozamiento (resistencia al movimiento de los electrones) que se transforma en calor (efecto Joule). Estos choques son menores en los buenos conductores que en los malos. Conclusin: la resistencia de los diferentes materiales al movimiento de electrones, depende fundamentalmente de su naturaleza.Factores de los que depende la resistencia de un conductor: Ej.: Si midisemos la resistencia de un conductor de cobre de un metro de longitud y de un milmetro cuadrado de seccin, obtendramos un resultado de . Est claro que cada material tendr un determinado valor de resistencia por cada metro y milmetro cuadrado. A este valor se lo denomina coeficiente de resistividad y se representa con la letra griega . Es decir, la resistividad del cobre es: .

Por otro lado es lgico pensar que, si la resistencia elctrica es la dificultad que ofrece un conductor al movimiento de electrones, esta dificultad ir aumentando en funcin del camino que tenga que recorrer; es decir, a mayor longitud, mayor ser la resistencia. La resistencia de un conductor aumenta con su longitud.

Si, por el contrario, se aumenta la seccin del conductor, los electrones tendrn ms libertad para moverse y, por tanto, la resistencia ser menor. La resistencia de un conductor disminuye con su seccin.Teniendo en cuenta todas estas consideraciones, la expresin matemtica necesaria para determinar la resistencia de un conductor podr quedar as: mm2mA= Seccin del conductor (mm2)L =Longitud del conductor (m)

Influencia de la temperatura sobre la resistividadPor lo general, la resistencia aumenta con la temperatura en los conductores metlicos. Este aumento depende del incremento de la temperatura y de la materia de que est constituido dicho conductor. Resistencia en calienteR0=Resistencia a 20C=Coeficiente de temperatura a 20CT= elevacin de la temperatura en C.

El aumento de la resistencia con la temperatura es a veces un gran inconveniente; as ocurre, por ejemplo, en los aparatos de medida, donde las medidas pueden verse distorsionadas por este fenmeno. Por esta razn, es conveniente utilizar materiales con un bajo coeficiente de temperatura para la construccin de los aparatos de medida.

En otros casos, este aumento de resistencia con la temperatura puede ser beneficioso; como por ejemplo, para medir temperaturas por medio de resistencias (termmetros electrnicos).

De una forma especial, existen materiales donde se reduce la resistencia al aumentar la temperatura. En estos casos se dice que poseen un coeficiente de temperatura negativo. En general los materiales semiconductores pertenecen a este grupo.

Conductividad elctrica del material ()Otra forma de expresar que un material es mejor conductor que otro es a travs del concepto de conductividad (, que nos indica la facilidad que presentan los conductores al paso de la corriente elctrica. Esta magnitud es inversa a la resistividad ( y su unidad es el siemens/metro (S/m). mm2m)

Corriente elctrica: Intensidad de corriente. Densidad de corriente. (Ley de Ohm)

Hay que pensar que, al igual que en una tubera que est llena de agua, un conductor elctrico tambin est lleno de electrones libres dispuestos a moverse. En cuanto algunos se muevan, empujan al resto, establecindose un efecto de traslacin uniforme de electrones en todo el conductor. Sea un segmento de conductor de rea transversal constante (A) por el que circula una corriente. En este dibujo se ha tenido en cuenta el sentido convencional de la corriente.

Cunta carga atraviesa esa seccin en la unidad de tiempo?

Intensidad: Cantidad de carga que atraviesa la seccin trasversal A, por unidad de tiempo.

La unidad de medida de la intensidad de corriente elctrica es el amperio (A). De esta manera, cuando en un circuito se mueve una carga de un culombio en el tiempo de un segundo, se dice que la corriente tiene una intensidad de un amperio.

Cunta carga atraviesa una seccin unidad en la unidad de tiempo?Supongamos un conductor de seccin transversal A y un campo elctrico aplicado E

Sea V el volumen del segmento:

La carga que atraviesa la seccin A durante un intervalo dt es igual a la que se contabiliza dentro del segmento de cilindro.

La densidad de corriente J:

Ley de Ohm:Ohm se dio cuenta que un conductor no slo sirve como fuente de cargas libres, sino que su propia naturaleza influye en el movimiento de dichas cargas, determinando cuanta corriente puede circular por l para una diferencia de potencial aplicada.

Profundicemos en esta idea: Cuando se conecta un conductor a un generador de corriente, se establece una diferencia de potencial en los extremos del conductor, y con l, un campo elctrico E . Como consecuencia, surge en el conductor una densidad de corriente J, que en muchos casos es proporcional a E:

Vamos a deducir, a partir de sta, la ley de Ohm que t ya conoces. Supongamos un conductor de conductividad (), longitud (l ) y seccin (A), por el que circula una corriente ( I ) como consecuencia de una diferencia de potencial ( V).

Sabemos que: , y que:

Sustituimos en la expresin anterior:

CONCEPTO DE CIRCUITO ELCTRICO.

Primero establecemos una corriente elctrica: como ya sabrs, la corriente elctrica se genera debido a la diferencia de potencial producido por una pila o fuente entre dos puntos de un conductor. Al fluir carga (positiva) por dicho conductor (sentido de la corriente convencional), el campo elctrico que se crea realiza un trabajo para llevar las cargas positivas del borne positivo al borne negativo. En su trayecto las cargas positivas pierden energa potencial (van del borne positivo al negativo).

Para entender qu es un circuito elctrico imaginemos una caja negra conectada a una batera. Si a travs de la caja se mueve la carga positiva desde (a) hasta (b), ver como su energa potencial disminuye. Te preguntars: Qu ha pasado?Se ha destruido energa?Segn el principio de conservacin de la energa, la energa no se ha destruido, sino que se ha transformado. La forma en cmo se ha transformado esta energa depende de lo que haya en el interior de la caja. As:

a) Si hay un motor elctrico, la energa se convierte en trabajo mecnico.b) Si hay un condensador, la energa se almacena.c) Resistor, la energa se degrada como energa trmica, luminosad) Bobina, la energa se almacena.

Un circuito elctrico no es ms que una combinacin de