electricidad: octubre 2008

miércoles, 29 de octubre de 2008

Intensidad de Corriente :

Se denomina intensidad de corriente eléctrica a la carga eléctrica que pasa a través de una sección del conductor en la unidad de tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C·s-1 (culombios partido por segundo), unidad que se denomina amperio.

La intensidad de corriente (I) : en una sección dada de un conductor (s) se define como la carga eléctrica (Q) que atraviesa la sección en una unidad de tiempo (t):

Si la intensidad de corriente es constante, entonces :

La densidad de corriente (j) : es la intensidad de corriente que atraviesa una sección por unidad de superficie de la sección (S).

Ejercicios:

1) Determina cuánta corriente circula por 3 artefactos eléctricos de tu casa y luego la corriente tortal que pasa por el medidor .

2) ¿Cuántos electrones circularían por el filamento de una ampolleta de 100 W de potencia, que funciona conun voltaje de 220 V , al encenderla por 10 segundos?

3) Una ampolleta de 15 W de potencia es utilizada como luz de freno para un automóvil. Entonces, ¿Cuántos amperes circulan por ella cuando se pisa el pdal de freno ?

4) La central eléctrica Colbún posee dos generadores de una potencia de 200 MW cada uno. Si cada generador entrega un voltaje de 13 kV, ¿Cuántos amperes circulan por sus terminales?

5) ¿Cuál es la potencia que puede suministrar un transformador para teléfonos celulares si entrega un voltaje de 3,7 V y una corriente de intensidad 0,35 A?

Potencial Eléctrico

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica (ley de Coulomb) para mover una carga positiva q desde el infinito (donde el potencial es cero) hasta ese punto. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde el infinito hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Matemáticamente se expresa por:

Considérese una carga de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapa de un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una carga q, la energía potencial electrostática mutua es:

De manera equivalente, el potencial eléctrico es:

¿Que es voltaje?

El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica.A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor.Es el impulso que necesita una carga eléctrica para que pueda fluir por el conductor de un circuito eléctrico cerrado. Este movimiento de las cargas eléctricas por el circuito se establece a partir del polo negativo de la fuente de FEM hasta el polo positivo de la propia fuente.

Voltaje en pilas, baterias y red publica.

1,5 V

12 V

El voltaje de la red publica es de 220 v

Resistencia Eléctrica

Se denomina resistencia eléctrica, R, de una sustancia, a la oposición que encuentra la corriente eléctrica para circular a través de dicha sustancia.

La unidad de medida de la resistencia eléctrica es el Ohmio y se representa por la letra griega omega (Ω) y se expresa con la letra "R".
Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia.
Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.

Código de Colores de Resistencias

Las resistencias son fabricadas en una gran variedad de formas y tamaños.
En las más grandes, el valor de la resistencia se imprime directamente en el cuerpo de la misma, pero en las más pequeñas no es posible.
Para poder obtener con facilidad el valor de la resistencia / resistor se utiliza el código de colores
Sobre estas resistencias se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un número que se utiliza para obtener el valor final de la resistencia.
Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor del resistor, la tercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor final de la resistencia.
La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, ésta nos indica su confiabilidad

Ejemplo: Si un resistor tiene las siguiente bandas de colores:

ROJO AMARILLO VERDE ORO

2--------------- 4------------ 5----- +/- 5 %

La resistencia tiene un valor de 2400,000 Ohmios +/- 5 %El valor máximo de esta resistencia es: 25200,000 ΩEl valor mínimo de esta resistencia es: 22800,000 ΩLa resistencia puede tener cualquier valor entre el máximo y mínimo calculados

Elementos de un Circuito Eléctrico

Resistores (resistencias) en serie:

Los resistores en serie son aquellos que están conectados uno después del otro.El valor de la resistencia equivalente a las resistencias conectadas en serie es igual a la suma de los valores de cada una de ellas.

En este caso la corriente que fluye por los resistores es la misma en todos.

Resistores(resistencia total serie) = R1 + R2 + R3 :

El valor de la corriente en el circuito equivalente (ver el diagrama) es el mismo que en el circuito original y se calcula con la ley de Ohm.
Una vez que se tiene el valor de la corriente por el circuito, se pueden obtener las caídas de voltaje a través de cada uno de los resistores utilizando la ley de Ohm.

- En R1 la caída de voltaje es V1 = I x R1

- En R2 la caída de voltaje es V2 = I x R2

- En R3 la caída de voltaje es V3 = I x R3

Ley de Ohm

Establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un dispositivo es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación:

Donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que:

I = Intensidad en amperios (A)
V = Diferencia de potencial en voltios (V)
R = Resistencia en ohmios (Ω).

La Ley de Ohm se puede entender con facilidad si se analiza un circuito donde están en serie, una fuente de voltaje (una batería de 12 voltios) y una resistencia de 6 ohms (ohmios).
Se puede establecer una relación entre la voltaje de la batería, el valor de la resistencia y la corriente que entrega la batería y que circula a través de dicha resistencia.

Entonces la corriente que circula por el circuito (por la resistencia o resistor) es:

De la misma manera, de la fórmula se puede despejar la tensión en función de la corriente y la resistencia, entonces la Ley de Ohm queda:

Así si se conoce la corriente y la resistencia se puede obtener la tensión entre los terminales de la resistencia, así: V = 2 Amperios * 6 ohms = 12 V

Al igual que en el caso anterior, si se despeja la resistencia en función del voltaje y la corriente, y se obtiene la Ley de Ohm de la forma:

Entonces si se conoce la tensión en la resistencia y la corriente que pasa por ella se obtiene que: R = 12 Voltios / 2 Amperios = 6 ohms
Es interesante ver que la relación entre la corriente y la tensión en una resistencia siempre es lineal y la pendiente de esta línea está directamente relacionada con el valor de la resistencia. Así, a mayor resistencia mayor pendiente. Ver gráfico abajo.

Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se utiliza el siguiente triángulo que tiene mucha similitud con las fórmulas analizadas anteriormente.

Se dan 3 Casos:

- Con la resistencia fija. La corriente sigue a la tensión. Un incremento en la tensión, significa un incremento en la corriente y un incremento en la corriente significa un incremento en la tensión.

- Con el voltaje fijo. Un incremento en la corriente, causa una disminución en la resistencia y un incremento en la resistencia causa una disminución en la corriente

- Con la corriente fija. El voltaje sigue a la resistencia. Un incremento en la resistencia, causa un incremento en el voltaje y un incremento en el voltaje causa un incremento en la resistencia

Para tres valores de resistencia diferentes, un valor en el eje vertical (corriente) corresponde un valor en el eje horizontal (voltaje).

Las pendientes de estas líneas rectas representan el valor de la resistencia.

Con ayuda de estos gráficos se puede obtener un valor de corriente para un resistor y un voltaje dados. Igualmente para un voltaje y un resistor dados se puede obtener la corriente.

ejercicios:

1) Si la diferencia de voltaje en unaresistencia de 100 Ohm conectada en un circuito es de 12 V, ¿Cuál es la corriente eléctrica que circula por ella?

2) Por una resistencia circulan 5 mA cuando entre sus terminales s aplica un voltaje de 10 V. ¿Cuál es el valor de la resistencia eléctrica?

3) El gráfico muestra la relación entre la corriente y el voltaje en una resistencia.

a) ¿Cuál es el valor de la resistencia eléctrica?

b) Si se aplica un voltaje de 72 V a la resistencia, ¿Cuál es la corriente que circula por ella?

c) Si la corriente por ella es de 100 mA, ¿Cuál es el voltaje en ella?

Potencia Eléctrica

En Física, potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. Esto es equivalente a la velocidad de cambio de energía en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, según queda definido por:

Donde

P es la potencia.
E es la energía total o trabajo.
t es el tiempo.

Ley de Joule

Si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. Este efecto es conocido como Efecto Joule en honor a su descubridor el físico británico James Prescott Joule, que lo estudió en la década de 1860.

Causas del fenómeno :

Los sólidos tienen generalmente una estructura cristalina, ocupando los átomos o moléculas los vértices de las celdas unitarias, y a veces también el centro de la celda o de sus caras. Cuando el cristal es sometido a una diferencia de potencial, los electrones son impulsados por el campo eléctrico a través del sólido debiendo en su recorrido atravesar la intrincada red de átomos que lo forma. En su camino, los electrones chocan con estos átomos perdiendo parte de su energía cinética, que es cedida en forma de calor.
Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente". Matemáticamente se expresa como:

Donde:

Q = energía calorífica producida por la corriente
I = intensidad de la corriente que circula y se mide en amperios
R = resistencia eléctrica del conductor y se mide en ohms
t = tiempo el cual se mide en segundos

Así, la potencia disipada por efecto Joule será:

donde V es la diferencia de potencial entre los extremos del conductor.

Relacion con la ley de Ohm

La ley de joule dice que parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan.

En cambio :

La ley de Ohm dice que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un dispositivo es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo".

Conclusiones:

Existen dos tipos de corriente, la alterna y la continua. En nuestros hogares el suministro de energía es por corriente alterna a una tensión de 220 volts. En las industrias también es alterna llegando a 380 volts.
Por otro lado en vehículos y sistemas de control de maquinarías donde se necesitan voltajes menores la alimentación es de 12v,24v de corriente continua.
Hoy en Chile la electricidad es generada por medio de centrales Hidro eléctricas, eólicas y minoritariamente solares.
En este trabajo hemos conocido las principlaes leyes físicas que explican los diversos parámetros que la rigen.
Corriente eléctrica es un flujo ordenado de electrones libres que circulan por un conductor.
Tensión eléctrica ,es la fuerza necesaria para empujar los electrones en un conductor.
Resistencia eléctrica, es la opción al paso de la corriente.
Conductor es el que permite que circulen los eletrones libres.
La corriente es directamente proporcional al volteje e inversamente proporcional a la resistencia. Esta simple afirmación da como origen a la Ley de Ohm una de las pricipales formulas que explican la electricidad.
La simbología y los códigos de colores permiten hacer diagramas y circuitos eléctricos.
Existen circuitos en serie, en paralelo y míxtos los cuales permiten gobernar, máquinas,grúas,computadores,televisores,radios y en si ,todo lo que requiere electricidad.

Como trabajo de investigación me pareció muy interesante el poder descubrir esta ciencia que sin duda me ha dejado la curiosidad de poder aprender más de ella. La electricidad como la electrónica hoy en día son el pilar fundamental para que el mundo funcione.