TEMA 9 LA CORRIENTE ELCTRICA 1 HISTORIA DE

TEMA 9. LA CORRIENTE ELÉCTRICA

1. HISTORIA DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA �CARGA ELÉCTRICA = PROPIEDAD INTRÍNSECA DE LA MATERIA �Carga positiva/ Carga negativa �DESCUBRIMIENTO DE QUE LAS CARGAS SE PUEDEN MOVER A TRAVÉS DE MATERIALES: �LUIGI GALVANI (1786) �DISECCIÓN DE ANCAS DE RANA SOBRE PLACAS METÁLICAS �SUPUSO EXISTENCIA DE ELECTRICIDAD ANIMAL �VOLTA (1792) �EXPLICÓ LA OBSERVACIÓN DE GALVANI ARGUMENTANDO QUE LOS METALES, JUNTO CON

1. HISTORIA DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA �VOLTA �ENTRE LOS DOS METALES SE PRODUCÍA UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL QUE DABA ENERGÍA A LAS CARGAS, LAS CUALES SE MOVÍAN A TRAVÉS DE LA DISOLUCIÓN DE AGUA CON SALES QUE CONTENÍA EL NERVIO DE LA RANA �CONSTRUYÓ LA PRIMERA PILA GENERADORA DE CORRIENTE ELÉCTRICA, FORMADA POR DISCOS DE COBRE Y ZINC APILADOS. �En medio de cada par de discos introducía un trapo humedecido en disolución de agua con sal y ácidos

2. LA CORRIENTE ELÉCTRICA �LOS MATERIALES CONDUCTORES SON LOS QUE PERMITEN EL DESPLAZAMIENTO DE CARGAS EN SU INTERIOR METALES �ÁTOMOS ORDENADOS FORMANDO UNA “RED METÁLICA” �CADA ÁTOMO POSEE ELECTRONES LIBRES, QUE PUEDEN CIRCULAR POR LA RED FORMANDO UNA “NUBE DE ELECTRONES” �ESTOS ELECTRONES SON CONOCIDOS COMO “ELECTRONES DE CONDUCCIÓN” (v ≈ 10 km/s) �SU MOVIMIENTO ES AL AZAR NO AVANZAN

2. LA CORRIENTE ELÉCTRICA �CORRIENTE ELÉCTRICA = MOVIMIENTO ORDENADO DE LOS ELECTRONES DENTRO DE UN CONDUCTOR �PARA ELLO NECESITAMOS UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL QUE APORTE ENERGÍA A LOS ELECTRONES ¿QUIÉN LA PROPORCIONA? �LOS GENERADORES DE CORRIENTE (BATERÍAS, PILAS, ACUMULADORES, …) �Constan de dos polos o bornes (positivo y negativo) �Están unidos al conductor por el que circulan los electrones �Electrones salen del polo negativo, recorren el conductor, y regresan por el polo positivo (convenio: sentido contrario)

2. LA CORRIENTE ELÉCTRICA �RECEPTORES: SON LOS QUE UTILIZAN LA CORRIENTE ELÉCTRICA Y LA TRANSFORMAN EN OTRA �BOMBILLA: ENERGÍA LUMÍNICA �MOTOR: ENERGÍA CINÉTICA �ESTUFA: CALORÍFICA

3. CIRCUITO ELÉCTRICO �COMPONENTES �GENERADOR: proporciona energía para que los electrones se muevan �RECEPTOR: Recibe la energía eléctrica y la transforma en otro tipo de energía �INTERRUPTOR: permite o impide la circulación de electrones a través del circuito �CABLES: conectan los diferentes elementos del circuito (son hilos de cobre – conductor- recubiertos de un material aislante)

3. CIRCUITO ELÉCTRICO �COMPONENTES

3. CIRCUITO ELÉCTRICO �CIRCUITO CONEXIÓN EN SERIE: la corriente pasa de forma sucesiva a través de cada receptor (cada uno está a continuación del anterior)

3. CIRCUITO ELÉCTRICO �CIRCUITO CONEXIÓN EN PARALELO: la corriente se distribuye entre todos los receptores, conectados entre los dos mismos puntos del circuito

4. Intensidad de corriente �MAGNITUD QUE MIDE LA CANTIDAD DE CARGA QUE CIRCULA POR SECCIÓN DE UN HILO CONDUCTOR EN UN SEGUNDO �EN EL S. I. SE MIDE EN AMPERIOS (1 A = 1 C/s)

4. Intensidad de corriente �LEY DE OHM : EN TODO CIRCUITO, LA INTENSIDAD DE CORRIENTE QUE CIRCULA A SU TRAVÉS Y LA DIFERENCIA DE POTENCIAL ENTRE SUS EXTREMOS SON DIRECTAMENTE PROPORCIONALES �LA CONSTANTE DE PROPORCIONALIDAD ES LA RESISTENCIA R, QUE REPRESENTA LA OPOSICIÓN AL PASO DE LOS ELECTRONES Y QUE EN EL S. I. SE MIDE EN OHMIOS (Ω) 1 Ω =

5. RESISTENCIA ELÉCTRICA �DEPENDE DE: �LONGITUD DEL HILO (L): A mayor longitud de hilo conductor, mayor resistencia (los electrones chocan más) �SECCIÓN DEL HILO (S): A mayor sección de hilo conductor, menor resistencia al paso de los electrones �TIPO DE METAL: Cada metal tiene su propia estructura, por lo que su efecto dentro de la resistencia se cuantifica a través de la resistividad (ρ)

5. RESISTENCIA ELÉCTRICA �VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA �LA RESISTENCIA DE UN MATERIAL AUMENTAR LA TEMPERATURA PROBLEMA PARA LOS RECEPTORES QUE FUNCIONAN A TEMPERATURAS ELEVADAS �Si aumenta la temperatura aumenta la resistencia: la Ley de Ohm predice que si aumenta R, I disminuye LOS RECEPTORES DEJAN DE FUNCIONAR �SOLUCIÓN: USO DE ALEACIONES DE METALES CUYA VARIACIÓN DE LA RESISTIVIDAD CON LA TEMPERATURA SEA PEQUEÑA

5. RESISTENCIA ELÉCTRICA � SUPERCONDUCTORES �SUPERCONDUCTIVIDAD = PROPIEDAD QUE PRESENTAN ALGUNOS MATERIALES QUE CONSISTE EN UNA DISMINUCIÓN BRUSCA DE SU RESISTIVIDAD HASTA HACERSE PRÁCTICAMENTE NULA. ESTO SUCEDE POR DEBAJO DE UNA TEMPERATURA, LLAMADA TEMPERATURA CRÍTICA �EN EL INTERIOR DE LOS SUPERCONDUCTORES, LOS ELECTRONES NO CHOCAN NO PIERDEN ENERGÍA �PROBLEMA: NECESIDAD DE TEMPERATURAS MUY BAJAS (TIENDEN AL CERO ABSOLUTO) �APLICACIONES: TRENES DE LEVITACIÓN MAGNÉTICA, GENERACIÓN DE CAMPOS MAGNÉTICOS INTENSOS, TRANSPORTE DE CORRIENTE ELÉCTRICA SIN PÉRDIDAS DE ENERGÍA

6. ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS �CONEXIÓN EN SERIE �ESTÁN CONECTADAS UNA A CONTINUACIÓN DE OTRA �POR TODAS CIRCULA LA MISMA INTENSIDAD DE CORRIENTE �EL POTENCIAL SUMINISTRADO POR EL GENERADOR ES IGUAL A LA SUMA DE LOS POTENCIALES ENTRE LOS EXTREMOS DE CADA UNA DE LAS RESISTENCIAS �SE PUEDE CALCULAR UNA RESISTENCIA EQUIVALENTE A TODAS LAS QUE ESTÁN EL Req =EN ∑Ri CIRCUITO

6. ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS �CONEXIÓN EN PARALELO �ESTÁN CONECTADAS ENTRE LOS DOS MISMOS PUNTOS DEL CIRCUITO �LA DIFERENCIA DE POTENCIAL ENTRE LOS EXTREMOS DE CADA RESISTENCIA ES LA MISMA �LA INTENSIDAD DEL CIRCUITO SE RAMIFICA CUANDO LLEGA A LAS RESISTENCIAS EN PARALELO, DE AHÍ QUE SE CUMPLA I = ∑Ii

6. ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS �CONEXIÓN EN PARALELO �SE PUEDE CALCULAR UNA RESISTENCIA EQUIVALENTE A TODAS LAS QUE ESTÁN EN EL CIRCUITO

7. ENERGÍA Y POTENCIA EN LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS �PARA MANTENER EL PASO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA A TRAVÉS DE UN CIRCUITO ES NECESARIO APORTAR DE FORMA CONTINUA ENERGÍA A LOS ELECTRONES. ESTA ENERGÍA SE CONOCE COMO ENERGÍA ELÉCTRICA (E) �LA ENERGÍA ELÉCTRICA QUE SE CONSUME LA MIDEN LOS CONTADORES EN k. W·h �ESTA ENERGÍA ELÉCTRICA LA SUMINISTRA EL GENERADOR A TRAVÉS DE LA DIFERENCIA DE POTENCIAL QUE EXISTE ENTRE SUS POLOS

7. ENERGÍA Y POTENCIA EN LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS �ENERGÍA ELÉCTRICA: E=W=q·DVgenerador �Dado que la intensidad es la cantidad de carga que circula por una sección de conductor en la unidad de tiempo (I = q/Dt): E = I·Dt·DVgenerador �Puesto que la LEY DE OHM nos dice que V = I·R: �E = I·Dt·I·R = I 2·R·Dt �POTENCIA ELÉCTRICA: Es el trabajo realizado por unidad de tiempo. Se mide en W (1 W = 1 J/s)

8. EFECTO JOULE �Causado por la circulación de la corriente eléctrica a través de los circuitos los electrones chocan y en esos choques parte de la energía cinética se transforma en calorífica esto produce el calentamiento de los circuitos eléctricos (ejemplo: filamento de una bombilla, … ) �LEY DE JOULE: la energía cedida a cada receptor de resistencia R se transforma en calor Q al ser atravesado por las cargas eléctricas:

9. GENERADORES DE CORRIENTE �FUERZA ELECTROMOTRIZ (e) es la diferencia de potencial que proporciona un generador a los electrones para que circulen de forma continua �Está relacionada con la diferencia de potencial entre sus extremos (DVgenerador), pero no es exactamente lo mismo ¿RAZÓN? �Los generadores también presentan una resistencia al paso de la corriente RESISTENCIA INTERNA (r)

9. GENERADORES DE CORRIENTE �BALANCE ENERGÉTICO DE UN GENERADOR �De la energía total suministrada por un generador: �Una parte se emplea en dar trabajo a las cargas para que se desplacen por el circuito �Otra parte se pierde a causa del calor disipado por su resistencia interna LEY DE JOULE: �BALANCE ENERGÉTICO:

10. LOS MOTORES �SON RECEPTORES QUE CONSUMEN ENERGÍA POR DOS RAZONES: �PARA FUNCIONAR, TRANSFORMANDO ENERGÍA ELÉCTRICA EN MECÁNICA �POR LA PRODUCCIÓN DE CALOR A CAUSA DEL EFECTO JOULE (TIENEN RESISTENCIA INTERNA) �FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ: ES TENSIÓN NECESARIA PARA FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR LA EL �Así, la diferencia de potencial entre los bornes de un motor ha de ser igual a la suma de la fuerza contraelectromotriz más el potencial correspondiente a la LEY DE OHM aplicado a su resistencia interna (r’)

10. LOS MOTORES �LEY DE OHM GENERALIZADA Si tenemos un circuito con un generador G, un motor M y una resistencia R (igual a la resistencia equivalente de todas las resistencias externas del circuito)

10. LOS MOTORES �BALANCE ENERGÉTICO TOTAL DE UN CIRCUITO La energía E que el generador aporta a un circuito con un motor se utiliza en: �La energía mecánica que produce el motor (E’) �La producción de calor en la resistencia equivalente del circuito (I 2·R) �La producción de calor en la resistencia interna del generador (I 2·r) �La producción de calor en la resistencia interna del motor (I 2·r’)