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Prof. Pedro Eche Querevalú CTA 5to de Secundaria 2011
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Presentación Dentro de la electrodinámica clásica, encontramos la teoría de Albert Einstein de la relatividad especial, producto de que a fines del SXIX, los físicos notan una contradicción entre las leyes aceptadas de electrodinámica y la mecánica clásica, en especial las teorías planteadas por Maxwell que predecían resultados no intuitivos como la velocidad de la luz, que es una sola y es igual para cualquier observador y que no obedece a la "Invariancia" de Galileo. Se pensaba que las ecuaciones de Maxwell eran incorrectas y que las verdaderas contenían un término de correspondencia con la influencia del éter lumínico. En base a esto, Einstein propone que las ecuaciones del a electrodinámica eran correctas, pero que habían principios de la mecánica eran inexactos, además de no existir evidencia del éter, lo que llevó a la formulación de la "relatividad especial".
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Contenido Temático ELECTRODINÁMICA LA CORRIENTE ELÉCTRICA LA GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA LA FUERZA ELECTROMOTRIZ LA LEY DE OHM LA RESISTENCIA ELÉCTRICA ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS
EJEMPLO
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ELECTRODINAMICA Cuando se emplea como soporte un material conductor de la corriente eléctrica (cobre), los electrones pueden desplazarse.
Lo único necesario es un “fuerza electromotriz” dada por un cuerpo con carga eléctrica (ámbar, pila eléctrica).
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ELECTRODINÁMICA Es la parte de la física que estudia los fenómenos eléctricos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento. La electrodinámica consiste en el movimiento de un flujo de cargas eléctricas que pasan de una molécula a otra, utilizando como medio de desplazamiento un material conductor como, por ejemplo, un metal. Para poner en movimiento las cargas eléctricas o de electrones, podemos utilizar cualquier fuente de fuerza electromotriz (FEM), ya sea de naturaleza química (como una batería) o magnética (como la producida por un generador de corriente eléctrica), aunque existen otras formas de poner en movimiento las cargas eléctricas. “Estudiaremos los fenómenos electrodinámicos usando los principios de conservación de la carga y de la energía”.
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CORRIENTE ELÉCTRICA Es la circulación o movimiento neto de cargas eléctricas de un punto a otro debido a la presencia de un campo eléctrico, a través de un circuito eléctrico cerrado. Se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM).
1. Fuente de fuerza electromotriz (FEM). 2. Conductor. 3. Carga o resistencia conectada al circuito.
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INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA (I) “La intensidad de una corriente eléctrica es la cantidad de corriente que atraviesa una sección de un conductor por unidad de tiempo”.
La intensidad de corriente eléctrica (I) mide la cantidad de cargas eléctricas (q) que fluye a través de un conductor en un intervalo de tiempo (t).
I=Q/t En el SI: La intensidad de corriente se expresa en amperios (A) 1 A = 1 C/s I: intensidad de corriente (A) Q: Valor absoluto de la carga a través de la sección transversal del conductor. Comparación: El tubo del depósito "A", al t: intervalo de tiempo.
tener un diámetro reducido, ofrece más resistencia a la salida del líquido que el tubo del tanque "B", que tiene mayor diámetro. Por tanto, el caudal o cantidad. de agua que sale por el tubo "B" será mayor que la que sale por el tubo "A".
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LA GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Podemos generar corriente eléctrica conectando un cable conductor entre dos esferas cargadas con diferentes signos, pero al cabo de un tiempo muy pequeño las esferas tendrán el mismo potencial eléctrico y la corriente desaparecerá. Para mantener la corriente eléctrica en forma permanente en el conductor es necesaria una especie de “bomba de cargas eléctricas” que mantenga a las cargas en movimiento en un circuito (trayectoria cerrada). Tal dispositivo es una fuente de fuerza electromotriz. “Una fuente de fuerza electromotriz es un dispositivo que es capaz de mantener una corriente eléctrica en un conductor”. Las pilas y baterías generan una fuerza electromotriz constante y, por lo tanto, mantienen una corriente continua y constante. Los generadores eléctricos, como las centrales hidroeléctricas, tienen una fuerza electromotriz variable, lo que origina corrientes alternas u oscilantes, como la corriente que obtenemos de los tomacorrientes.
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FUERZA ELECTROMOTRIZ (fem) Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica La fuerza electromotriz ( ) de una batería es la energía (E) que suministra la fuente por cada unidad de carga eléctrica (q) que pondrá en movimiento.
=E/q
La fem de una fuente se mide en voltios (V) En las tiendas podemos encontrar diferentes tipos de pilas o baterías, las más comunes cuya fuerza electromotriz es de 1,5 V. Para obtener mayor fem, las pilas se pueden asociar en serie. Por ejemplo, muchas radios a pilas funcionan con 9 V y usan seis pilas de 1,5 V conectados en serie. Para ello se necesita de una diferencia de potencial (Voltaje) entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado. Tal diferencia de potencial es conocida como caída de tensión o voltaje. Ejemplos de fuentes: Pilas voltaicas, dínamos electromagnéticos, células fotoeléctricas, piezas eléctricos, etc.
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LEY DE OHM Postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son: Tensión o voltaje "E", en volt (V). Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A). Resistencia "R" en ohm ( ) de la carga o consumidor conectado al circuito. “Si se representa la resistencia del conductor por la letra R, la diferencia de potencial en los extremos del conductor por la letra V, y la corriente que circula por él, con la letra I”, la ley de Ohm puede formularse como:
V / I = R = constante que es lo mismo que decir I = V / R ó R = V / I Donde R es una constante llamada resistencia eléctrica y se expresa en ohmios ( ) La unidad de resistencia eléctrica es el OHMIO, simbolizado por la letra griega omega 1 =1V/A
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RESISTENCIA ELECTRICA Oposición que encuentra la corriente al pasar por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de los electrones. La resistencia de un conductor depende de sus dimensiones: es decir, tendrá más resistencia cuanto más estrecho y largo sea dicho conductor. Esto resulta intuitivo si se considera la resistencia como la dificultad que opone al paso de la corriente. Dicha proporcionalidad se expresa como:
R=
.L / A
Donde: R es la resistencia medida en ohmios L es la longitud medida en metros. A es la sección (área) transversal del conductor, en metros cuadrados. es una constante que depende del material con que está fabricado el conductor y se llama RESISTIVIDAD DEL MATERIAL y se expresa en ohmio por metro ( . m).
La resistencia eléctrica dependerá de l tipo de material ( ) , de la longitud (L) y del área de su sección transversal(A).
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ALGUNOS TIPOS DE RESISTENCIAS
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ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS En SERIE Se dice que varias resistencias están montadas en serie cuando el final de una está conectada al principio de la otra, como muestra la figura. En este esquema, las intensidades de corriente para cada resistencia son iguales y la diferencia de potencial entre los extremos de cada resistencia es proporcional al valor de la resistencia. Observemos el caso para tres resistencias. Se cumple:
Itotal = I 1=I 2=I3 = V 1+ V 2+ V3 Rtotal = R1 +R2 +R3
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ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS En PARALELO La resistencias se conectan con la misma diferencia de potencial. En este esquema la intensidad de corriente entre los extremos de cada resistencia es inversamente proporcional al valor de la resistencia.
Se cumple:
Itotal = I 1+I 2+I3 = V 1= V 2= V3 1 Rtotal
1 1 1 R1 R2 R3
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ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS MIXTAS En una asociación mixta podemos encontrarnos conjuntos de resistencias en serie con conjuntos de resistencias en paralelo. Para determinar la resistencia equivalente de una asociación mixta se van simplificando las resistencias que están en serie y las que están en paralelo de modo que el conjunto vaya resultando cada vez más sencillo, hasta terminar con un conjunto en serie o en paralelo.
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PROBLEMA Se tienen tres resistencias: 200 K , 500 K y 700 k . ¿Cómo deben asociarse para dar el máximo y mínimo valor en su resistencia total o equivalente? 1.- El máximo valor de la resistencia total se obtiene asociando en serie, por lo tanto.
Rtotal R1 R2 R3 Rtotal 200k 500k 700k Rtotal 1400k 2.- El mínimo valor de la resistencia total se obtiene asociando en paralelo, por lo tanto: 1 Rtotal 1 Rtotal 1 Rtotal
1 1 1 R1 R2 R3
1 1 1 200k 500k 700k
3,5 1,4 1 5,9 700k 700K
Rtotal
700K 118,6k 5,9
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Recursos Haz clic en “Actividades interactivas” para ingresar para desarrollar las actividades educativas lúdicas
Actividades interactivas
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Créditos Electrodinámica – introducción http://es.wikipedia.org/wiki/Electrodinamica
Fuerza electromotriz https://sites.google.com/site/cienciasnaturalesfisica/electrodinamica
Resistencias http://www.ifent.org/lecciones/electrodinamica/eldinami33.asp Circuitos http://www.terra.es/personal2/equipos2/tcr.htm Ley de Ohm http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm Resistencias en serie y paralelo http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/27/ejemplo4-1.htm Asociación de resistencias http://centros.edu.xunta.es/contidos/internetenelaula/newton07/1bach/corriente_electrica/resistencias.htm?2&0 Circuitos equivalentes http://www.ifent.org/lecciones/CAP05/CAP51.asp Electrodinámica - introducción http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_electrodinamica/ke_electrodinamica_1.htm