3 Introducción a los circuitos eléctricos
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Presentation Transcript


3 introducci n a los circuitos el ctricos

  • 3 Introducción a los circuitos eléctricos


3 introducci n a los circuitos el ctricos

3 Introducción a los circuitos eléctricos

Objetivo: El alumno analizará el comportamiento de circuitos eléctricos resistivos, en particular, calculará las transformaciones de energías asociadas y obtendrá el modelo matemático que relaciona las variables involucradas.


3 introducci n a los circuitos el ctricos

3 Introducción a los circuitos eléctricos

La materia está compuesta por moléculas y éstas por átomos. Los átomos, a su vez, están formados por un núcleo y una corteza. El núcleo consta de partículas con actividad eléctrica neutra llamadas neutrones y otras con carga positiva, llamadas protones. La corteza es un espacio alrededor del núcleo en el que, en diferentes capas u órbitas, se mueven unas partículas con carga negativa, llamados electrones.


3 introducci n a los circuitos el ctricos

3.1 Conceptos y definiciones de: corriente eléctrica, velocidad media de los portadores de carga libre y densidad de corriente eléctrica.

Cuando existe un campo eléctrico en el interior de un conductor, provoca movimiento de los portadores libres de carga. Es decir los portadores se mueven por la presencia de un campo eléctrico uniforme.

La fuerza eléctrica que actúa

sobre cada portador se obtiene

de


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Los portadores, a pesar que no se encuentran en el vacío, donde la aceleración sería uniforme, su movimiento de cierta manera provoca choques entre ellos, aumentando su energía cinética. No obstante, se puede considerar que su movimiento los desplaza a una velocidad constante, la cual resultaría una velocidad promedio de dichas partículas cargadas y, si se considera que es un material homogéneo, entonces se puede afirmar que la velocidad es directamente proporcional al campo eléctrico


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Para que se convierta en igualdad, se agrega una constante de proporcionalidad llamada movilidad de los portadores (μ)

Se puede obtener el flujo, como una función de la velocidad así como del área, por lo tanto se tiene la siguiente expresión.


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Si definimos a ρL como la densidad de portadores de carga libres por unidad de volumen, podemos obtener la cantidad de carga neta que cruza la superficie A

Donde ρLse obtiene del número de portadores por unidad de volumen (n) y por su carga eléctrica (q) .

Si tenemos una velocidad νipor cada portador (i) , entonces la velocidad promedio será.


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Al término

Se le conoce como la densidad de corriente eléctrica J [A/m2]

Así las cosas, podemos evaluar el flujoφcon la densidad de corriente J , el cual es un campo vectorial y con el vector área A.


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Como la densidad de corriente eléctrica J [A/m2] es la cantidad de portadores libres por tiempo por unidad de área, la cual cruza un área unitaria, la cantidad de carga que varía por unidad de tiempo es:

donde Δq es la carga que cruza la superficie en un tiempo Δt


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Definición de la Corriente eléctrica

Suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de área A. (Esta sería el área de la sección transversal de un alambre, por ejemplo.) La corriente eléctrica, es la relación a la cual fluye la carga eléctrica a través de la superficie.

Si Δq es la cantidad de carga eléctrica que pasa por el área en un intervalo de tiempo Δt, la corriente es:


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Corriente eléctrica

También podemos calcular la corriente eléctrica, con respecto a la velocidad de los portadores libres de carga Vp , que cruzan un área dA

Si Vpno varía a través de dA y el área es constante la corriente eléctrica es:


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Corriente eléctrica

Sentido de la corriente

a) Cargas positivas,

Velocidad (+i); dA (+i)

Vector J positivo

Por tanto la corriente

Vp

+

+


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Corriente eléctrica

Sentido de la corriente

b) Cargas negativas,

Velocidad (-i); dA (+i)

Vector J positivo

Por tanto la corriente

Vp

-

-


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Corriente eléctrica

Sentido de la corriente

c) Cargas negativas,

Velocidad (+i); dA (+i)

Vector J negativo

Por tanto la corriente

Vp

-

-


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Corriente eléctrica

Sentido de la corriente

d) Cargas positivas,

Velocidad (-i); dA (+i)

Vector J negativo

Por tanto la corriente

Vp

+

+


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Clasificación de corrientes eléctricas.

La clasificación se hace con respecto al comportamiento con el tiempo.

  • Corriente continua.- la magnitud y signo no varía con el tiempo no varia (cc)

i

-

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3 introducci n a los circuitos el ctricos

Clasificación de corrientes eléctricas.

La clasificación se hace con respecto al comportamiento con el tiempo.

b) Corriente alterna.- la magnitud y signo varía con el tiempo (ca)

i


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Clasificación de corrientes eléctricas.

La clasificación se hace con respecto al comportamiento con el tiempo.

c) Corriente directa.- varia la magnitud, pero no varia el signo (cd)

i

i


3 introducci n a los circuitos el ctricos

Próxima clase

3.2 Obtención experimental de la Ley de Ohm; registro y tabulación de las variables: diferencia de potencial y corriente eléctrica. Obtención de la ecuación de una línea recta que represente los valores experimentales. Significado físico de la pendiente de la recta obtenida. Conductividad y resistividad. Variación de la resistividad con la temperatura en un resistor.


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