FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA GRADO I. I. Tecnologías Informáticas

1. FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA GRADO I. I. Tecnologías Informáticas Tema 2. Circuitos de corriente continua Prof. Norge Cruz Hernández

2. Tema 2. Circuitos de corrientecontinua. (6 horas) 2.1 Introducción 2.2 Densidad e intensidad de corriente eléctrica. 2.3 Ley de Ohm. Resistencias. 2.4 FEM de un generador. Efecto Joule. Relaciones de potencia en un circuito. 2.5 Leyes de Kirchhoff para corriente continua. Circuitos RC.

3. Bibliografía Clases de teoría: - Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman ISBN: 970-26-0511-3, Ed. 9 y 11. • Clases de problemas: • - Boletín de problemas • -Problemas de Física General, I. E. Irodov • Problemas de Física General, V. Volkenshtein • Problemas de Física, S. Kósel • Problemas seleccionados de la Física Elemental, B. B. Bújovtsev, V. D. Krívchenkov, G. Ya. Miákishev, I. M. Saráeva. • Libros de consulta: • Resolución de problemas de física, V.M. Kirílov.

4. 2.2 Densidad e intensidad de corriente eléctrica. Corriente eléctrica: es todo movimiento de carga de una región a otra. movimiento aleatorio de los electrones en un material conductor cuando no hay campo eléctrico. movimiento aleatorio de los electrones en un material conductor cuando hay campo eléctrico, donde aparece un movimiento neto. velocidad de deriva movimiento neto de cargas

5. Corriente eléctrica: es todo movimiento de carga de una región a otra. • Movimiento de cargas positivas en un medio. • iones positivos que se mueven en plasma . • iones positivos que se mueven en una disolución. • Movimiento de cargas negativas en un medio. • Electrones que se mueven en un conductor a causa de un campo eléctrico. • Iones negativos que se mueven en una disolución. Una misma corriente puede ser el resultado de movimiento de cargas negativas o positivas. flujo de las cargas positivas dirección de la corriente

6. Corriente eléctrica: es todo movimiento de carga de una región a otra. Intensidad de la corriente eléctrica: es la carga que fluye por una sección transversal por unidad de tiempo. En el SI la intensidad de corriente se expresa en ampere: André Marie Ampere (1775-1836)

7. Tenemos un material que tenemos una concentración de partículas portadoras de cargas de valor: n Además, todas las partículas de mueven a la misma velocidad de deriva vdal colocar el material en un campo eléctrico. densidad de corriente

8. independientemente del signo de la carga de los portadores

9. 2.3 Ley de Ohm. Resistencias. Ley de Ohm Georg Simon Ohm (1787-1854) físico alemán

10. conductividad del material resistividad del material

11. resistividad y temperatura es la resistividad del material a la temperatura de referencia

12. resistencia Ley de Ohm en el SI R se expresa en ohm (Ω)

14. I obedece la ley de Ohm resistor no obedece la ley de Ohm diodo

15. 2.4 FEM de un generador. Efecto Joule. Relaciones de potencia en un circuito. Al colocar un conductor en un campo eléctrico, se crea una corriente. Las cargas se van acumulando en los extremos del conductor, creando un campo eléctrico opuesto al inicial. Al cabo de muy poco tiempo el campo se hace cero y la corriente cesa.

16. Al cabo de muy poco tiempo el campo se hace cero y la corriente cesa. Solamente continuará moviéndose las cargas (corriente eléctrica) si el conductor forma parte de una espira. Circuito eléctrico: camino conductor que forma una espira cerrada, por donde se mueve una corriente eléctrica.

17. fuerza electromotriz • bomba de cargas • bomba de agua f.e.m. (ε): en realidad es el trabajo que se realiza por unidad de carga. SI volt (V). fuerza electromotriz: es el efecto que hace fluir cargas de un potencial menor a un potencial mayor.

18. fuerza electromotriz • f.e.m. Es una fuerza que puede tener diferentes orígenes no eléctricos. Se encarga de transportar carga en contra de la caída de potencial Vab. • fuente de f.e.m. no conectada a un circuito • fuente de f.e.m. ideal • está asociada con un proceso de difusión de iones

19. fuente de f.e.m. ideal en un circuito • símbolo de la fuente de f.e.m. en un circuito

20. fuente de f.e.m. real en un circuito En realidad, la diferencia de potencial Vab (diferencia de tensión) en los bornes de una fuente de f.e.m. no son igual si está conectado a un circuito por donde circula una corriente, que cuando no está conectada. • fuente de f.e.m. real La tensión en los bornes de esta batería cuando no está conectada es de 12 V, pero cuando está conectada a la bombilla la tensión en sus bornes es menos de 12 V.

21. a b b a • fuente de f.e.m. real en un circuito resistencia interna de una fuente: es la resistencia que ofrece el propio material de la fuente al paso de la corriente eléctrica. I • fuente de f.e.m. ideal • fuente de f.e.m. • real

22. símbolos en un circuito Conductor con resistencia insignificante Resistor Fuente de f.e.m. ideal Fuente de f.e.m. con resistencia interna Voltímetro (mide diferencia de potencial) Amperímetro (mide intensidad de corriente) Condensador

23. uso de voltímetros y amperímetros Se conecta en paralelo al dispositivo que queremos medirle la diferencia de potencial. Se conecta en serie al dispositivo al que le queremos medir la corriente.

24. energía y potencia en circuitos eléctricos Cuando una carga q pasa a través de un elemento de un circuito (independientemente del elemento que sea) la variación de energía potencial de la carga es: La energía entregada/liberada en la unidad de tiempo (potencia): Una fuente de f.e.m.entregará potencia al circuito. Un resistorrecibirá potencia en el circuito.

25. potencia en un resistor La energía transmitida al resistor se emplea en aumentar el movimiento de las cargas (electrones). Estos, golpean con los átomos del material y transfieren gran parte de su energía. La energía en el resistor se disipa a razón de RI2 (Efecto Joule). En este proceso, el resistor puede aumentar su temperatura, y en algunos casos puede ocurrir su ruptura. Así, cada resistor tiene un límite de potencia de trabajo (potencia nominal).

26. potencia de salida en una fuente de f.e.m. representa la energía por unidad de carga y unidad de tiempo que se convierte de energía no eléctrica a energía eléctrica en el interior de la f.e.m. representa la energía por unidad de tiempo que se libera en la resistencia interna de la f.e.m.

27. potencia de entrada en una fuente Este fenómeno ocurre cuando le damos carga a la batería de un coche a partir de un generador potente.

28. 2.5 Leyes de Kirchhoff para corriente continua. Ley de Ohm Circuito eléctrico: camino conductor que forma una espira cerrada, por donde se mueve una corriente eléctrica. ¿Qué ocurre si conectamos varias resistencias en serie y/o en paralelo?

29. resistores en serie

30. resistores en paralelo

31. Los faros de un coche, ¿están conectados en serie o en paralelo?

32. … queremos calcular la intensidad de un circuito

33. Las resistencias conectadas en serie consumen menos potencia.

34. Dos bombillas iguales conectadas en serie consumen y brillan menos que cuando las conectamos en paralelo.

35. reglas de Kirchhoff Intentemos conocer las corrientes que circulan por cada una de las resistencias en los siguientes circuitos: Nudo (unión): es un punto en un circuito donde se encuentran tres o más conductores. Malla (espira): cualquier camino conductor cerrado.

36. Regla de Kirchhoff de los nudos (uniones): la suma algebraica de las corrientes en cualquier nudo es cero. conservación de la carga Regla de Kirchhoff de las mallas (espiras): la suma de las diferencias de potencial en cualquier malla (espira) debe ser cero. conservación de la energía Gustav Robert Kirchhoff físico alemán (1824-1887)

37. convenios del recorrido de las mallas - + - + - + + - - +

38. q(t) t • circuitos RC (carga del condensador) ε i (t) -q(t) +q(t) C R i(t) t

39. q(t) i(t) ε/R Cε t t • circuitos RC (descarga del condensador) ε i (t) -q(t) +q(t) C R