Corriente Eléctrica

Introducción

Nuestro estudio hasta el momento se ha basado en cargas eléctricas, las cuales poseen las siguientes propiedades:

1. Todo cuerpo tiene cargas

2. La carga se conserva

3. Existen positivas y negativas

4. Se miden en Coulomb

Además vimos los mecanismos por los cuales se transfiere carga entre cuerpos (electrización): 1. Frotación 2. Contacto 3. Inducción

Ley de Coulomb

Todos los comportamientos anteriores se rigen por la Ley de Coulomb descrita en la siguiente ecuación:

𝐹12 =𝑘𝑞1𝑞2𝑟2

𝑟12

Donde 𝐹12 es la fuerza entre las cargas 𝑞1 𝑦 𝑞2 separadas por una distancia 𝑟 en una dirección 𝑟12 .

Además, 𝑘 es una constante igual a 9 × 109𝑁𝑚2

𝐶2

¿Muy difícil?

Ley de Coulomb

Lo importante no es la ecuación, sino lo que quiere expresar:

1. La Fuerza Eléctrica entre dos cargas se ejerce a distancia. Es decir, no es necesario que las cargas se toquen para que exista Fuerza Eléctrica.

2. La Fuerza Eléctrica es proporcional a la multiplicación de las cargas. Es decir, la fuerza será más grande cuanto más multipliquen sus cargas.

3. La Fuerza Eléctrica es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa las cargas. Es decir mientras más lejos estén las cargas, menor será su fuerza eléctrica.

Ley de Coulomb Ejemplos:

1. ¿En cual de los siguientes casos Fuerza Eléctrica será mayor? (Considere que en ambos casos la distancia entre las cargas es la misma)

a) 2[𝐶] y 4[𝐶]

b) 3[𝐶] y −4[𝐶]

Solución: Simplemente multiplicamos. En el caso a) resulta 8 y en el b) da 12. Por lo que la mayor fuerza se ejercerá en el caso b. (Nota: Para comparar fuerzas no nos importan los signos)

2. Se tiene una carga de 1[𝐶] y −5[𝐶]. ¿En cuál de los siguientes casos la Fuerza Eléctrica entre las cargas será mayor?

a) Si se separan por 10[𝑐𝑚] b) Si se separan por 20[𝑐𝑚] Solución: La fuerza eléctrica será más grande a la menor distancia. Es decir, en el caso a). (Nota: basta sólo con ver la distancia menor para encontrar la fuerza mayor. No es necesario elevar al cuadrado como dice el punto 3 de la diapositiva anterior)

Cargas en Movimiento

Todo lo que hemos visto hasta el momento, inclusive la Ley de Coulomb, describe lo que ocurre cuando las cargas están quietas. ¿Qué ocurre cuando las cargas se mueven?

Corriente Eléctrica: Es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa un área en un tiempo. Se calcula como:

𝐼 =𝑞

𝑡

Donde 𝐼 representa la corriente eléctrica la cual se mide en Ampere [𝐴].

Corriente Eléctrica

¿Qué se necesita para que las cargas eléctricas se muevan? ¿Por qué se mueven las cargas eléctricas? Observa las siguientes imágenes y responde:

¿Qué representa el flujo de agua?

¿Por qué el agua cae?

¿Qué pasaría si la manguera fuese más angosta o más ancha?

Corriente Eléctrica

La corriente eléctrica necesita principalmente dos elementos para producirse

En el ejemplo anterior

corresponde a

El concepto en electricidad se

denomina

Una diferencia de energía entre dos

puntos

La diferencia de altura

Diferencia de potencial o

voltaje

Un lugar por el cual

propagarse

La manguera por la que cae el

agua, con su respectivo

ancho

Resistencia Eléctrica

Voltaje o Diferencia de Potencial

En el ejemplo, vimos que el agua sólo puede circular si hay una diferencia de alturas. De la misma forma la corriente eléctrica sólo puede circular si hay una diferencia de potencial o voltaje. ¿Qué es el potencial? Básicamente es la energía eléctrica que hay en un punto del espacio. Se mide en Volts [𝑉] ¿Qué cosas tienen voltaje? Las pilas, baterías y los enchufes. ¿Te has fijado en que las pilas tienen un signo + y otro -? ¿Por qué?

Resistencia Eléctrica

En el ejemplo, vimos que la rapidez con la que circula el agua depende del ancho de la manguera y asociamos ese ancho a la resistencia eléctrica. Entonces la resistencia eléctrica de un objeto es la capacidad de oponerse al libre paso de la corriente eléctrica. La resistencia eléctrica de un objeto depende del material que lo constituye, de su largo y su ancho, por lo que no existen tablas de resistencia eléctrica Se mide en Ohm [Ω] En la imagen se muestran resistencias eléctricas usadas en laboratorios.

Resistencia Eléctrica

¿Qué cosas u objetos tienen resistencia eléctrica? En general todos los objetos poseen resistencia eléctrica. Los conductores poseen poca resistencia y los aislantes mucha. Sin embargo, existen elementos por los que nos gustaría que la corriente pase más lento. ¿Cuáles? Nuestros televisores, computadores, consolas de juegos, ampolletas, refrigeradores, etc. Cada uno de estos objetos conectados al enchufe funcionan como una resistencia eléctrica y hacen que la corriente circule de forma más lenta por ellos haciéndolos funcionar.

Ley de Ohm

Hemos identificado tres elementos básicos que deben existir cuando las cargas se mueven: corriente eléctrica (𝐼), voltaje

(∆𝑉) y resistencia (𝑅). La Ley de Ohm relaciona estos tres elementos básicos mediante la siguiente ecuación:

∆𝑉 = 𝐼𝑅

Notemos que si la resistencia es constante (como en los casos que veremos), la corriente es directamente proporcional al voltaje. Es decir, si queremos más corriente eléctrica, necesitamos más energía.

Circuitos eléctricos resistivos

Un circuito eléctrico resistivo es un arreglo de fuentes de voltaje y resistencias unidos con cables conductores. Los circuitos se pueden representar utilizando la simbología que se ve en la imagen:

• Entre 𝑎 y 𝑏 se muestra una fuente de voltaje, la cual alimenta de energía al circuito. Este símbolo reemplaza, por ejemplo, a una batería.

• Entre 𝑐 y 𝑑 se muestra una resistencia, la cual es alimentada por la energía de la fuente. Este símbolo reemplaza, por ejemplo, a una ampolleta o un televisor.

• Entre 𝑑 y 𝑎 se muestra un interruptor, el cual puede estar cerrado o abierto. Cuando está cerrado la corriente circula. Estando abierto no circula corriente.

Circuitos eléctricos resistivos

Los circuitos eléctricos en general funcionan bajo dos supuestos básicos:

1. Se asume que los cables que unen el circuito no tienen resistencia ya que están hechos de un muy buen conductor.

2. La corriente fluye de la posición − a + en la fuente, tal como se muestra en la imagen

Circuitos eléctricos resistivos

En las siguientes imágenes se muestra un circuito eléctrico con su respectiva representación. Note que la fuente de voltaje es una pila y que la resistencia es una ampolleta.

Circuitos eléctricos y Ley de Ohm

Se pueden calcular las variables básicas de un circuito utilizando la Ley de Ohm. Por ejemplo, supongamos que la fuente es de 50 𝑉 y la resistencia es de 5[Ω] . Calculemos cuánta corriente circula por este circuito.

Utilizando la Ley de Ohm, tenemos que ∆𝑉 = 𝐼𝑅

Reemplazamos los datos para obtener: 50 𝑉 = 𝐼 5[Ω]

Luego 𝐼 = 10[𝐴]

¿Qué ocurre en estos casos?

Lo veremos la siguiente clase…