Integrantes:

o Lezama Lozano, Dilkero Pazo Salazar, Javiero Risco Torres, Henryo Salinas León, Ericko Saavedra Chapilliquen, Gregori

Curso:

Física General

Docente: Lic. Jorge Luis Rondo Vásquez

Ciclo: “IV”

Trujillo-Perú2012

Tipos de corriente

Hay dos tipos de corriente eléctrica: corriente directa o continua (CD ó CC) y corriente alterna (CA).

La corriente directa es aquella que fluye en una sola dirección (unidireccional o de sentido constante). Este tipo de corriente es proporcionada, por ejemplo, por las pilas (que se emplean en las linternas, radios, etc.) o bien por las baterías o acumuladores del automóvil.La corriente alterna es aquella que cambia periódicamente de dirección, desplazándose unas veces en una dirección y otras en dirección contraria. Este tipo de corriente es que la suministran las empresas de electricidad en casi todas las ciudades del mundo y es utilizada en nuestros hogares (electrodomésticos, equipos de sonido, televisión, computadoras, etc.) y en la industria.Una corriente alterna puede transformarse en corriente continua por medio de dispositivos especiales, denominados “rectificadores”, obteniéndose una corriente rectificada.Corriente alterna, corriente directa y corriente rectificada.

Corriente continua La corriente continua es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna en la

corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.

La primera aplicación comercial de este tipo de corriente ocurrió en los inicios de los sistemas de distribución de energía eléctrica, a instancias del inventor

estadounidense Thomas Alva Edison. A partir de 1893, este sistema fue sustituído por el de Corriente alterna propuesto por el inventor serbo-estadounidense Nikola Tesla, sobre cuyos desarrollos se construyó la primera central hidroeléctrica en las Cataratas del Niágara.

Resistencias Eléctricas

Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las

cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

A.- Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, que ofrece baja resistencia. B.- Electrones fluyendo por un mal conductor.eléctrico, que ofrece alta resistencia a su paso. En ese caso los electrones chocan unos contra otros al no poder circular libremente y, como consecuencia, generan calor.

La resistencia eléctrica se suele representar con la letra R, y su unidad en el SI es el ohmio, definido como la resistencia de un conductor en el cual la corriente es de un amperio cuando la diferencia de potencial entre sus extremos es de un voltio. El inverso de la resistencia se denomina conductancia eléctrica y su unidad es el siemens.De la ecuación anterior se desprende que cuanta menor sea la intensidad de la corriente, mayor será la resistencia, por ello se dice que la resistencia eléctrica es un medida de la dificultad que opone un conductor al paso de la corriente a su través.Para una gran variedad de materiales y condiciones, la resistencia eléctrica no depende de la cantidad de corriente o la diferencia de potencial aplicada por lo que ambas son proporcionales, siendo la resistencia de un conductor función de las características del material y la temperatura a la que éste se encuentra:R = l ρ / s

Donde:R = Resistencia (Ω)l = Longitud (m)s = Sección (mm2)ρ = Resistividad (Ω·mm2/m) o grado de dificultad que encuentran los electrones al desplazarse por el conductor.

Codificación

Las resistencias de pequeña potencia van rotuladas con un código de franjas de colores. Para caracterizar una resistencia hacen falta tres valores: resistencia, corriente máxima y tolerancia.La corriente máxima de una resistencia viene condicionada por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más corrientes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.Los otros datos se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes la última es el multiplicador y las otras las cifras significativas.El valor se obtiene leyendo las cifras como un número de una, dos o tres cifras y, después, multiplicando el resultado por el multiplicador, obteniéndose el resultado en ohmios (Ω); en ocasiones puede aparecer una banda adicional indicando el efecto de la temperatura en la variación de la resistencia. La nomenclatura normalizada emplea las letras R (1), K (kilo = 1.000) y M (mega = 1.000.000) como multiplicadores, en la posición que ocuparía el punto en la escritura del número. La segunda letra hace referencia a la tolerancia M=±20%, K=±10%, J=±5%, G=±2%, F=±1%. En los ejemplos se indica, entre paréntesis, la codificación de las resistencias con esta nomenclatura

Color de la banda

Valor de la cifra significativa

Multiplicador Tolerancia

Negro 0 1

Marrón 1 10 1%

Rojo 2 100 2%

Naranja 3 1 000

Amarillo 4 10 000

Verde 5 100 000

Azul 6 1 000 000

Violeta 7

Gris 8

Blanco 9

Dorado 0.1 5%

Plateado 0.01 10%

Ninguno 20%

Ejemplos de codificación de resistencias eléctricas

Tipos de resistencias.

Resistores (también llamados resistencias)

Los circuitos electrónicos necesitan incorporar resistencias. Es por esto que se fabrican un tipo de componentes llamados resistores cuyo único objeto es proporcionar en un pequeño tamaño una determinada resistencia, especificada por el fabricante.

El símbolo de un resistor es: ó

Hay resistencias de varios tipos. Los tipos más usuales son:

BOBINADAS: Sobre una base de aislante en forma de cilindro se arrolla un hilo de alta resistividad (wolframio, manganina, constantán). La longitud y sección del hilo, asi como el material de que está compuesto, darán una resistencia. Esta suele venir expresada por un número impreso en su superficie. Se utilizan para grandes potencias, pero tienen el inconveniente de ser inductivas.

AGLOMERADAS: Una pasta hecha con gránulos de grafito (el grafito es una variedad del carbono puro; la otra es el diamante). El valor viene expresado por medio de anillos de colores, con un determinado código.

DE PELICULA DE CARBON: Sobre un cilindro de cerámica se deposita una fina película de pasta de grafito. El grosor de ésta, y su composición, determinan el valor de la resistencia.

PIROLITICAS: Similares a las anteriores, pero con la película de carbón rayada en forma de hélice para ajustar el valor de la resistencia. Son inductivas.

RESISTORES VARIABLES

Hay veces en que interesa disponer de una resistencia cuyo valor pueda variarse a voluntad. Son los llamados reostatos o potenciómetros. Se fabrican bobinados o de grafito, deslizantes o giratorios. Se suelen llamar potenciómetros cuando poseen un eje practicable, y resistencias ajustables cuando para vararlas se precisa la ayuda de una herramienta, porque una vez ajustados no se van a volver a retocar más.

Los potenciómetros se representan en los circuitos por:

RESISTORES ESPECIALES

Existen resistores fabricados con materiales especiales, comúnmente semiconductores, cuya resistencia no es constante, sino que depende de algún parámetro exterior. Por ejemplo:

LDR LDR (Litgh Dependent Resistance)

Resistencia dependiente de la luz

VDR VDR (Voltage Dependent Resistance)

Resistencia dependiente del Voltaje

PTC PTC (Positive Temperature Coefficient)

Coeficiente de Temperatura Positivo

NTC NTC ( Negative Temperature Coefficient)

Coeficiente de Temperatura Negativo

LIMITACIONES DE LOS RESISTORES

A la hora de escoger un resistor hay que tener en cuenta, además de su valor óhmico, otros parámetros, tales como la máxima potencia que es capaz de disipar y la tolerancia.

Respecto a la primera, es preciso considerar que una resistencia se calienta al paso por ella de una corriente. Debido a esto, hace falta dimensionar el resistor de acuerdo con la potencia calorífica que vaya a disipar en su funcionamiento normal. Se fabrican resistores de varias potencias nominales, y se diferencian por su distinto tamaño.

La tolerancia es un parámetro que expresa el error máximo sobre el valor óhmico nominal con que ha sido fabricado un determinado resistor. Por ejemplo, un resistor de valor nominal 470 W con una tolerancia del 5 % quiere decir que el valor óhmico real de ese resistor puede oscilar entre el valor nominal más el 5 % del mismo, y el valor nominal menos el 5 %. Es decir, entre :

470 - 0,05 x 470 = 446,5

470 + 0,05 x 470 = 493,5

Si no se usan siempre resistores de alta precisión (baja tolerancia) es porque el coste es elevado y para las aplicaciones normales es suficiente con una tolerancia relativamente alta.

CONDUCTANCIA

La conductancia es una magnitud eléctrica que se define como la inversa de la resistencia y se representa con la letra G. Por analogía con la resistencia, podría

decirse que la conductancia es la facilidad que un conductor ofrece al paso de la corriente a través de él.

G = 1 / R ó R = 1 / G

La unidad de conductancia es el MHO (inverso de Ohm), y se representa por la letra omega invertida.

Ejemplo.

Se tiene una fuente de voltaje de 24 voltios corriente directa (24 V DC) conectada a los terminales de una resistencia. Mediante un amperímetro conectado en serie en el circuito se mide la corriente y se obtiene una lectura de 2 Amperios. ¿Cuál es la resistencia que existe en el circuito?

Aplicando la ley de Ohm tenemos que: T / I = R

Entonces remplazamos:

24 / 2 = 12 R (ohmios)

Densidad de corriente eléctrica

La densidad de corriente eléctrica se define como una magnitud vectorial que tiene unidades de corriente eléctrica por unidad de superficie

Relación entre la corriente y la densidad de corriente.

La densidad de corriente eléctrica se define como una magnitud vectorial que

tiene unidades de corriente eléctrica por unidad de superficie, es decir, intensidad

por unidad de área. Matemáticamente, la corriente y la densidad de corriente se

relacionan como:

I es la corriente eléctrica en amperios A

es la densidad de corriente en A.m-2

S es la superficie de estudio en m²Cargas puntuales aisladas

La densidad de corriente está relacionada con los portadores de cargas (electrones, huecos, iones en un electrolito) por :

Donde:

es la concentración del portador i.

es la carga eléctrica del portador i.

es la velocidad media del portador i en el volumen.Conductor eléctrico

Si la densidad de corriente es uniforme en una región del espacio entonces la relación se simplifica notablemente. Esto sucede con bastante aproximación en el interior de un tramo de conductor de sección constante, donde el vector es independiente de la posición por lo que la sección, la densidad de corriente y la intensidad guardan la relación:

Siendo la sección transversal del tramo de conductor.

Densidad de corriente de un medio continuo

Si tenemos una región del espacio con una densidad de carga, no necesariamente uniforme, en la que el movimiento de cargas se puede representar por un campo vectorial de velocidades, para esa distribución de cargas en movimiento tenemos:

Donde es la densidad de carga en un punto y la velocidad de las cargas en ese punto.

Ley de Ohm

La Ley de Ohm se puede entender con facilidad si se analiza un circuito donde están en serie, una fuente de voltaje (una batería de 12 voltios) y un resistor de 6 ohms (ohmios). Se puede establecer una relación entre el voltaje de la batería, el valor del resistor y la corriente que entrega la batería y que circula a través del resistor.

Esta relación es: I = V / R y se conoce como la Ley de Ohm. Entonces la corriente que circula por el circuito (por el resistor) es: I = 12 Voltios / 6 ohms = 2 Amperios.

De la misma fórmula se puede despejar el voltaje en función de la corriente y la resistencia, entonces la Ley de Ohm queda: V = I x R.

Entonces, si se conoce la corriente y el valor del resistor se puede obtener el voltaje entre los terminales del resistor, así: V = 2 Amperios x 6 ohms = 12 Voltios

Al igual que en el caso anterior, si se despeja la resistencia en función del voltaje y la corriente, se obtiene la Ley de Ohm de la forma: R = V / I.

Entonces si se conoce el voltaje en el resistor y la corriente que pasa por el se obtiene: R = 12 Voltios / 2 Amperios = 6 ohms

Es interesante ver que la relación entre la corriente y el voltaje en un resistor es siempre lineal y la pendiente de esta línea está directamente relacionada con el valor del resistor. Así, a mayor resistencia mayor pendiente. Ver gráfico.

Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se utiliza el triángulo que tiene mucha similitud con las fórmulas analizadas anteriormente.

Se dan 3 Casos:

Con un valor de resistencia fijo: La corriente sigue al voltaje. Un incremento del voltaje, significa un incremento en la corriente y un incremento en la corriente significa un incremento en el voltaje.

Con el voltaje fijo: Un incremento en la corriente, causa una disminución en la resistencia y un incremento en la resistencia causa una disminución en la corriente

Con la corriente fija: El voltaje sigue a la resistencia. Un incremento en la resistencia, causa un incremento en el voltaje y un incremento en el voltaje causa un incremento en la resistencia

En un circuito eléctrico, es frecuente encontrarnos con más de una

resistencia y en estos casos, a fin de proceder al estudio de dicho circuito, es conveniente poder simplificarlo, procediendo a asociar estas resistencias. Para ello se sustituyen dos o más resistencias por una única llamada resistencia equivalente, que consume la misma energía que el conjunto de las sustituidas. Esta asociación puede ser:

ASOCIACIÓN EN SERIE.ASOCIACIÓN EN PARALELO.ASOCIACIÓN MIXTA.ASOCIACIÓN EN ESTRELLA Y EN TRIÁNGULO

ASOCIACIÓN EN SERIE:Sus características:Se conecta una resistencia a continuación de otra.La intensidad de corriente que circula por ellas es la misma.La diferencia de potencial a la que está sometida cada una depende del valor óhmico de la resistencia.La suma de las diferencias de potencial de cada resistencia, será igual a la diferencia de potencial a la que se encuentre sometida la resistencia equivalente.

Teniendo en cuenta la Ley de Ohm:

Dividiendo por I, obtenermos:

Luego podemos decir que la resistencia equivalente de una asociación de dos o más resistencia en serie tiene un valor óhmico igual al resultado de sumar el valor de las resistencias que queremos asociar.

ASOCIACIÓN EN PARALELO:Sus características:Se conectan las resistencias, de tal forma que tengan sus extremos conectados a puntos comunes.La intensidad de corriente que circula por la resistencia equivalente es igual a la suma de las intensidades que circulan por cada una de las resistencias que estamos asociando.La diferencia de potencial a la que están sometida cada resistencia es la misma que la existente en sus extremos común.

Como podemos observar:

Teniendo en cuenta la Ley de Ohm:

De donde fácilmente se puede deducir que:

Así, podemos decir que la inversa de la resistencia equivalente a una asociación en paralelo de dos o más resistencias, es igual a la suma de las inversas de las resistencias que estando en paralelo queremos asociar a fin de calcular su resistencia equivalente.

ASOCIACIÓN MIXTA DE RESISTENCIAS:

Se entiende por asociación mixta, cuando existe una combinación de resistencias en serie y en paralelo. Para el cálculo de la resistencia equivalente de esta combinación de resistencias, se procede a resolver por separado las agrupaciones serie (primero) y paralelo, anteriormente estudiadas.Si el circuito es complejo, muchas veces es conveniente, ir dibujando los diferentes circuitos resultantes de los pasos intermedios dados en cada agrupación, facilitando así los cálculos posteriores. Todo esto, se verá más claramente en la resolución del los diferentes ejercicios que se plantean.

En una asociación mixta podemos encontrarnos conjuntos de resistencias en serie con conjuntos de resistencias en paralelo

A veces una asociación mixta es necesaria ponerla en modo texto. Para ello se utilizan los símbolos "+" y "//" para designar las asociaciones serie y paralelo respectivamente. Así con (R1 + R2) se indica que R1 y R2 están en serie mientras que con (R1//R2)que están en paralelo. De acuerdo con ello, las asociaciones de la figura 5 se pondrían del siguiente modo:

a) (R1//R2)+(R3//R4)

b) (R1+R3)//(R2+R4)

c) ((R1+R2)//R3)+R4

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. Como ejemplo se determinarán las resistencias equivalentes de cada una de las asociaciones de la figura :

a)

R1//R2 = R1//2

R3//R4 = R3//4

RAB = R1//2 + R3//4

b)

R1+R3 = R1+3

R2+R4 = R2+4

RAB = R1+3//R2+4

c)

R1+R2 = R1+2

R1+2//R3 = R1+2//3

RAB = R1+2//3 + R4

Desarrollando se obtiene:

a)

b)

c)

Bibliografía:

ANALISIS DE CIRCUITOS DE INGENIERIA

W. H. Hayt, Jr. Y L.E. Kemmerly 5° Edición., Ed. Mc. Graw Hill, 1995.

CIRCUITOS ELECTRICOS

J. W. Nilsson. Ed. Addison Wesley Iberoamericana

ANALISIS BASICO DE CIRCUITOS ELECTRICOS

D.E. Jonson, J.L. Hilburn y J.R. Johnson. Ed. Prentice Hall.