C orporaciòn iberoamericana de estudios






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CORPORACIÒN IBEROAMERICANA DE ESTUDIOS




DEPARTAMENTO DE PUBLICACIONES


GUIA DE TRABAJO DE

FÍSICA II

TERCERA SESION

Elaborada por
JEAN YECID PEÑA

BOGOTA D.C


DATOS DEL ESTUDIANTE


NOMBRE DEL ESTUDIANTE : ________________________



_________________________


CARRERA : ________________________

JORNADA : MARTES Y MIERCOLES ( )

JUEVES Y VIERNES ( )

SABADOS ( )

DOMINGOS ( )
NOMBRE DEL PROFESOR : ________________________

FECHA : DEL __________ AL _______

CALIFICACION : ________________________
_____________________

FIRMA DEL PROFESOR

CIRCUITOS CON CORRIENTE CONTINÚA

Si dos cuerpos de carga igual y opuesta se conectan por medio de un conductor metálico, por ejemplo un cable, las cargas se neutralizan mutuamente. Esta neutralización se lleva a cabo mediante un flujo de electrones a través del conductor, desde el cuerpo cargado negativamente al cargado positivamente. En cualquier sistema continuo de conductores, los electrones fluyen desde el punto de menor potencial hasta el punto de mayor potencial. Un sistema de esa clase se denomina circuito eléctrico. La corriente que circula por un circuito se denomina corriente continua (CC) si fluye siempre en el mismo sentido y corriente alterna (CA) si fluye alternativamente en uno u otro sentido. Un circuito eléctrico es el trayecto o ruta de una corriente eléctrica. El término se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluyen una fuente de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito.

Circuitos eléctricos y sus componentes.

Un circuito eléctrico es el trayecto o ruta de una corriente eléctrica. El término se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluye una fuente de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito. Un circuito de este tipo se denomina circuito cerrado, y aquéllos en los que el trayecto no es continuo se denominan abiertos. Un cortocircuito es un circuito en el que se efectúa una conexión directa, sin resistencia, inductancia ni capacitancia apreciables, entre los terminales de la fuente de fuerza electromotriz.



La fuerza electromotriz (FEM)

Es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico. Con carácter general puede explicarse por la existencia de un campo electromotor cuya circulación, , define la fuerza electromotriz del generador.

Se define como el trabajo que el generador realiza para pasar por su interior la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo, dividido por el valor en Culombios de dicha carga. Esto se justifica en el hecho de que cuando circula esta unidad de carga por el circuito exterior al generador, desde el polo positivo al negativo, es necesario realizar un trabajo o consumo de energía (mecánica, química, etcétera) para transportarla por el interior desde un punto de menor potencial (el polo negativo al cual llega) a otro de mayor potencial (el polo positivo por el cual sale). La FEM se mide en voltios, al igual que el potencial eléctrico.

Se relaciona con la diferencia de potencial entre los bornes y la resistencia interna del generador mediante la fórmula (el producto es la caída de potencial que se produce en el interior del generador a causa de la resistencia óhmica que ofrece al paso de la corriente). La FEM de un generador coincide con la diferencia de potencial en circuito abierto. Esta manera al tomar la ley de Ohm y combinándola con la FEM vemos que:



Y la solución para la corriente es:



Esta ecuación demuestra que la corriente en este circuito simple depende tanto de la resistencia R externa a la batería como de la resistencia interna r. si R es mucho mayor que r, entonces podemos ignorar esta ultima. Al multiplicar la expresión para FEM por la corriente I, obtenemos:



En esta ecuación nos dice que, debido a la potencia la salida de potencia total de la FEM del dispositivo, se convierte en la potencia disipada como calor jolue en la resistencia de la carga, más la potencia disipada en la resistencia interna, .

Ejemplo

Una batería tiene una fem de 12.0 V y una resistencia interna de . Sus terminales están conectadas a una resistencia de carga de . A) encuentre la corriente del circuito y el voltaje de sus terminales de la batería.

Solución

Utilizando la ecuación de fem, tenemos:





Para comprobar este resultado podemos calcular la caída de voltaje a través de la resistencia de carga R.



b) calcule la potencia disipada en el resistor de carga, la potencia disipada por la resistencia interna de la batería y la potencia entregada por la batería.

La potencia disipada por el resistor de carga es:



La potencia disipada por la resistencia interna es:



Por lo tanto, la potencia entregada por la batería es la suma de estas cantidades, o 47.1W. Este valor puede verificarse usando la ecuación .

Resistores en serie y en paralelo

Resistencias en serie

Cuando dos o más resistores se conectan juntos de manera que solo tenga un punto común por par, se dicen que esta en serie. En la figura muestra dos resistores conectados en serie, advierta que la corriente es la misma a través de cada resistor debido a que cualquier carga fluye por debe también fluir por .





Puesto que la caída de potencial de a a b en la figura es igual a , y la caída de b a c es igual a , la caída de potencial de a a c es:





Por lo tanto, podemos sustituir los dos resistores en serie por una sola resistencia equivalente cuyo valor es la suma de las resistencias individuales.



En este caso hay una diferencia de potencial igual en los extremos de cada resistor. Si hay más de dos resistencias podemos generalizar:



Resistencias en paralelo





A diferencia del circuito serie, en este caso la corriente en cada resistor no es la misma. Cuando la corriente I es la misma llega a un punto a, conocido como una unión, se divide en dos partes, que va a través de e que circula por . Si es mayor que , entonces será menor que . Es decir, la carga en movimiento tiende a tomar la trayectoria de menor resistencia. Puesto que la carga debe conservarse, es claro, que la corriente I que entra al punto a debe ser igual a la corriente que sale de ese punto:



Puesto que la caída de potencial en cada resistor debe ser la misma, la ley de Ohm produce:



A partir de este resultado vemos que la resistencia equivalente de dos resistores en paralelo es:



Una extensión de este análisis a tres o más resistores en paralelo produce:



En esta expresión puede verse que una resistencia equivalente de dos o más resistores conectados en paralelo siempre es menor que la resistencia más pequeña en el grupo.

Ejemplo

Tres resistores en paralelo

En la figura se muestra tres resistores conectados en paralelo. Una diferencia de potencial de 18V se mantiene entre los dos puntos a y b. a) encuentre la corriente en cada resistor.

Solución

Los resistores están en paralelo y la diferencia de potencial a través de ellos es de 18V. Al aplicar a cada resistor se obtiene:



b) calcule la potencia disipada por cada resistor y potencia disipada por los tres resistores.

La aplicación de en cada resistor de como resultado:







Esto demuestra que el resistor más pequeño disipa la mayor potencia puesto que conduce la corriente más alta. (Advierta que es posible emplear también para determinar la potencia disipada por cada resistor). La suma de las tres cantidades brinda una potencia total de 200W.

c) calcule la resistencia equivalente de los tres resistores.



Reglas de Kirchhoff

Con mucha frecuencia, sin embargo, no es posible reducir un circuito a un solo lazo. El procedimiento para analizar circuitos más complejos se simplifica mucho mediante el uso de dos sencillas reglas conocidas como las reglas de Kirchhoff.

  • La suma de las corrientes que entran a cualquier unión debe ser igual a la suma de las corrientes que salen de esa unión.

  • La suma algebraica de los cambios de potencial a través de todos los elementos alrededor de cualquier lazo de circuito cerrado debe ser cero.


La primera regla es un enunciado a la conservación de la carga. Toda la corriente que entra a un punto dado en un circuito debe salir de ese punto debido a que la carga no se puede acumularse en un punto. Si aplicamos esta regla a la unión que se muestra a continuación obtenemos:



Representa la analogía mecánica a esta situación, en la cual fluye agua a través de un tubo ramificado sin fugas. La tasa de flujo dentro del tubo es igual a la tasa de flujo de las dos ramas.

La segunda regla surge de la conservación de la energía. Una carga que se mueve por cualquier lazo cerrado en un circuito, debe ganar tanta energía como la que pierde si se define un potencial para cada punto en el circuito.

Como una ayuda en la aplicación de la segunda regla, deben observarse las siguientes reglas:

  • Si se recorre un resistor en la dirección de la corriente, el cambio de potencial a través del resistor es –IR.



  • Si se recorre un resistor en la dirección opuesta de la corriente, el cambio de potencial a través del resistor es IR.





  • Si una fem se atraviesa en la dirección de la fem (de – a + en las terminales) el cambio de de potencial es





  • Si una fem se atraviesa en la dirección opuesta de la fem (de + a – en las terminales), el cambio de potencial es


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