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Potencia Eléctrica




Enviado por papipapicm



Partes: 1, 2

     

    1.       Introducción

    2.       Definiciones

    3.      

    Ley de Joule

    4.      

    Fórmulas

    5.      

    Efectos
    de la corriente sobre el organismo

    6.      

    La potencia
    eléctrica

    7.      

    Energía potencial eléctrica

    1. Recordatorio
    2. Seguridad
      y salud: instrucciones operativas.
    3. Primeros
      auxilios en caso de accidente eléctrico
    4. Conexión
      a tierra
    5. Los
      peligros eléctricos
    6. Como
      podemos obtener corriente alterna

     

    Si
    una batería se utiliza para establecer una corriente eléctrica en un conductor,
    existe una transformación continua de energía química almacenada en la batería
    a energía cinética de los portadores de carga.  Esta energía cinética se
    pierde rápido como resultado de las colisiones de los portadores de carga con
    el arreglo de iones, ocasionando un aumento en la temperatura del
    conductor.  Por lo tanto, se ve que la energía química almacenada en la
    batería es continuamente transformada en energía térmica. Considérese un
    circuito simple que consista de una batería cuyas terminales estén conectadas a
    una resistencia R, como en la figura 4.3. La terminal positiva de la batería
    está al mayor potencial.  Ahora imagínese que se sigue una cantidad de
    carga positiva Q
    moviéndose alrededor del circuito desde el punto a a través de la batería y de
    la resistencia, y de regreso hasta el punto a. 
    El punto a es el punto de referencia que está aterrizado y su potencial
    se ha tomado a cero.  Como la carga se mueve desde a hasta b a través de
    la batería su energía potencial eléctrica aumenta en una cantidad V Q (donde
    V es el potencial en b) mientras que la energía potencial química en la batería
    disminuye por la misma cantidad.  Sin
    embargo, como la carga se mueve desde c hasta d a través de la resistencia,
    pierde esta energía potencial eléctrica por las colisiones con los átomos en la
    resistencia, lo que produce energía térmica.  Obsérvese que si se
    desprecia la resistencia de los alambres interconectores no existe pérdida en
    la energía en las trayectorias bc y da.  Cuando la carga regresa al punto
    a, debe tener la misma energía potencial (cero) que tenía al empezar.

     

    Un
    circuito consta de una batería o fem E y de una resistencia R.  La carga
    positiva fluye en la dirección de las manecillas del reloj, desde la terminal
    negativa hasta la positiva de la batería.  Los puntos a y d están
    aterrizados.
      La rapidez con la cual la carga Q pierde
    energía potencial cuando pasa a través de la resistencia está dada por :

    U     Q
           =        
      V  = IV
    t       t

    donde I es la corriente en el circuito.  Es cierto que la carga vuelve a
    ganar esta energía cuando pasa a través de la batería.  Como la rapidez
    con la cual la carga pierde la energía es igual a la potencia perdida en la
    resistencia, tenemos :

    P = IV

    En este caso, la potencia se suministra a la resistencia por la
    batería.  Sin embargo, la ecuación anterior puede ser utilizada para
    determinar la potencia transferida a cualquier dispositivo que lleve una
    corriente I, y tenga una diferencia de potencial V entre sus terminales. 
    Utilizando la ecuación anterior y el hecho de que V=IR para una resistencia, se
    puede expresar la potencia disipada en las formas alternativas :
     

    P=
    I²R = V²
                   
    R

    Cuando I
    está en amperes, V en volts, y R en ohms, la unidad de potencia en el SI es el
    watt (W).  La potencia perdida como calor en un conductor de resistencia R
    se llama calor joule; sin embargo, es frecuentemente referido como una perdida
    I²R.
    Una batería o cualquier dispositivo que produzca energía eléctrica se llama
    fuerza electromotriz, por lo general referida como fem.
     

    Ejemplo.  Potencia en
    un calentador eléctrico

    Se construye un calentador eléctrico aplicando una diferencia de
    potencial de 110V a un alambre de nicromo cuya resistencia total es de
    8?.  Encuéntrese la corriente en el alambre y la potencia nominal del
    calentador.

    Solución

    Como V=IR, se tiene :

    Se puede encontrar la potencia nominal utilizando  P=I²R :

     

    P = I²R = (13.8 A)² (8) = 1.52 kW

    Si se duplicaran el voltaje aplicado, la corriente se duplicaría
    pero la potencia se cuadruplicaría.

     

    electricidad
    se refieren a las corrientes eléctricas.  Por ejemplo, la batería de una
    lámpara suministra corriente al filamento de la bombilla (foco) cuando el
    interruptor se coloca en la posición de encendido.  Una gran variedad de
    aparatos domésticos funcionan con corriente alterna.  En estos casos
    comunes, el flujo de carga se lleva a cabo en un conductor, como un alambre de
    cobre. Sin embargo, es posible que existan corrientes fuera del
    conductor.  Por ejemplo, el haz de electrones en un cinescopio de TV
    constituye una corriente

     

    movimiento a través de un área A. La dirección de la
    corriente es en la dirección en la cual fluirían las cargas positiva.

    Siempre
    que cargas eléctricas del mismo signo están en movimiento, se dice que existe
    una corriente.  Para definir la corriente con más precisión, supongamos
    que las cargas se mueven perpendicularmente a un área superficial A como en la
    figura 4.1.  Por ejemplo, esta área podría ser la sección trasversal de un
    alambre. La corriente es la rapidez con la cual fluye la carga a través de esta
    superficie.  Si Q es la cantidad de carga que pasa a través de esta
    área en un tiempo t, la corriente promedio, Ip, es igual a la razón de la
    carga en el intervalo de tiempo :

    Ip =   Q
             t

     Si la rapidez con que fluye la carga varía con el tiempo, la
    corriente también varía en el tiempo y se define la corriente instantánea, I,
    en el límite diferencial de la expresión anterior :


    =  dQ
            dt

    La unidad de corriente en el SI es el ampere (A), donde :  1A
    = 1 C/s

    Es decir, 1 A de corriente equivale a que 1 coulomb de carga que
    pase a través de la superficie en 1 s.  En la práctica con frecuencia se
    utilizan unidades más pequeñas de corriente, tales como el miliampere
    (1mA=10¯³A) y el microampere (1µA=10¯6 A).

    Cuando las cargas fluyen a través de la superficie en la figura
    4.1, pueden ser positivas, negativas o ambas.  Por convención se escoge la
    dirección de la corriente como la dirección en la cual fluyen las cargas
    positivas.  En un conductor como el cobre, la corriente se debe al
    movimiento de los electrones cargados negativamente.  Por lo tanto, cuando
    hablamos de corriente en un conductor ordinario, como el alambre de cobre, la
    dirección de la corriente será opuesta a la dirección del flujo de
    electrones.  Por otra lado, si uno considera un haz de protones cargados
    positivamente en un acelerador, la corriente está en la dirección del
    movimiento de los protones.  En algunos casos, la corriente es el
    resultado del flujo de ambas cargas positiva y negativa.  Esto ocurre, por
    ejemplo, en los semiconductores y electrólitos.  Es común referirse al
    movimiento de cargas (positivas o negativas) como el movimiento de portadores
    de carga.  Por ejemplo, los portadores de carga en un metal son los
    electrones.
     
      Resistencia

    Es
    la oposición de un material al flujo de electrones.  La resistencia R del
    conductor esta dada por :

     

    R =  V
            I

    De
    este resultado se ve que la resistencia tiene unidades en el SI de volts por
    ampere.  Un volt por un ampere se define como un ohm () :

    1=
    1 V/A

    Es
    decir, si una diferencia de potencial de 1 volt a través de un conductor
    produce una corriente de 1 A, la resistencia del conductor es 1.  Por
    ejemplo, si un aparato eléctrico conectado a 120 V lleva corriente de 6 A, su
    resistencia es de 20.
    Las bandas de colores en un resistor representan un código que representa el
    valor de la resistencia.  Los primeros dos colores dan los dos primeros
    dígitos del valor de la resistencia el tercer color es el exponente en
    potencias de diez de multiplicar el valor de la resistencia.  El último
    color es la tolerancia del valor de la resistencia.  Por ejemplo, si los
    colores son naranja, azul, amarillo y oro, el valor de la resistencia es 36X104
    o bien 360K, con una tolerancia de 18K (5%). 
     

     

    Las
    bandas de colores en un resistor representan un código que representa el valor
    de la resistencia.
     

    Código de
    colores para resistores.

     

     

    Resistividad

    El
    inverso de la conductividad de un material se le llama resistividad p :
     

      p  = 1
            
    ô

    Resistividades
    y coeficientes de temperatura para varios materiales.

     

     
      Densidad de corriente

    Considérese un conductor con área de sección trasversal A que
    lleva una corriente I.  La densidad de corriente J en el conductor se
    define como la corriente por unidad de área.  Como I = nqvdA, la densidad
    de corriente está dada por :

    J
    =  I
           A

    donde J tiene unidades en el SI de A/m2. En general la densidad de
    corriente es una cantidad vectorial. Esto es,

    J= nqvd

    Con base en la definición, se ve también que la densidad de
    corriente está en la dirección del movimiento de las cargas para los portadores
    de cargas positivos y en dirección opuesta a la del movimiento de los
    portadores de carga negativos.

    Una densidad de corriente J y un campo eléctrico E se establecen
    en un conductor cuando una diferencia de potencial se mantiene a través del
    conductor.  Si la diferencia de potencial es constante, la corriente en el
    conductor será también constante.

    Con mucha frecuencia, la densidad de corriente en un conductor es
    proporcional al campo eléctrico en el conductor.  Es decir,

    J=ôE

    Conductividad

    Con mucha frecuencia, la densidad de corriente en un conductor es
    proporcional al campo eléctrico en el conductor.  Es decir,

    J=ôE

    donde la constante de proporcionalidad ô se llama la conductividad
    del conductor.  Los materiales cuyo comportamiento se ajustan a la
    ecuación anterior se dice que siguen la ley de Ohm, su nombre se puso en honor
    a George Simon Ohm.

     

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