Computo III

Unidad 3: Resistencia, Corriente, Potencial y Capacitancia. 

Las competencias a desarrollar en esta unidad fueron:

- Definir la resistencia y resistividad de algunos materiales en función del flujo de la corriente eléctrica. 

- Calcular la energía potencial de una carga conocida a una distancia determinada de otras cargas conocidas.

- Utilizar de forma adecuada el código de colores para describir las características de una resistencia.

- Construir circuitos y simular las mediciones en cada uno de sus componentes a través de software especializado.

- Analizar la capacitancia y describir sus implicaciones y comportamiento dentro de un circuito eléctrico.

Contenidos:

- Resistencia y Resistividad.

- Corriente Eléctrica.

- Código de Colores de 3 y 4 bandas.

- Simuladores Eléctricos.

- Potencial Eléctrico.

- Capacitancia.

Resistencia y Resisitividad 

Algunos materiales, por ejemplo, los metales tienen dentro de su estructura atómica, gran cantidad de electrones libres, que pueden moverse a través del material y pasar de un átomo a otro con mucha facilidad. Estos materiales se llaman conductores y tienen la habilidad de transferir carga eléctrica de un objeto a otro. Un conductor es un material a través del cual se transfiere fácilmente la carga.

Por otra parte, existen materiales que no permiten la circulación de electrones de forma abierta. Materiales como el caucho o el vidrio son malos conductores y se les conoce como aislantes. Por lo tanto, un aislante es un material que se resiste al flujo de carga.

También existen materiales conocidos como semiconductores que tiene una capacidad media de transportar la carga eléctrica. Algunos ejemplos de materiales semiconductores son el silicio, el germanio y el arseniuro de galio.

De esta manera, podemos definir la resistencia como la oposición que brinda un material al flujo de la corriente eléctrica y se representará por el símbolo R y se medirá en ohmios (Ω) La resistencia, es una característica individual de cada material.Se puede concluir que los conductores tienen poca resistencia y los aislantes tienen una resistencia muy elevada.

Resisitividad

La resistencia es la descripción cualitativa de algunos materiales, pero, es necesario cuantificar la resistencia para poder hacer comparaciones correctas y determinar que materiales tienen mayor o menor resistencia.

Por lo tanto, de manera inmediata, se puede definir la resistividad eléctrica de una sustancia como la medida de su capacidad para oponerse al flujo eléctrico.

La resistividad se representa por el símbolo ρ y su unidad de medida en el SI es Ωm (ohmio metro).

Corriente Eléctrica 

Se sabe que, en un conductor existen cargas libres, o sea cargas que pueden moverse libremente en el interior de un conductor. Si se aplica un campo eléctrico en el interior de un conductor, este campo actuaría sobre las cargas libres, poniéndolas en movimiento ordenado, entonces se dice que se establece una corriente eléctrica en el conductor.

Con estas ideas, podemos definir la corriente eléctrica como sigue: La Corriente Eléctrica en un conductor, es el desplazamiento de electrones libres de forma ordenada, entre dos puntos del material.

Es decir, que la corriente eléctrica se produce cuando existe un movimiento de electrones de manera ordenada y constante dentro de un material.

Tipo de corrientes eléctrica

Corriente Directa: Es el movimiento de cargas en una misma dirección. En este tipo de corriente, el campo eléctrico apunta siempre en el mismo sentido. Esta corriente es producida, por ejemplo, por pilas de linternas, por baterías de automóviles o por celdas fotovoltaicas (celdas solares).

Corriente Alterna: Se refiere a una corriente en la cual, el desplazamiento de las cargas libres, cambian periódicamente de sentido, esto es, las cargas libres se desplazan en un sentido y luego en sentido contrario.

Circuitos Eléctricos

Un circuito eléctrico es toda trayectoria cerrada por la que puede circular una corriente eléctrica. Los elementos básicos de un circuito eléctrico son:

Los elementos básicos de un circuito eléctrico son:

Fuente de Energía : También llamado generador de corriente, puede ser una pila o una batería.

Resistencia: Son dispositivos que se utilizan para controlar la intensidad de la corriente en un circuito.

Conductores: El medio por el cual se transporta la corriente eléctrica desde el generador hasta los receptores.

Interruptores: Son dispositivos que sirven para abrir o cerrar un circuito.

Es de tomar en cuenta, que un circuito puede tener muchos componentes, pero, para iniciar su estudio, usaremos solo los componentes básicos. Cada uno de estos elementos, se pueden representar de manera gráfica, es decir, dentro de un circuito, cada tipo de componente tiene su respectivo símbolo que lo identifica.

Ley de OHM

La corriente recorre el circuito eléctrico en base a algunas leyes, las cuales también se aplican al análisis puntual de 𝑉 sus componentes.

Una de las leyes más importantes en el estudio de la electricidad es la Ley de Ohm, llamada así en honor a su descubridor, el físico alemán Georg Ohm.

Según la ley de Ohm, la intensidad de corriente que fluye por un circuito es directamente proporcional al potencial eléctrico, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito. En la imagen adjunta se enuncia las expresiones matemáticas para la Ley de Omh, donde: 

𝐼: Intensidad de la corriente eléctrica.

𝑅: Resistencia total en el circuito.

𝑉: Diferencia de potencial o Voltaje.

Unidad 4: Corriente Alterna

Circuitos en Serie 

Un circuito con resistencias en serie se forma al conectar dos o más resistencias a una fuente de alimentación, de tal forma que toda la corriente que salga del terminal negativo de la fuente pasa a través de cada una de las cargas (resistencias) y regresa al terminal positivo de la fuente.

Es decir, que la corriente eléctrica tendrá un único camino o recorrido a través de todo el circuito.

Propiedades de los Circuito en Serie

En un circuito en serie, solo existe un camino para el flujo de la corriente y, por lo tanto, la intensidad de la corriente es igual en cualquier parte del circuito.

La resistencia total 𝑹𝑻, en un circuito en serie, es la suma de las resistencias individuales. Por ejemplo, la resistencia total del circuito anterior se puede expresar como: 𝑅𝑇 =𝑅1+𝑅2+𝑅2

Circuitos en Paralelo

Cualquier circuito que tenga más de un camino para el flujo de la corriente, se denomina circuito en paralelo. En los circuitos en paralelo, la corriente se divide y sigue distintos caminos.

Propiedades de los circuitos en paralelo

El voltaje creado en todas las resistencias conectadas en paralelo, es el mismo en cualquier resistencia. (En un circuito en paralelo sencillo, este voltaje equivale al voltaje de la fuente).

El total de la corriente equivale a la suma de la corriente del ramal 1, más la corriente del ramal 2, más la corriente del ramal 3, etc. Es decir:

𝐼𝑇 = 𝐼1 +𝐼2 +𝐼3

En un circuito en paralelo se tiene que, el inverso de la resistencia total del circuito es igual a la suma de los inversos de cada una de las resistencias que lo constituyen. Es decir:

RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

Leyes de Kirchhoff

Dentro de un circuito eléctrico se define un nodo como un punto de unión entre dos o más elementos del circuito. Y se le conoce como malla a todo recorrido simple y cerrado dentro del circuito.

Dentro de un circuito, se considera que el flujo de la corriente eléctrica se dirige de positivo a negativo, en la imagen adjunta, se representa por las flechas negras el flujo de la corriente y se visualiza cada una de las mallas del circuito.