12 corriente

8/8/2019 12 corriente

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIRIA

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS

Curso: FISICA II CB 302U

Profesor: JOAQUIN SALCEDO [email protected]: Corriente

Tipler -Mosca, Serway-Beichner, Sears-Semansky, Benson, Maximo-Alvarnga,Salvador http://es.wikipedia.org/

Corriente elctrica En un alambre desconectado existe movimiento de los portadores, pero no

existe un flujo neto en algn sentido. Al establecer una diferencia de potencial los portadores son sometidos a la

accin del CE es decir se mueven en un sentido Los portadores pueden ser positivos, negativos o ambos El sentido convencional asume que los portadores son positivos

Si consideramos un rea trasversal al movimiento hay una rapidez de flujo de carga.

Corriente media

m

q

i t

=

Corriente instantnea

dqi

dt=

Unidad SI Ampere

11

1

CA

s=

.

Tarea: analizar los portadores en conductores, en semiconductores y en otrassituaciones.

.


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Mirando las cargas. Modelo microscpico

Velocidad de deriva o arrastreAl activar CE los portadores que tenan un movimiento aleatorio se mueven a favor

(+) o en contra (-)Su movimiento no es libre no es en lnea recta: hay colisiones tomo-electrn (comosi fuera friccin)Esto causa que se muevan muy lentamenteY cmo se enciende el foco casi al instante?

d d

d

N dQdQ Nq Vq nAdxq I nAv q J nv q

V dt

vnq

A

J

= = = =

=

= = =I

* mostrar que la densidad atmica esta relacionado con la densidad de masaan

el nmero de Avogadro y la masa molecular M poraN

Aa

Nn

M

=


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de los electrones en un alambre de cobre tpico de radio 0.815mm quedv

transporta una corriente de 1A, suponiendo que existe un electrn libre por tomo?

Necesita la densidad de masa y la masa molecular de los elementos mas conocidos

Con la suposicin3 23

28 3(8.93 / )(6.02 10 ) 8.47 10 / 63.5

Aa

N g cm x x atomos m

Mn n

= = ==

2 3

528 19

1

(3.14)(0.815 10 )

3.54 10 / 8.47 10 (1.6 10 )

d

I IJ

A r x

Jv xnq x x

= = = =

= = = m s

Lentito?

Entonces Cmo es que la luz eclctica surja instantneamente?

Otra versin

Sea una corriente en un conductor de rea de seccin transversal A y longitud x

Si asumimos una rapidez promedio para los portadoresdvd

x v t = El volumen

dV x A v t = = A La carga

ol ol d

ol

m dd

NQ Nq V q nV q nv tAq

V

Qi nv Aq nv qt

ijA

= = = =

= = = =

Donde n nmero de portadores por unidad de volumen (densidad de portadores)Cual es su relacin con la densidad atmica? Uno a uno?

Un Alambre de cobre N 12 (rea de seccin transversal 6 23.31 10x m ) conduce 10 A.Suponiendo que cada tomo da un electrn.

Halla la velocidad de arrastreSolucin


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a

iv

nqA=

Necesitamos las otras magnitudes ya estn dadasn

Nn

V=

N= # de partculas, con la suposicin, igual al # de electrones e igual al # deAvogadro.Clculo del V

En las tabla peridica 63.5 ( 1 ) M g mo= = l La densidad del cobre 38.85 /g cm

3

3

63.57.09

8.95 /

M M gV c

V g cm

= = = = m

Clculo de n23

28 3

3

6.02 108.49 10 /

7.09

N x electronesn x electrones m

V cm= = =

Clculo de vd

28 3 19 6 2

4

10 /

8.49 10 (1.6 10 )3.31 10

2.22 10 /

a

a

i C sv

n q A x m x x m

v x m s

= =

=

Qu puede decir de la velocidad de arrastre? En que tiempo recorre 1 metro?

Ley de Ohm

dd

i J n q v J n q

A= = = v

Una densidad de corriente y un ce E se establecen en un conductor cuando semantiene una diferencia de potencial.

En algunos materiales la densidad de corriente es proporcional al CE

J E= La constante es la conductividad

Para muchos materiales (la mayor parte de los metales, la proporcin entre la

densidad de corriente y el CE es una constante que es independiente del CEproductor de la corriente

Los materiales que obedecen esta ley son llamados ohmicos


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Relacin macro

Ley de OhmPara muchos materiales la relacin entre densidad de corriente y CE es constanteEsta es independiente del CE productor de la corriente

,V I l

V E l J E V I l A A

= = = = =

Resistencia elctricaDificultad que ofrece al paso de la corriente elctrica

, V I Rl l

V I Rl

A A A

= = = =

Relacin entre el voltaje, corriente y resistencia

Unidad SI Ohm

11

1

V

A =

Los materiales que muestra el comportamiento lineal son los llamados ohmicos

Los materiales que no son lineales son muy importantes en electrnica

Obedece la ley de Ohm No obedece la ley de Ohm

Un alambre de cobre de calibre 18 (dimetro 1.02mm y reatransporta una corriente de 1A. Halle

-7 28.2x10 m

a) La magnitud del CE en el alambre

IE= =

A

b) La diferencia de potencial entre dos puntos del alambre separados 50m

V =EL= c) la resistencia de este tramo de alambre

LE= =1.05

A


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ResistorLos conductores tienen resistencia pequeaNecesario construirlos de otros materiales (cermicos) se denominan resistores

La 4ta banda indica la precisin del valor:

Ausencia 20%Plateada 10%Dorada 5%http://es.wikipedia.org/wiki/Codigo_de_colores

Amarillo violeta naranja plateada 47k 10% Por qu es necesario usar colores?

Resistividad1 lR

A ==

Relacin entre la resistencia y la resistividad

En un metal En un semiconductor En un superconductor
http://es.wikipedia.org/wiki/Codigo_de_coloreshttp://es.wikipedia.org/wiki/Codigo_de_colores


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Serway-Beichner 5ta edicion, pag. 847

Hallar la resistencia de una muestra de aluminio de 10cm y rea de seccin

transversal 4 22.0 10x m 5

1.41 10x

Repetir lo mismo para vidrio de las mismas dimensiones (10

3 10x m )13

1.5 10x

Cmo calcular resistencias si el rea no es uniforme?

d rd

l

A AR R ==

Cable coaxial.Se usa para transportar seales de TV, Constan de dos conductores cilndricos concntricos y su espacio interior esta llenode un material no conductor,

Halle la resistencia de un cable coaxial con silicio en su espacio interior radio interno0.5 cm radio externo1.75cm y 15cm de longitud.


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ln ( )2 2 2

b

al d r d r d r R d R R b

A A r l l r l a

= = = = =

Sustituyendo datos

6 4 0 1 .7 5ln ( ) 8 5 1

2 (0 .1 5) 0 .5R

= =

Modelo de conduccin elctrica.Drude 1900

,

0,

f i

d

e

i

qEF aE F ma a v v at m

qvv

E

m

= = = =

=

+

=

Intervalo de tiempo promedio entre choques sucesivos.

Expresar la densidad de corriente en funcin de


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2

d

q E J nqv n

m= =

Expresar la conductividad y la resistividad en funcin de

2

2

1,

nq m

m n

q = = =

Expresar en funcin de distancia promedio entre colisiones (trayectoria libremedia) y la rapidez promedio

p p

d

d

l lv

v

= =

Resistencia y temperatura

En el laboratorio las curvas I vs V no aparecen lineales para conductores,produciendo confusin. La causa es la temperatura.

En dilatacin vimos como la temperatura afectaba las dimensiones de un cuerpo

0

dldp dT

l

Podemos usar la misma expresin haciendo un pequeo cambio

0 0

ddp dT

ddT

=

La variacin de la resistividad unitaria es proporcional a la temperatura

Demostrar que

[ ]0 0(1 ( )T T = +

[ ]0 0(1 ( ) R R T T = +

Un termmetro de resistencia de platino de 50 a 20 C se sumerge a un recipientecon indio fundido y su resistencia aumenta a 76.8Cul es el punto de fusin del indio?

=

[ ]

3

0 0

(1 ( ) 7 6 .8 5 0 (1 3 .9 2 1 0 ( 2 0 ) R R T T x T = + = +

0157T C=


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Energa elctrica y potencia

U q V

U q V P I V P I Vt t

= = = = =

JW

s=

Energa

UP U

t

= =

P t

kWh

Potencia de entrega ignorando la resistencia interna

,P I V V P I = = =

Potencia de consumo

2V IR P I R = =

* Un calentador a 220V y tiene un alambre de nicrom con resistencia total de 8 Halle la corriente y la potencia de consumo

227.5 , 3.3V I A P I R kW R

= = = =

* Estime el costo para cocinar un pavo durante 4h en un horno que opera a 20A y220V

Potencia

2 0(2 20 ) 4 .4P I k W = = =

Energa

4 .4 ( 4 )UP U P t k W t

= = =

h


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