ELECTRODINÁMICA - Colegio Miguel de Cervantes, Punta Arenas.

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ELECTRODINÁMICA
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• La electrodinámica es la parte de la Física que
estudia los efectos de las cargas eléctricas en
movimiento, es decir, de la corriente eléctrica.
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DEFINICIÓN
• Corriente eléctrica: es el flujo de electrones
que viaja a través de un material conductor.
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• Intensidad de corriente eléctrica (I): es la
medición de la cantidad de corriente eléctrica
que atraviesa al área (sección) transversal del
conductor por unidad de tiempo.
Matemáticamente se expresa como:
Donde
I es la intensidad de corriente medida en
ampere (A)
q es la carga eléctrica medida en coulomb (C)
t es el tiempo que demora en atravesar la carga
medido en segundos (s)
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Conductor 1
-
-
Conductor 2
-
- - - - -
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EJEMPLO
• Una carga de 2(C) demora 0,5 (s) en atravesar
la sección transversal de un cable. ¿Cuál es la
intensidad de la corriente que circula?
Datos:
Procedimiento:
q = 2 (C)
t = 0,5 (s)
I=x
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Tipos de corriente
• Corriente continua (CC o DC): La corriente
continua se genera a partir de un flujo continuo
de electrones siempre en el mismo sentido, el
cual es desde el polo negativo de la fuente al polo
positivo.
• La corriente continua se caracteriza por su
tensión, porque, al tener un flujo de electrones
prefijado pero continuo en el tiempo,
proporciona un valor fijo de ésta (de signo
continuo), y en la gráfica V-t (tensión - tiempo) se
representa como una línea recta de valor V.
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Ejemplos de generadores de CC
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• Corriente alterna (CA o AC): En la corriente alterna , los
electrones no se desplazan de un polo a otro, sino que
a partir de su posición fija en el cable (centro), oscilan
de un lado al otro de su centro, dentro de un mismo
entorno o amplitud, a una frecuencia determinada
(número de oscilaciones por segundo).
• Por tanto, la corriente así generada no es un flujo en un
sentido constante, sino que va cambiando de sentido y
por tanto de signo continuamente, con tanta rapidez
como la frecuencia de oscilación de los electrones.
• En la gráfica V-t, la corriente alterna se representa
como una curva u onda, que puede ser de diferentes
formas (cuadrada, sinusoidal, triangular) pero siempre
caracterizada por su amplitud (tensión de cresta
positiva a cresta negativa de onda), frecuencia (número
de oscilaciones de la onda en un segundo) y período
(tiempo que tarda en dar una oscilación).
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• Material conductor eléctrico: es aquel
material que permite el paso de la corriente
eléctrica a través de él. Ejemplos: metales,
seres vivos.
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Configuración electrónica del oro
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GRAFENO
• Es un alótropo del
carbono, un teselado
hexagonal plano (como
un panal de abeja)
formado por átomos de
carbono y enlaces
covalentes.
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• Entre las propiedades más sobresalientes se
encuentran que es transparente, flexible,
extraordinariamente resistente, impermeable,
abundante, económico y conduce la electricidad
mejor que ningún otro metal conocido, el
Grafeno tiene muchas propiedades que no se
habían encontrado antes en ningún otro material,
en la actualidad el Grafeno tiene fascinados a
científicos y a la industria debido a sus fantásticas
propiedades.
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• Aunque fue sintetizado por primera vez en
2004, saltó a la fama en 2010 cuando sus
descubridores, los investigadores de origen
ruso Andre Geim (Sochi, 1958) y Konstantin
Novoselov (Nizhny Tagil, 1974) recibieron el
Premio Nobel de Física. Como ya apuntó
entonces Andre Geim, las aplicaciones
potenciales del grafeno son tantas que ni
siquiera eran capaces de enumerarlas.
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• Material aislante eléctrico (dieléctrico): es
aquel material que NO permite el paso de la
corriente eléctrica a través de él. Ejemplos:
telas, plásticos, madera, goma.
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• Materiales semiconductores eléctricos: son
materiales que poseen características
intermedias entre los conductores y los aislantes,
por lo que no se consideran ni una cosa, ni la
otra. Sin embargo, bajo determinadas
condiciones esos mismos elementos permiten la
circulación de la corriente eléctrica en un sentido,
pero no en el sentido contrario. Son ejemplos: el
silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se). Esta
propiedad se utiliza para rectificar corriente
alterna, detectar señales de radio, amplificar
señales de corriente eléctrica, funcionar como
interruptores o compuertas utilizadas en
electrónica digital, etc.
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• Lugar que ocupan en la Tabla Periódica los trece elementos
con. características de semiconductores, identificados con su
correspondiente número atómico y grupo al que pertenecen.
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¿De qué depende la conductividad de
un material?
• Es una propiedad de cada material.
• Depende de la ligazón de los electrones externos
con el resto del átomo.
• Los metales, en general, son buenos conductores
porque los electrones no se encuentran muy
ligados al átomo.
• Para los líquidos, la conductividad está relacionada
con la presencia de sales diluidas, que generan
iones positivos y negativos.
• Los de gran conductividad se denominan
electrolitos y corresponden a disoluciones, como el
agua de la llave o el agua de mar.
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• Fuente de poder: para que los electrones
puedan moverse a lo largo de un cable,
necesitan energía. Esta energía la
proporcionarán las fuentes de poder: las pilas,
baterías, dínamos, placas fotovoltaicas, etc.
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• Voltaje (V): es la cantidad de energía eléctrica
que debe entregar una fuente de poder por
cada unidad de carga que se moverá. Esta
magnitud se mide en volts (V).
• Resistencia: es un cuerpo que se opone al
paso de la corriente y, generalmente, la
transforma en un tipo de energía distinto.
Ejemplos: ampolletas, televisores, el secador
de pelo.
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• Todos los aparatos que se conectan en un circuito
tienen algún grado de resistencia, incluso los
cables:
- Mientras más largo es un cable, mayor
resistencia tiene.
- Mientras más grueso es, menor resistencia
tiene.
- De todas maneras, los cables tienen
bajísimas resistencias y típicamente se desprecia
su efecto.
• Normalmente la resistencia se designa con la
letra R y su unidad es el ohm ().
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LEY DE OHM
• Las tres magnitudes principales de un circuito:
resistencia, voltaje e intensidad de corriente,
se encuentran interrelacionadas.
• La ley de Ohm señala que el voltaje entregado
por una pila u otro dispositivo es directamente
proporcional a la intensidad de corriente
generada y a la resistencia impuesta por el
circuito.
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• Matemáticamente su expresión es:
Donde
V es el voltaje (V)
I es la intensidad de corriente (A)
R es la resistencia ()
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EJEMPLO
• Una descarga de 0,05 A podría ser mortal para
una persona. Investiga qué consecuencias
tendría para ti meter los dedos al enchufe si
éste suministra 220 V en todas las casas de
Chile, y tu cuerpo seco tiene una resistencia
aproximada de 3.000 ().
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CIRCUITOS EN SERIE
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• En un circuito de resistencias en serie podemos
considerar las siguientes propiedades o
características:
– La intensidad de corriente que recorre el circuito es la
misma en todos los componentes.
– La suma de las caídas de tensión es igual a la tensión
aplicada. (Esta es una de las leyes de Kirchoff)
Vtotal = V1 + V2 + V3 + ….
Donde Vtotal es el voltaje total del circuito y V1 …. son las
distintos voltajes en cada resistencia (que se calculan con
la ley de Ohm).
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– La resistencia equivalente del circuito es la suma
de las resistencias que lo componen
Re = R1 + R2 + R3 + …
Donde Re es la resistencia equivalente y R1 … es cada
una de las resistencias presentes en el circuito.
– La resistencia equivalente es mayor que la mayor
de las resistencias del circuito.
– La intensidad total del circuito la calculamos con la
Ley de Ohm.
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CIRCUITO EN PARALELO
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• En un circuito de resistencias en paralelo
podemos considerar las siguientes
propiedades o características:
– La tensión es la misma en todos los puntos del
circuito.
– A cada uno de los caminos que puede seguir la
corriente eléctrica se le denomina "rama".
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– La suma de las intensidades de rama es la
intensidad total del circuito, coincide con la que
sale de la pila. (Esta es una de las leyes de
Kirchoff):
I Total = I1 + I2 + I3 + ….
Donde Itotal es la corriente total del circuito e I1… es
la corriente de cada rama
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– La inversa de la resistencia equivalente del circuito
paralelo es igual a la suma de las inversas de las
resistencias.
e
Donde Re es la resistencia equivalente del circuito y
R1….. son cada una de las resistencias presentes en el
circuito.
– La resistencia equivalente es menor que la menor
de las resistencias del circuito.
– Las intensidades de rama las calculamos con la Ley
de Ohm.
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