3.1. Introducción a la electrónica industrial analógica y digital. 3.2. Elementos básicos de electrónica analógica. 3.2.1. Diodos. 3.2.2. Transistores. 3.2.3. SCR y TRIAC. 3.2.4. Disp…Descripción completa
Paso 3 - Explorando Los Fundamentos y Aplicaciones de La Electricidad
nnDeskripsi lengkap
Fundamentos de Electricidad Unidad 2: Electrodinámica
Acertijo •
Es muy peligroso tocar líneas de transmisión de energía caídas, debido a su alto potencial eléctrico, el cual puede tener cientos de miles de volts en comparación con la tierra. ¿Por qué se usa tan elevada diferencia de potencial en la transmisión de energía si es tan peligroso, y por qué las aves que se paran en los alambres no se electrocutan?
Corriente Eléctrica •
•
Se emplea para describir la rapidez de flujo de carga que pasa por alguna región del espacio. En cualquier parte donde existe un flujo de carga neto, se dice que existe una corriente.
•
Corriente promedio de un conductor: –
– – –
n: número de portadores de carga q: carga A: área transversal vd: rapidez de arrastre deriva
Ejemplo •
El alambre de cobre calibre 12 en una construcción residencial común tiene un área de sección transversal de 3.31x10 -6 m2. Si conduce una corriente de 10 A, ¿cuál es la rapidez de arrastre de los electrones? Suponga que cada átomo de cobre contribuye con un electrón libre a la corriente. La densidad del cobre es de 8.95 g/cm3.
Solución • •
La masa molar del cobre es de: 63.5 g/mol No. de Avogadro: 6.02x1023 electrones v
m
n
8.95
6.02 x10
v d
63.5 g
7.09cm
I nqA
g
23 3
7.09cm
3
cm3
3 cm 1.00 10 6
m 3
8.49 10 10 C
8.49 10
v d
2.22 10
4
m
s
28
electrones
m 3
28
electrones
s
1.6 10
19
m3
C 3.3110 6 m 2
Resistencia y Ley de Ohm •
Las cargas que se mueven en un conductor producen una corriente bajo la acción de un campo eléctrico, el cual es mantenido por la acción de una batería a través del conductor. Un campo eléctrico puede existir en un conductor porque las cargas están en movimiento (situación no electrostática).
•
Considere un conductor de área de sección transversal A que conduce una corriente I . La densidad de corriente J en el conductor se define como la corriente por unidad de área.
Ley de Ohm •
Una densidad de corriente J y un campo eléctrico E se establecen en un conductor cuando se mantiene una diferencia de potencial a través del conductor.
J E •
•
:
conductividad del material Para muchos materiales, la proporción entre la densidad de corriente y el campo eléctrico es una constante que es dependiente del campo eléctrico productor de la corriente.
Resistividad •
El inverso de la conductividad , es la resistividad (ohmmetro). 1
•
Resistencia de un conductor uniforme: R
l A
Resistores •
La mayor parte de los circuitos eléctricos usan dispositivos llamados resistores para controlar el nivel de corriente en las diferentes partes del circuito.
Ejemplo •
Calcule la resistencia de un cilindro de aluminio que mide 10 cm de largo y tiene un área de sección transversal de 2x10 -4 m2. Repita el cálculo para un cilindro de vidrio de las mismas dimensiones con resistividad de 3x10 10.
Resistencia y temperatura •
En un intervalo limitado de temperatura, la resistividad de un metal varía aproximadamente lineal con la temperatura, de acuerdo a la expresión:
•
Donde: T0 : temperatura de referencia (20° C) – : coeficiente de temperatura de resistividad – 0 : resistividad a temperatura de referencia –
Ejemplo •
Un termómetro de resistencia, que mide temperatura mediante la medición del cambio de resistencia de un conductor, está hecho de platino y tiene una resistencia de 50 a 20 °C. Cuando se sumerge en un recipiente que contiene indio fundido, su resistencia aumenta a 76.8 . Calcule el punto de fusión del indio.
Potencia •
•
•
La unidad de potencia es el watt . La potencia perdida como energía interna en un conductor de resistencia R se denomina calentamiento de joule . Una batería que proporciona energía eléctrica se denomina fuente FEM.
Ejemplo •
Un calefactor eléctrico se construye aplicando una diferencia de potencial de 120 V a un alambre de nicromo que tiene una resistencia total de 8 . Encuentre la corriente conducida por el alambre y la potencia nominal del calefactor.
Otro ejemplo •
•
Estime el costo de cocinar un pavo durante 4 horas en un horno que opera de manera continua a 20 A y 240 V. ¿Costo del kilowatt-hora?
Ejercicios •
•
En un tubo de rayos catódicos particular, la corriente medida del haz es de 30 µA. ¿Cuántos electrones inciden sobre la pantalla del tubo cada 40 s? Un foco tiene una resistencia de 240 cuando opera a un voltaje de 120 V. ¿Cuál es la corriente a través del foco?
Ejercicios •
•
Un alambre de aluminio que tiene un área de sección transversal de 4x10-6 m2 conduce una corriente de 5 A. Encuentre la rapidez de arrastre de los electrones en el alambre. La densidad del aluminio es de 2.7 g/cm 3. Un conductor de 1.2 cm de radio uniforme conduce una corriente de 3 A producida por un campo eléctrico de 120 V/m. ¿Cuál es la resistividad del material?
Ejercicios •
Una barra está hecha de dos materiales. Ambos tienen una sección transversal cuadrada de 3 mm de lado. El primer material tiene una resistividad 4x10 -3 -m y una longitud de 25 cm, en tanto que la resistividad del segundo material es igual a 6x10-3 -m y su longitud es de 40 cm. ¿Cuál es la resistencia entre los extremos de la barra?
Ejercicios •
•
Cierto foco eléctrico tiene un filamento de tungsteno con una resistencia de 19 cuando está frío y 140 cuando está caliente. Encuentre la temperatura del filamento cuando está caliente (suponga la temperatura inicial de 20 °C) Un segmento de alambre de nicromo está inicialmente a 20 °C. Utilizando los datos de la tabla de coeficientes de temperatura, calcule la temperatura a la cual el alambre de cobre debe calentarse para duplicar su resistencia.
Ejercicios •
•
Un tostador está nominado a 600 W cuando se conecta a una fuente de 120 V. ¿Qué corriente conduce el tostador y cuál es su resistencia? Calcule el costo diario de operar una lámpara que toma 1.7 A de una línea de 110 V si el costo de la energía eléctrica es de 0.06 dólares/kWh
