Potencia eléctrica
Es la rapidéz con que se realiza un trabajo; también se interpreta como la energía que consume una máquina o cualquier dispositivo eléctrico en un segundo V=T/q; P=T/ t ; P= V.I; P=I 2.R; P= V2/R
Efecto Joule y ley de Joule
Cuando circula corriente eléctrica en un conductor, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor y eleva la temperatura de éste. “ El calor que produce una corriente eléctricaal circular por un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de corriente, a la resistencia y el tiempo que dura circulando la corriente Q= 0.24 I2.R. t E= T= I2 Rt= Pt en Watts
MAGNETOSTÁTICA
Rama de la física que estudia fenómenos relativos a los imanes y las masas magnéticas en reposo. Magnetismo.
PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE IMANES
Imanes naturales: Se encuentran en la naturaleza con propiedades magnéticas. Magnetita Óxido Ferroso-Diférico (Fe3O4), mineral de color negro y brillo metálico.
Imanes Artificiales: Por imantación de ciertas sustancias metálicas, frotamiento.
Electroimánes: Bobina por la que circula corriente eléctrica, que lleva asociado un campo eléctrico, espiras usualmente.
Hasta finales del siglo XVI, los sabios comprendieron el magnetismo y el funcionamiento de la brújula. William Gilbert (1540-1603) demostro que la Tierra se comporta como un enorme imán
Densidad de flujo magnético B=Φ/ A .: Φ= B.A Donde B= Densidad de flujo magnético Webwers/metro (Wb/m2) Φ= flujo magnético (Wb) A= Área sobre la que actúa el flujo magnético (m2) 1 Wb = 1×108 maxwells cgs 1Wb/m2 = 1T S.I
r= 3 cm= 0.03m Φ= BA A= (3.1416)(3×10^-2 m)2=2.82×10^-3 m2 B= 2T= Wb/m2VA= π.r2 Φ= (2Wb/m2)(2.82×10^-3 m2)= 5.65×10^-3Wb Φ= 5.65×10^-3Wb Una espira de 15 cm de ancho por 25 cm de largo forma un ángulo de 27°con respecto al flujo magnético. Determina el flujo magnético que penetra por las espiras debido a un campo magnético cuya densidad de flujo es de 0.2 T= (Wb/m2). A= 15cmX25 cm Φ= BASenӨ Φ=(0.2Wb/m2)(0.0375m2)(Sen 27°) Φ=(0.2Wb/m2)(0.0375m2)(0.4539) Ө= 27° A= (0.15m)(0.25m)=0.0375m2 B= 0.2T= Wb/m2 Φ= 3.4×10^-3 Wb
RESISTENCIAS EN SERIE Y EN PARALELO Y POTENCIA ELÉCTRICA
Cuando se conectan resistencias en serie, se unen por sus extremos una a continuación de la otra de manera que la intensidad de corriente que pasa por una sea la misma en las otras; por lo tanto, si se interrumpe la corriente en una, también se interrumpe en las otras resistencias. Al conectar dos o más resistencias en serie, se puede calcular la resistencia equivalente de la combinación. Re= R1+R2+R3+ … +Rn Donde Re= Resistencia equivalente R1+R2+R3+ … +Rn= Suma del valor de las resistencias conectadas en serie. El voltaje se reparte entre cada una de las resistencias del circuito. V= V1+V2+V3+ …+Vn
Cuando las resistencias se conectan en paralelo sus terminales se unen en dos bornes (extremos) comunes que se conectan a la fuente de energía o voltaje. En ésta conexión la corriente eléctrica se divide en cada uno de los ramales o derivaciones del circuito y depende del número de resistencias que se conecten en paralelo, de tal manera que si una resistencia es desconectada las demás siguen funcionando, pues la corriente eléctrica no se interrumpe en las otras. Al conectar dos o más resistencias en paralelo, se puede calcular la resistencia equivalente de la combinación con la siguiente expresión matemática. 1/Re= 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … + 1/Rn
Cuando se tiene una conexión mixta de resistencias, significa que están agrupadas tanto en serie como en paralelo. La forma de resolver estos circuitos es calcular parte por parte las resistencias equivalentes de cada conexión ya sea en serie o en paralelo de manera que simplifiquemos el circuito, con un voltaje de 60 volts. Del siguiente arreglo de resistencias mixtas, calcular la resistencia total. Considera calcular la resistencia equivalente para aquellas que se encuentran en paralelo, posteriormente el circuito se reduce a otro arreglo pero en serie. R1=12 Ω; R2=2 Ω; R3=20 Ω; R4= 60 Ω; R5=25 Ω R6=10 Ω; R7= 60Ω; R8=100 Ω; R9=15 Ω; R10=30Ω Re1= 1/ 2 Ω+20 Ω+60 Ω+25 Ω+10 Ω Calcula el valor de la corriente total I=V/R I= V/RT= 60 V/218.41Ω= 0.274 Amperes
Calcular
a) ¿Qué potencia eléctrica desarrolla una parrilla que recibe una diferencia de potencial de 120 V y por su
resistencia circula una corriente 6 A? b) Energía eléctrica consumida en kW-h, al encontrarse encendida la parrilla durante 45 minutos. c) Costo del consumo de energía, si el precio de 1 kW-h es de 40 Centavos.a) P=? a) P= VI a) P= (120V)(6 A )= 720 W
V= 120 V b) T= P t I= 6 A b) (720 W)( 1kW/1000 W) = 0.72 kW b) T=? t= 45 min. (45 min)( 1h/60 min)= 0.75 h c) Costo del consumo de T= (0.72 kW)(0.75 h)= 0.54 kW-h Energía. C) (0.54 kW-h)( $0.4 /1kW-h)= $0.22
1 Joule de trabajo = 0.24 calorías de energía térmica. 1. Por la resistencia de 30Ω en una plancha eléctrica circula una
corriente de 4 A al estar conectada a una diferencia de potencial de 120 V ¿Qué cantidad de calor produce en cinco y
60 minutos? R= 30Ω Q= 0.24 I2 R t Q= (0.24)( 4 A)2 (30Ω)(300 seg) I=4 A Q= 34 560 Calorías V= 120 V t= 5 minutos= 300 s Q=?
LEYES DE KIRCHHOFF
El físico alemán Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) fue uno de los pioneros en el análisis de los circuitos eléctricos. A mediados del siglo XIX propuso dos leyes que llevan su nombre.
PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF
“LA SUMA DE TODAS LAS INTENSIDADES DE CORRIENTE QUE LLEGAN A UN NODO O EMPALME (PUNTO DE UNIÓN) DE UN CIRCUITO ES IGUAL A LA SUMA DE TODAS LAS INTENSIDADES DE CORRIENTE QUE SALEN DE ÉL” . De ésta manera son de signo positivo las corrientes que fluyen a un nodo y negativas las que salen de él. La primera ley establece: La suma algebraica de todas las intensidades de corriente en cualquier unión nodo de un circuito es igual a cero. ∑I entrada= ∑I salida Son de signo positivo las corrientes que fluyen a un nodo y negativas las que salen de él. LA SUMA ALGEBRAICA DE DE TODAS LAS INTENSIDADES DE CORRIENTE EN CUALQUIER UNIÓN O NODO DE UN CIRCUITO ES IGUAL ACERO.
SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF
En un circuito cerrado o malla, las caídas de tensión (voltaje) totales en las resistencias son iguales a la tensión total que se aplica al circuito.
Capacitancia
La capacitancia es la capacidad de un componente o circuito para recoger y almacenar energía en forma de carga eléctrica. C= є A/d Donde C= Capacitancia en Farads (F) є= Constante del medio aislante o permitividad (F/ m) A= Área de las placas (m2) d= Distancia entre las placas (m) Los capacitores son dispositivos que almacenan energía, disponibles en muchos tamaños y formas. Consisten en dos placas de material conductor (generalmente un metal fino) ubicado entre un aislador de cerámica, película, vidrio u otros materiales, incluso aire. El aislante también se conoce como un dieléctrico y aumenta la capacidad de carga de un capacitor. A veces, los capacitores se llaman condensadores en la industria automotriz, marina y aeronáutica. Las placas internas están conectadas a dos terminales externos, que a veces son largos y finos, y se asemejan a diminutas antenas o patas metálicas. Estos terminales se pueden conectar a un circuito. Los capacitores y las baterías almacenan energía. Mientras que las baterías liberan energía poco a poco, los capacitores la descargan rápidamente. Un capacitor acumula energía (voltaje) a medida que fluye la corriente a través de un circuito eléctrico. Ambas placas mantienen cargas iguales, y a medida que la placa positiva recoge una carga, una carga igual fluye fuera de la placa negativa. Cuando el circuito está apagado, un capacitor retiene la energía que ha reunido, aunque generalmente ocurre una leve fuga.
La capacitancia se expresa como la relación entre la carga eléctrica de cada conductor y la diferencia de potencial (es decir, tensión) entre ellos. El valor de la capacitancia de un capacitor se mide en faradios (F); denominados así en honor al físico inglés Michael Faraday (1791-1867). Un faradio es una gran cantidad de capacitancia. La mayoría de los dispositivos eléctricos domésticos contienen capacitores que producen solo una fracción de un faradio, a menudo una millonésima parte de un faradio (o microfaradio, ?F) o tan pequeños como un picofaradio (una billonésima parte, pF). Por otra parte, los supercapacitores pueden almacenar grandes cargas eléctricas de miles de faradios. La capacitancia puede aumentar cuando: Las placas de un capacitor (conductores) están colocadas más cerca entre sí. Las placas más grandes ofrecen más superficie. El dieléctrico es el mejor aislante posible para la aplicación.
Dos láminas cuadradas de estaño de 30 cm de lado están adheridas a las caras opuestas de una lámina de mica de 0.1 mm de espesor con una permitividad relativa єr de 5.6 ¿Cuál es el valor de la capacitancia?
Datos FÓRMULA SUSTITUCIÓN
l=30 cm=0.3 m C= є A/d єo=8.85×10^-12 F/m X 5.6 = 49.56×10^-12 F/m
d= 0.1 mm є=єoєr d=0.1 mm x 1m/1×10^3 mm= 1×10^-4m єr mica=5.6 A= l^2 A= (0.3m)^2= 0.09 m^2 єo= 8.85×10^-12 F/m C= (49.56×10^-12 F/m) (0.09 m^2 )/(1×10^-4m) = 44.60×10^-9F
C=?
Un CAPACITOR es un dispositivo o condensador eléctrico empleado para almacenar cargas eléctricas. Consta de dos láminas metálicas separadas por un aislante dieléctrico como mica, vidrio, aceite o papel elcerado.