C U R S O: FSICA COMN MATERIAL: FC-24 ELECTRICIDAD III

ALESSANDRO VOLTA (Como, actual Italia, 1745-id., 1827) El Conde Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, naci y muri en Como al norte de Italia. Fue conocido como un gran fsico, inventor de la batera elctrica. En 1775, su inters por la electricidad le llev a inventar un artefacto conocido como electrforo, empleado para generar electricidad esttica. Un ao antes haba sido nombrado profesor de fsica del Colegio Real de Como. En 1778 identific y aisl el gas metano, y al ao siguiente pas a ocupar la ctedra de fsica de la Universidad de Pava. En 1780, un amigo de Volta, Luigi Galvani, observ que el contacto de dos metales diferentes con el msculo de una rana originaba la aparicin de corriente elctrica. En 1794, Volta comenz a experimentar con metales nicamente, y lleg a la conclusin de que el tejido animal no era necesario para producir corriente. Este hallazgo suscit una fuerte controversia entre los partidarios de la electricidad animal y los defensores de la electricidad metlica, pero la demostracin, realizada en 1800, del funcionamiento de la primera pila elctrica certific la victoria del bando favorable a las tesis de Volta. Alessandro Volta Un ao ms tarde, el fsico efectu ante Napolen una nueva demostracin de su generador de corriente. Impresionado, el emperador francs nombr a Volta conde y senador del reino de Lombarda. El emperador de Austria, por su parte, lo design director de la facultad de filosofa de la Universidad de Padua en 1815. La unidad de voltaje o diferencia de potencial del Sistema Internacional lleva el nombre de voltio en su honor desde el ao 1881.

Potencia y Energa Elctrica

y se obtiene como P = V i (watt)

La unidad de medida en el SI es el watt el cual es equivalente a 1 watt = 1 volt 1 Ampere

Por otro lado, usando la ley de Ohm, se encuentra,

P = i2 R =

Cuando un Coulomb pasa a travs de un conductor, consume una energa igual a la diferencia de potencial aplicada. La pregunta es, qu le pasa a esta energa?, si no hay un motor o algn otro aprovechamiento de la energa, sta se convierte en calor. Aunque el calentamiento de un conductor al ser atravesado por una corriente elctrica es a veces indeseable, tiene aplicaciones tiles siendo la ms importante, las parrillas, radiadores, planchas, estufas elctricas; las ampolletas, cuyo filamento eleva tanto su temperatura que su incandescencia es tal que sirve para el alumbrado, etc. El fenmeno trmico mencionado en el prrafo anterior que se produce en un conductor se conoce como Efecto Joule. Nota: La unidad kilowatt-hora corresponde a potencia por tiempo, es decir, es una unidad de energa y no de potencia, como suelen pensar algunas personas.

Instrumentos elctricos de medicin

Medicin de corriente
Cualquier instrumento que indique la presencia de corriente en un circuito se denomina galvanmetro. Si la escala de este aparato se grada de manera que indique la intensidad de la corriente que pasa, el instrumento circuitos elctricos. recibe el nombre de ampermetro. La figura 1 muestra cmo se representan en forma esquemtica los ampermetros en los diagramas de

A fig. 1

Existen ampermetros destinados a medir corrientes de intensidad alta. En este caso, la escala del instrumento est graduada en amperes. Existen otros ampermetros ms sensibles que pueden medir corrientes de intensidad baja, y por tanto, su escala est graduada en miliamperes (1mA= 10-3 A), o bien, en microamperes (1 A = 10-6 A). Por ello, estos aparatos suelen ser denominados, respectivamente, miliampermetros y microampermetros. Por ejemplo, cuando deseamos medir la corriente que pasa, por una resistencia determinada, debemos conectar el ampermetro al circuito, en serie al resistor como muestra la figura 2, y por lo tanto, toda la corriente que pasa por este elemento pasar a travs del medidor, para que el valor de esta corriente no se vea alterado la resistencia interna del instrumento, idealmente debe ser muy chica, es decir, despreciable. En estas condiciones, la aguja se desplazar a lo largo de la escala, indicando directamente el valor de la corriente.

A fig. 2 En el interior de un ampermetro existen elementos conductores que deben ser recorridos por la corriente elctrica para que el instrumento indique su intensidad. Tales elementos presentan cierta resistencia elctrica, que se denomina resistencia interna del ampermetro.

Medicin de tensin
La medida de la diferencia de potencial entre dos puntos se realiza mediante instrumentos denominados voltmetros. La figura 3 muestra la forma en que este aparato se representa en los diagramas de circuitos elctricos.

V fig. 3

Por ejemplo, si deseamos medir la diferencia de potencial que existe, entre los extremos de una resistencia, hay que conectar un voltmetro en la manera mostrada en la figura 4. Como vemos, el medidor de tensin debe conectarse en paralelo con la resistencia. De manera que parte de la corriente que llega al punto A se desva, pasando por el voltmetro, lo cual hace que la aguja se desplace a lo largo de la escala del instrumento e indique directamente el valor del voltaje VAB.

i A B

V fig. 4 Al igual que un ampermetro, un voltmetro tambin posee resistencia interna. Es deseable que la corriente que se desva al voltmetro sea la menor posible, para que la perturbacin causada en el circuito por la introduccin del aparato, resulte despreciable. Como sabemos, esta corriente mayor posible. ser tanto menor cuanto mayor sea la resistencia del voltmetro.

Por este motivo, este aparato debe fabricarse de manera que su resistencia interna sea la

EJEMPLOS
1. En el circuito de la figura 5, se propone conectar ampermetros y voltmetros en las posiciones indicadas, considere que los instrumentos son ideales. Si bien estos instrumentos se pueden conectar en distintas formas, en relacin a la forma correcta en que debieran estar conectados, y considerando que no tienen que estar todos los instrumentos conectados en forma simultnea, es verdadero que R A) B) C) D) E) A1 V1 A2 V2 A3 esta esta esta esta esta mal conectado. bien conectado. bien conectado. bien conectado. mal conectado. V1 R A3 fig. 5 2. Tres resistencias de 3, 7 y 10 ohm se conectan en serie a una batera de 10 volt como se muestra en la figura 6. Con relacin a ese circuito se afirma que I) II) III) la potencia disipada por el circuito es de 20 W. en la resistencia de 3 es donde ms se disipa energa en cada segundo. la potencia total se puede obtener como la suma de las potencias parciales disipadas en cada resistencia del circuito.
3 7

A2 R

V2

A1

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) slo slo slo slo I, II I. II. III. II y III. y III.

10 V +

10

fig. 6 3. El circuito que se aprecia en la figura 7, posee dos resistencias y una fuente de poder que puede entregar distintos voltajes en el tiempo. Al ir variando el voltaje de la fuente, se obtuvieron distintos valores de intensidad de corriente elctrica. Es correcto afirmar que la potencia disipada hasta que el voltaje fue de 40 V fue de acuerdo al grfico igual a

A) 160 W. B) 80 W. C) 40 W. D) 20 W. E) 10 W.

V(V) V R R
40

fig. 7 5

I(A)

PROBLEMAS DE SELECCIN MLTIPLE

1.

Una intensidad de corriente elctrica circula desde el punto P hacia el punto Q de la configuracin de resistencias, todas iguales, mostradas en la figura 8. Respecto a la potencia se afirma que R5 R1 R2 R3 fig. 8 R4

A) B) C) D) E)

se disipa ms potencia en la resistencia R1. la energa disipada en cada segundo es la misma para cada resistencia. en R1, R2 y R4 la energa disipada en cada segundo es la misma. se disipa menos potencia en la resistencia R4. en R5 se disipa ms potencia.

2.

Respecto a los instrumentos de medida de la intensidad de corriente elctrica y de la tensin se afirma que el el el el ampermetro se caracteriza por tener una gran resistencia interna. voltmetro tiene una resistencia interna despreciable. ampermetro se debe conectar en serie con el elemento a medir. voltmetro se debe conectar en paralelo con el elemento a medir.

Responda verdadero (V) o falso (F) para cada una de las afirmaciones anteriores y en el mismo orden de aparicin de stas. A) B) C) D) E) VVVV. FFFF. FFVV. VVFF. VFVF.

3.

El kWh es una unidad que sirve para medir A) B) C) D) E) la energa. slo la potencia elctrica. la potencia mecnica y la elctrica. la intensidad de corriente elctrica. la tensin.

4.

Una estufa elctrica consume 2 kW y trabaja con 220 volt. Si la mantenemos funcionando durante 4 horas y considerando que 1 kWh cuesta 110 pesos, entonces el gasto diario que se hace con esta estufa es A) 220 B) 440 C) 880 D) 1.760 E) 24.200 pesos pesos pesos pesos pesos

5.

En el circuito mostrado en la figura 9 se aprecian tres ampolletas, A1, A2 y A3, de 45 W, 60 W y 100 W, respectivamente, y todas fueron fabricadas para trabajar a 220 volt. En relacin a la resistencia que tiene su filamento es correcto que A1 A) B) C) D) E) A1 > A 2 > A 3 A3 > A 2 > A 1 A3 = A 2 = A 1 las ampolletas no poseen resistencia. todas las ampolletas tienen una resistencia menor de 1 ohm. A2 A3

fig. 9

6.

Al cerrar el interruptor S en los circuitos X e Y se encienden las ampolletas A 1 y A2, las cuales fueron fabricadas para trabajar a 220 volt y entregar una potencia de 100 y 60 Watt respectivamente en relacin a lo que ocurre en cada circuito se afirma lo siguiente: I) II) III) Tanto en X como en Y alumbra ms la ampolleta de 100 Watt. En Y cada ampolleta trabaja de acuerdo a lo esperado en su fabricacin. En X cada ampolleta trabaja de acuerdo a lo esperado en su fabricacin.

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) 7. slo slo slo slo slo I. III. I y II. I y III. II y III.

X
A1 220 V S A2

Y
220 V

A1

A2 S

fig. 10

La potencia que disipa el circuito mostrado en la figura 11, es A) 200 W B) 80 W C) 80 W D) 20 W E) ninguna de las anteriores.

20 V

fig. 11 7

8.

Una persona compra una ampolleta que trae escrito los valores 60 W y 220 V, esta persona vive en Santiago de Chile, al encender esta ampolleta durante 2 horas, la energa consumida en cada segundo es A) 6J B) 60 J C) 120 J D) 220 J E) 440 J

9.

Se tienen 3 resistencias de distinto valor como las que muestra la figura 12, junto con una fuente de voltaje V. El mayor consumo de energa se produce cuando se conectan V R=2 R = 10 R = 10

fig. 12 A) B) C) D) E) las tres resistencias en serie con la fuente. en serie la fuente y las dos de 10 , sin usar la tercera resistencia. en serie la fuente, una de 10 y la de 2 , sin usar la otra resistencia. las tres en paralelo con la fuente. slo las dos de 10 en paralelo con la fuente, sin usar la otra resistencia.

10. En relacin a los ampermetros y al voltmetro ideales, mostrados en el circuito de la figura 13, es incorrecto que R3 A) B) C) D) E) V mide el voltaje de la batera. A1 mide lo mismo que A3. A2 mide la corriente que pasa por R3. A3 mide la corriente que circula en R1. A1 mide la corriente total del circuito. A1 V V R1 A3 fig. 13
CLAVES DE LOS EJEMPLOS

R2

A2

1D

2C

3B

DMONFC-24

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