Corriente Eléctrica
Ejemplo 1: La batería de una calculadora de bolsillo tiene un voltaje de 3.0 V y entrega una corriente de 0.17 mA.
En una hora de operación,
(a) ¿cuánta carga fluye en el circuito? y
(b) ¿cuánta energía entrega la batería al circuito de la calculadora?
Ley de Ohm
Ejemplo 2: Una Linterna
El filamento en una bombilla es una resistencia en forma de un delgado alambre. El cable se calienta lo suficiente como para emitir luz debido a la corriente que circula por él. La figura muestra una linterna que usa dos baterías de 1.5 V (efectivamente una sola batería de 3.0 V) para proporcionar una corriente de 0.40 A en el filamento. Determine la resistencia del filamento brillante.
Ejemplo:La física de los extensores de corriente.
Las instrucciones para una cortadora de césped eléctrica sugieren que se puede usar un cable de extensión de calibre 20 para distancias de hasta 35 m, pero se debe usar un cable más grueso de calibre 16 para distancias más largas, para mantener la resistencia del cable lo más pequeña posible.
El área de sección transversal del cable de calibre 20 es 5,2×10−7 m2, mientras que el del cable de calibre 16 es 13×10−7 m2.
Determinar la resistencia de
(a) 35 m de cable de cobre de calibre 20 y
(b) 75 m de cable de cobre de calibre 16.
- Circuitos eléctricos
Circuitos en Serie
Circuitos en Paralelo
- Leyes de Kirchhoff
Ley de los Nodos
Ley de las malla
Seguridad y los efectos fisiológicos de la corriente
Los circuitos eléctricos, aunque son muy útiles, también pueden ser peligrosos. Para reducir el peligro inherente al uso de circuitos, es necesaria una conexión a tierra eléctrica adecuada. Las siguientes dos figuras ayudan a ilustrar qué significa la conexión a tierra eléctrica y cómo se logra.
La figura a muestra una secadora de ropa conectada a un enchufe de pared a través de un enchufe de dos clavijas. La secadora funciona normalmente; es decir, los cables en el interior están aislados de la carcasa metálica de la secadora, por lo que no fluye carga a través de la carcasa. Observe que una terminal del generador de CA está normalmente conectado a tierra por la compañía de energía eléctrica.
La parte b del dibujo muestra el resultado peligroso que ocurre si un cable se suelta y entra en contacto con la carcasa de metal. Una persona que lo toca recibe una descarga, ya que la carga eléctrica fluye a través de la carcasa, el cuerpo de la persona y el suelo en el camino de regreso al generador.
La física de la conexión a tierra segura. La figura siguiente muestra el mismo dispositivo conectado a una toma de corriente a través de un enchufe de tres clavijas que proporciona una conexión a tierra segura. La tercera pata del enchufe conecta la carcasa de metal directamente a una varilla de cobre clavada en el suelo o a una tubería de cobre que está en el suelo. Esta disposición protege contra descargas eléctricas en el caso de que un cable roto toque la carcasa metálica. En este caso, la carga fluiría a través de la carcasa, a través de la tercera punta, y hacia el suelo, regresando eventualmente al generador.
Ninguna carga fluiría a través del cuerpo de la persona, porque la varilla de cobre proporciona mucho menos resistencia eléctrica que el cuerpo.
La física de los efectos fisiológicos de la corriente. Lesiones graves y a veces fatales pueden resultar de una descarga eléctrica. La gravedad de la lesión depende de la magnitud de la corriente y las partes del cuerpo a través de las cuales pasan las cargas en movimiento.
La cantidad de corriente que causa una sensación de hormigueo leve es de aproximadamente 0.001 A.
Corrientes del orden de 0.01–0.02 A pueden provocar espasmos musculares, en los cuales una persona "no puede soltar" el objeto que causa el shock.
Las corrientes de aproximadamente 0.2 A son potencialmente fatales porque pueden hacer que el corazón fibrile o lata de manera descontrolada.
Corrientes sustancialmente más grandes detienen el corazón por completo.
Sin embargo, dado que el corazón a menudo comienza a latir normalmente una vez que cesa la corriente, las corrientes más grandes pueden ser menos peligrosas que las corrietnes más pequeñas que causan fibrilación.
Circuitos RC
Carga del condensador
Descarga del condensador
La física de los marcapasos cardíacos. La carga/descarga de un condensador tiene muchas aplicaciones. Los marcapasos cardíacos, por ejemplo, incorporan circuitos RC para controlar la sincronización de los pulsos de voltaje que se envían a un corazón que funciona mal para regular su ciclo de latidos. Los pulsos son administrados por electrodos unidos externamente al pecho o ubicados internamente cerca del corazón cuando el marcapasos se implanta quirúrgicamente.
Se entrega un pulso de voltaje cuando el condensador se descarga a un nivel predeterminado, después de lo cual el condensador se recarga rápidamente y el ciclo se repite. El valor de la constante de tiempo RC controla la frecuencia de pulso, que es aproximadamente una vez por segundo.