Derivadas

Capítulo 4
Energía y Potencia

4.1 Introducción
4.2 Energía de la corriente eléctrica. Ley
de Joule
4.3 Generador
4.4 Receptor
4.5 Diferencia de potencial entre dos
puntos de un circuito
4.6 Ecuación del circuito
4.7 Problemas

Objetivos
• Conocer los efectos energéticos de la corriente eléctrica y el
efecto Joule.
• Conocer el generador de fuerza electromotriz y el receptor de
fuerzacontraelectromotriz.
• Realizar balances energéticos en circuitos.
• Calcular diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito.
• Resolver circuitos simples.

4.1 Introducción
En este capítulo se describen los efectos energéticos de la corriente eléctrica
dentro de un circuito. Se describirán que elementos suministran energía al sistema y que elementos la consumen describiendo lo que se conoce comobalance de potencias.

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4.2 Energía de la corriente eléctrica. Ley de Joule
Ya se mencionó antes con la ley
de Ohm, que la corriente eléctrica imU
plicaba una caída de tensión entre dos
puntos, y por lo tanto pérdida de energía. Si consideramos un elemento
dqV1
cualquiera entre cuyos extremos circula
una intensidad I, las cargas, que inicialmente poseen una carga dqV1, al
atravesar el elemento suenergía ha dqV2
disminuido hasta dqV2. La diferencia de
energía es:

I

R

x

Figura 4-1. Pérdida de energía en una resistencia

∆U = dq (V2 - V1)

la rapidez con la que las cargas pierden la energía es la potencia consumida
P=

dU dq
=
(V2 − V1 ) = IV
dt
dt

Si el elemento considerado es una resistencia, aplicando la ley de Ohm, la expresión de la potencia
consumida se puede reescribir de lasformas siguientes:
V2
Ecuación 4-1
P = VI = I 2R =
R
Conviene recordar al respecto que la potencia se mide en vatios (W).
En una resistencia la energía consumida lo es por disipación de calor.
Este hecho físico, la transformación de la energía eléctrica en energía calorífica, se denomina efecto Joule. Este fenómeno es indeseable en los casos en
que utilizamos la corriente como vehículo de lainformación, es decir en aplicaciones informáticas o telemáticas, y en general, en los casos en que, a diferencia de lo que sucede en calentadores y estufas, no se trata de producir explícitamente energía calorífica.
4.3 Generador
La existencia de carga libre sometida a la acción de un campo eléctrico
da como resultado una corriente eléctrica debido a las fuerzas eléctricas que
actúan sobre estas cargas.La existencia de un gradiente de potencial eléctrico
implica la existencia de un campo eléctrico, por lo que se puede relacionar directamente la corriente eléctrica con la diferencia de potencial entre dos puntos.
Si se unen con un hilo conductor dos conductores a distinto potencial, se
iniciará un movimiento de cargas eléctricas que suponen el transporte de electrones desde el conductor de menorpotencial al de mayor potencial hasta alcanzar el equilibrio electrostático en que ambos conductores están a igual potencial y por lo tanto se detiene el movimiento de carga eléctrica. Hay que recordar que la intensidad, tal como se definió, se corresponde con el movimiento
de las cargas positivas, luego iría desde el conductor de mayor potencial al de
menor potencial. Para producir una corrienteduradera es necesario mantener

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la diferencia de potencial de modo permanente, y esto se consigue mediante
un dispositivo denominado generador.
Un generador es el dispositivo que manqV2
tiene
la
diferencia de potencial entre sus dos
U
extremos, llamados bornes, y por tanto, suministra la energía necesaria para que las cargas
q
circulen por un circuito.
qV1
∆U = q∆V
Un símil lo encontramos enuna fuente de
agua de ciclo cerrado: Del mismo modo que es
Figura 4-2
necesaria una bomba para elevar el agua hasta
la salida del caño, es necesario un dispositivo
que “eleve” el potencial de las cargas, para que éstas adquieran la energía necesaria. La bomba toma agua del recipiente y le proporciona energía potencial
para elevarla. De forma análoga, consideraremos que las cargas entran en el...