Energia potencial en circuitos electricos

ENERGÍA POTENCIAL EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Un elemento de circuito con diferencia de potencial Va – Vb =Vab y corriente I introduce energía al circuito si la dirección de la corriente es del potencial más bajo al más alto en el dispositivo, y extrae energía del circuito si la corriente es la opuesta. La potencia P (tasa de transferencia de energía) es igual al producto de la diferencia depotencial por la corriente. Un resistor siempre extrae energía eléctrica del circuito

POTENCIA EN UNA RESISTENCIA PURA
Si el elemento de circuito de la figura 25.22 es un resistor, la diferencia de potencial es Vab= IR. De la ecuación (25.17), la potencia eléctrica entregada al resistor por el circuito es

En este caso, el potencial en a (donde entra la corriente al resistor) siempre es mayor queel que hay en b (donde sale la corriente). La corriente entra por la terminal de mayor potencial del dispositivo, y la ecuación (25.18) representa la tasa o rapidez de transferencia de energía potencial eléctrica hacia el elemento de circuito.
POTENCIA DE SALIDA DE UNA FUENTE
El rectángulo superior de la figura 25.23a representa una fuente con fem Ԑ y resistencia interna r, conectada porconductores ideales (sin resistencia) a un circuito externo representado por el rectángulo inferior. Esto podría describir la batería de un automóvil conectada a uno de los faros (figura 25.23b). El punto a está a un potencial mayor que el b, por lo que Va ˃ Vb, y Vab es positiva. Observe que la corriente I sale de la fuente por la terminal de mayor potencial (en vez de entrar por ahí). Se provee energíaal circuito externo, y la rapidez con la que se entrega al circuito está dada por la ecuación (25.17):
P= Vab I
Para una fuente que puede describirse por una fem Ԑ y resistencia interna r, se usa la ecuación (25.15):
Vab = Ԑ - Ir
Si se multiplica esta ecuación por I, se obtiene
P= Vab I = ԐI - I2r

POTENCIA DE ENTRADA A UNA FUENTE
Suponga que el rectángulo inferior de la figura 25.23a esuna fuente, con una fem mayor que la de la fuente superior y opuesta a ella. La figura 25.4 muestra un ejemplo práctico: el proceso de carga de una batería de automóvil (el elemento de circuito superior) por el alternador del vehículo (el elemento inferior). La corriente I en el circuito es opuesta a la de la figura 25.23; la fuente inferior empuja corriente de regreso hacia la fuente superior. Envirtud de esta inversión de la corriente, en vez de la ecuación (25.15), para la fuente superior se tiene
Vab = Ԑ + Ir
y en vez de la ecuación (25.19), tenemos
P= Vab I = ԐI + I2r



TEORÍA DE LA CONDUCCIÓN METÁLICA
Podemos comprender mejor el fenómeno de la conducción eléctrica examinando el origen microscópico de la conductividad. Consideremos un modelo muy sencillo que trata los electronescomo partículas clásicas e ignora su comportamiento ondulatorio en los sólidos según los postulados de la mecánica cuántica. Con este modelo, obtendremos una expresión para la resistividad de un metal. Aun cuando este modelo no es del todo correcto en términos conceptuales, sirve para desarrollar una idea intuitiva de las bases microscópicas de la conducción.
En el modelo microscópico mássencillo de la conducción en un metal, cada átomo del cristal metálico cede uno o más de sus electrones externos. Luego, estos electrones quedan en libertad para moverse a través del cristal y colisionan a intervalos con los iones estacionarios positivos. El movimiento de los electrones es análogo al de las moléculas de un gas que se trasladan a través de un lecho poroso de arena, por lo que esfrecuente referirse a ellos como “gas de electrones”.
Si no hay campo eléctrico, los electrones se mueven en línea recta entre las colisiones, las direcciones de sus velocidades son aleatorias y, en promedio, nunca llegan a ninguna parte (figura 22.27a). Pero si está presente un campo eléctrico, las trayectorias se curvan ligeramente en virtud de la aceleración causada por las fuerzas del campo...