Fuerza electromotriz

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a) Determine la resistencia interna de una fem, a partir de las medidas directas de la corriente eléctrica, de la diferencia de potencial que ésta suministra en un circuito, y de la aplicación del concepto de fuerza electromotriz. b) Determine la potencia eléctrica que la fuente de fuerza electromotriz suministra a los elementos de uncircuito.

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Una fuente de fuerza electromotriz (f.e.m) es un dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial o una corriente en un circuito eléctrico. Así tenemos por ejemplo, las pilas galvánicas, acumuladores eléctricos, dinamos, generadores, etc. En un circuito las cargas eléctricas se mueven normalmente de un punto de mayor potencial a otro de menor potencial. Cuando estaspasan a través de una resistencia (foco, plancha eléctrica, etc.) o pasan a través de un dispositivo electromecánico (motor eléctrico por ejemplo), "pierden" energía eléctrica, que se transforma en calor en el primer caso y en energía mecánica, en el segundo. Para completar el circuito, las cargas deben regresar a la fuente de energía de donde originalmente partieron y ahí son forzadas a moverse delextremo de más bajo potencial al de más alto potencial. Para esto, la fuente debe realizar un trabajo sobre los portadores de carga que, al pasar a un nivel de mayor potencial ganan de nuevo energía eléctrica y así están disponibles para iniciar un nuevo recorrido.

Las fuentes de fuerza electromotriz regulables AC/DC para uso de laboratorio generalmente consisten en un arreglo detransformadores, diodos, condensadores, inductancias y resistencias los que están confinados en un compartimiento de diseño particular y en el cual se destaca externamente las terminales de salida de la fuente, el cable de conexión al toma de alimentación, el o los portafusibles y las perillas para regulación. Al trabajar en una fuente como las descritas se deben de considerar dos aspectos: los elementosinternos de la fuente y los elementos externos, a los cuales ésta alimenta. Los elementos externos (focos, combinación de resistores y/o capacitores) se conectan a las terminales de la fuente intercalando un interruptor. Al medir la diferencia de potencial en los terminales de salida de la fuente con el interruptor abierto se mide la fuerza electromotriz o FEM de la fuente mientras que al medir ladiferencia de potencial en las mismas, con el interruptor cerrado, se mide una diferencia de potencial entre dos puntos del circuito que comprenden tanto a los elementos internos de la fuente como a los externos. Por esta razón esta diferencia es ligeramente menor que la primera; es el efecto combinado de la resistencia neta de los elementos internos (resistencia interna de la fuente) como de laresistencia neta de los elementos externos. Los diagramas de la figura 1 ilustran lo antes expuesto.

resistencia interna Voltaje de circuito abierto 10 V

resistencia interna

resistencia externa

Voltaje real (9V) aplicado al circuito

Fuerza electromotriz

Fuerza electromotriz

El trabajo que realiza la fuente de fuerza electromotriz debe ser igual a la energía que perdieron lascargas en su recorrido por todo el circuito. La pérdida por efecto Joule en una resistencia R en un tiempo dt se determina mediante la expresión: dW R = i2 R dt y la pérdida por el efecto de la resistencia interna r de la fuente dW r = i2rdt. El trabajo de la fuente en ese mismo intervalo de tiempo es: dWε = dW R + dW r εi dt = i2Rdt + i2rdt

Donde ε es la fuerza electromotriz de la fuente. Entérminos de potencia se tiene Donde: Pε = εi, PR = i2R y Pε = PR + Pr Pr = i2r

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¿Qué es una fuente de FEM? De dos ejemplos. ¿Qué es un circuito eléctrico y cuáles son sus partes principales? ¿Qué diferencia hay entre los conceptos de FEM y de diferencia de potencial? ¿Qué se entiende por resistencia interna de una fuente de FEM? ¿Qué se entiende por potencia?

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