Antologia de fisica 2

Capitulo 1. Corriente y resistencia.
1.1 Potencia eléctrica.
En los circuitos eléctricos típicos, la energía se transfiere de una fuente, como una batería, a algún dispositivo, como sería una lámpara o un receptor de radio. Por ello conviene determinar una expresión que permita calcular la rapidez de transferencia de esta energía.
Ya que los alambres de conexión también tienenresistencia, parte de la energía es entregada a los alambres y parte al resistor. A menos que se especifique lo contrario, se puede suponer que la resistencia de los alambres es tan reducida en comparación con la resistencia del elemento de circuito, así que la energía suministrada a los alambres es despreciable.
Conforme la carga se mueve de un punto a-b a través de la batería, la energía potencialeléctrica del sistema aumenta en una cantidad Q∆V, en tanto que la energía potencial química de la batería se reduce en la misma cantidad.
Sin embargo, conforme la carga se mueve de un punto c-d a través del resistor el sistema pierde esta energía potencial eléctrica durante las colisiones de los electrones con los átomos del resistor. En este proceso, la energía se transforma en energía interna quecorresponde a un incremento en el movimiento de vibración de los átomos en el resistor. Puesto que ha despreciado la resistencia de los alambres de conexión, no se presenta ninguna transformación en las trayectorias de b-c y d-a. Cuando la carga regresa al punto a, el resultado neto es que parte de la energía química de la batería ha sido entregada al resistor y está presente en este último enforma de energía interna asociada con una vibración de las moléculas.
La elevada conductividad térmica del metal causa una rápida transferencia de energía por calor lejos del componente caliente, el gran número de aletas proporciona una gran superficie que entra que entra en contacto con el aire, por lo que la energía se puede transferir al aire por radiación y por convección en grandescantidades.
Considere ahora la rapidez a la cual el sistema pierde energía potencial eléctrica conforme la carga Q pasa a través del resistor:
dUdt=ddt(Q∆V)=dQdt∆V=I∆V
Donde I es la corriente en el circuito. El sistema recupera su energía potencial cuando la carga pasa a través de la batería, a expensas de la energía química es la misma. La rapidez a la cual el sistema pierde energía potencial conformela carga pasa a través del resistor es igual a la rapidez a la cual el sistema adquiere energía interna en el resistor. Por lo tanto la potencia P, que representa la rapidez a la cual se entrega energía en al resistor, es:
P=I∆V
Se deduce este resultado si considera una batería que entrega energía a un resistor.
A partir de un resistor ∆V=IR, la potencia entregada al resistor tiene una expresiónalterna:
P=I2R=(∆V)2R
Cuando I se expresa en amperes, ∆V en volts y R en ohm, la unidad del SI, para la potencia es el watt.

EJEMPLO.
Energía en un calentador eléctrico.

Un calentador eléctrico se construye al aplicar una diferencia de potencial de 120 V a través de un alambre de nicromo que tiene una resistencia total de 8.00 Ω. Encuentre la corriente conducida por el alambre y lapotencia de especificación del calentador.

SOLUCIÓN.

CONCEPTUALIZACIÓN.
El alambre de nicromo tiene alta resistividad y se usa para elementos calefactores en tostadores, planchas y calentadores eléctricos. Por lo tanto se espera que la potencia entregada al alambre sea relativamente alta.

CATEGORIZAR.
Se evalúa la potencia a través de la corriente.

I=∆VR=120 V8.00 Ω=15.0 AP=I2R=15.0 A28.00 Ω=1.80×103 W=1.80 KW

Capitulo 2. Circuitos de corriente directa.

2.1 Fuerza electromotriz (FEM).

Por lo general, en esta explicación se utiliza una batería como fuente de energía. Ya que en un circuito particular, la diferencia de potencial en las terminales de la batería es constante, la corriente en el circuito es constante en magnitud y dirección y recibe el nombre de...