electricidad

I.E.S. Fco. Giner de los Ríos

1/14 Dpto. TECNOLOGÍA

ELECTRICIDAD

ESTRUCTURA DEL ÁTOMO: Los átomos que constituyen las moléculas de la materia están formados por

partículas llamadas protones, neutrones (ubicadas en el núcleo) y electrones (moviéndose en “órbitas” alrededor del núcleo).

La electricidad se produce por la carga eléctrica de los elementos del átomo: Los electrones tienen carga eléctrica negativa, los protones positiva y los neutrones no tienen carga.

Algunos cuerpos al frotarlos adquieren un exceso de electrones o de protones (exceso de carga eléctrica negativa o positiva) y pueden actuar sobre otros cuerpos (por ejemplo al frotar una barrita de vidrio o plástico ésta atrae trocitos de papel), originándose así la electricidad.

ELECTRICIDAD O CORRIENTE ELÉCTRICA: Si conectamos dos elementos entre sí y uno de ellos tiene más electrones (mayor

carga eléctrica negativa) que el otro, los electrones en exceso de uno serán atraídos a través del hilo conductor hacia el otro elemento, hasta que las cargas eléctricas de los dos cuerpos se equilibren.

La electricidad o corriente eléctrica es el movimiento continuo de electrones a través de un conductor.

Para que este movimiento se produzca es necesario por tanto que entre los extremos del conductor exista una diferencia de electrones.



El símil hidráulico es el siguiente:

El paso de agua finalizará cuando se igualen los dos depósitos. Al chorro de agua

(chorro de cargas positivas )se le llama corriente eléctrica.

Existen dos tipos de corriente eléctrica:

• Corriente continua: los electrones se desplazan dentro del circuito en una sola dirección.

Abreviadamente puede escribirse como CC o DC (del ingles Direct Current). La corriente continua es el desplazamiento de las cargas por el circuito circulando siempre en el mismo sentido y con la misma intensidad (mismo cantidad de cargas por unidad de tiempo). Es la que generan las pilas, las baterías y las dinamos. En el ámbito doméstico su uso se restringe a algunos aparatos electrónicos. Durante este curso sólo resolveremos problemas en circuitos alimentados por corriente continua.

Si representamos gráficamente en unos ejes ordenados el valor de la corriente en función del tiempo transcurrido, el resultado será:

• Corriente alterna: los electrones se desplazan en las dos direcciones.

La corriente alterna es el desplazamiento de electrones a lo largo de un circuito cambiando de sentido y de intensidad. Es más empleada porque resulta más fácil de producir y de transportar.

Es la que se utiliza en nuestras casas por ejemplo. La generan en las centrales eléctricas unas máquinas denominadas alternadores. Abreviadamente puede escribirse como CA o AC (Altern Current).



Gráficamente se puede representar:

Cuando comúnmente se habla del corriente alterna, nos referimos a corriente

alterna periódica, es decir, que es cíclica (se repite la forma de onda con el tiempo de manera regular).

Las corrientes alternas periódicas más importantes son las siguientes:

CIRCUITO ELÉCTRICO: Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí, por los que

circula corriente eléctrica. Está compuesto de:

• Generador: Es el encargado de proporcionar la energía o diferencia de potencial para que los electrones se muevan (pilas, baterías, etc.).

• Receptor: Es el encargado de transformar la corriente eléctrica en otro tipo de energía que nos resulte útil (por ejemplo, una bombilla la transforma en luz, timbres, motores, etc).

• Conductor: Es el material a través del cual pasan los electrones del emisor al receptor.

• Elemento de control: Se encarga de permitir o interrumpir el paso de electrones (interruptor).

Los circuitos se representan mediante esquemas eléctricos, que muestran cómo se conectan entre sí los diferentes elementos del circuito. Los símbolos de algunos de estos elementos son:



- Interruptores: Se representan así :

Una vez adoptada su última posición permanece fija.

- - Pulsadores : Se representa así :

Sólo cambia de posición mientras está siendo activado.

- - Conmutador simple : se representa así :

Sirve para seleccionar un recorrido de la intensidad o para activar un elemento

desde 2 posiciones distintas. Para ser efectivo es necesario disponer de dos.

• Ejemplo:

“Circuito real” “Esquema eléctrico”



MAGNITUDES ELÉCTRICAS:

1) Tensión, Voltaje o Diferencia de Potencial.

- Se llama potencial al “nivel” eléctrico de un cuerpo. Siguiendo con la analogía hidráulica, sería la altura que alcanza el agua en el depósito. Para medirlo habrá que tomar un nivel de referencia.

- Si fijamos el nivel 0 en el potencial de los cuerpos neutros habrá potenciales positivos y negativos según el cuerpo esté cargado positiva o negativamente.

- - El potencial se mide en Voltios (V)

- Lo que se mide es diferencia de potencial (ddp) entre cuerpos y se miden con el voltímetro (o el polímetro), que se conecta siempre en paralelo con el circuito.

- Para que haya corriente eléctrica tiene que haber diferencia de potencial (diferencia de alturas entre los depósitos).

- La tensión (V) es la cantidad de energía que poseen los electrones. Se conoce también como diferencia de potencial (d.d.p.) o voltaje.

Caída de tensión, diferencia de potencial (ddp) o voltaje.

Cuando nos referimos a la diferencia de potencial entre dos puntos A y B lo notaremos como VAB , esto significa VA - VB siendo VA el potencial en el punto A y VB el potencial en el punto B.



2) Intensidad de corriente. - La intensidad (I) es el número electrones que pasan por un conductor en la

unidad de tiempo.

- Su unidad de medida es el amperio (A). Habitualmente se utiliza el miliamperio (mA) y el microamperio (µA)

- Para medir la Intensidad se utiliza el amperímetro (o el polímetro) conectándolo en serie.

- Se calcula mediante la siguiente fórmula:

I = Q / t

I = Intensidad de corriente en Amperios (A).

Q = Número de electrones medidos en Culombios (C)

(1 C = 6’25 x1018 e-).

t = Tiempo en segundos (s).

3) Resistencia eléctrica. - Es una característica de cada material y es la mayor o menor oposición que

presenta un material a dejarse atravesar por la corriente eléctrica.

- Se representa por la letra R y se mide en Ω(ohmios ).

- La resistencia de un material depende de: el material, la longitud y la sección

(superficie transversal).

- Se calcula mediante la siguiente fórmula:

R = ρ . l / S

R = Resistencia en ohmios (Ω).

ρ = Resistividad. Constante específica de cada material

Sistema internacional: (Ω . m), también se utiliza (Ω . mm2/m)

l = Longitud del conductor, en milímetros (m).

S = Área o sección del conductor, en milímetros cuadrados (mm2).

Polímetro



- Se mide con el óhmetro (o con el polímetro). Si medimos una resistencia montada en un circuito, este tiene que estar abierto para que la lectura sea correcta.

Las resistencias se representan así:

Volviendo a la analogía hidráulica es como si hubiera un estrechamiento (oposición al paso de la corriente) en las tuberías que unen los depósitos dejando circular menos corriente que si hubiese un tubo diáfano.

Un material es conductor de la corriente eléctrica si permite que ésta circule a través de él. Son buenos conductores los materiales que ofrecen poca resistencia al paso de la corriente eléctrica, como por ejemplo los metales (plata, cobre, aluminio, etc.).

Son aislantes aquellos materiales que impiden el paso de la corriente eléctrica. Por ejemplo, el vidrio, la madera, la porcelana, el plástico, la goma, etc.

Las instalaciones eléctricas se realizan mediante materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica sin apenas ofrecer resistencia. Estos son los cables y los hilos, que van recubiertos de algún material aislante especial para evitar un cortocircuito o descarga eléctrica. Normalmente el aislante es de plástico.

LEY DE OHM: Es la ley fundamental de los circuitos eléctricos. Se expresa como

“La diferencia de potencial entre 2 puntos de un circuito es igual al producto de la intensidad que circula entre dichos puntos por la resistencia que existe entre ellos”.



R = Resistencia en ohmios, Ω.

V = Tensión en voltios, V.

I = Intensidad de corriente eléctrica en amperios, A.

Analogía hidráulica

A

Ejemplo:

Queremos calcular la I que atraviesa la resistencia de 2Ω.

Como el punto A está unido al polo + de la pila con un conductor (que no ofrece oposición al paso de la corriente), tiene el mismo potencial que el polo +, y como el punto B está unido al polo - ,están al mismo potencial que éste. La d.d.p. entre A y B será la misma que los de la pila 6V.

Aplicamos la ley de Ohm.

VAB = I.R

6V = I*2Ω⇒ I = 6V/2Ω= 3A

ENERGÍA Y POTENCIA ELÉCTRICA: Se define la potencia (P) de un aparato eléctrico como la cantidad de trabajo

(energía) que es capaz de realizar en un tiempo determinado (P = E/t).

Su unidad de medida es el watio (W), que equivale a un julio por segundo (W=J/s).

Por ejemplo, un aparato de 50 watios de potencia es capaz de proporcionar una energía de 50 julios cada segundo, o una bombilla de 100 vatios, consumirá una energía de 100 julios cada segundo.

La energía E que puede obtenerse a partir de una corriente eléctrica se llama energía eléctrica. Esta energía, como cualquier otra fuente de energía, se mide en el S.I. en Julios (J). Su expresión matemática es:

E = P . t



E = energía en julios, J.

P = potencia en vatios, W.

t = tiempo en segundos, s.

La energía eléctrica es : E = V. I .t (julios)

Por lo que la potencia eléctrica será la energía por la unidad de tiempo.

IVt

tIV

t

EP .

.. ===

Aplicando la ley de Ohm, llegamos a tres expresiones equivalentes usadas para calcular la potencia disipada en una resistencia:

Conservación de la energía.

En un circuito la potencia disipada por las resistencias es igual a la generada por las pilas



CONEXIONES DE CIRCUITOS:

A) Elementos en Serie: Cuando se conectan en serie varios elementos de un circuito se disponen uno a

continuación del otro, unidos mediante cables, de manera que el polo positivo de cada elemento se conecta con el polo negativo del siguiente.

En esta disposición, cada uno de los elementos del circuito está sometido a una tensión diferente, y por todos ellos circula la misma intensidad de corriente (V≠ ; I=).

Circuito serie con dos lámparas:

La resistencia equivalente de varias resistencias en serie es igual a la suma de los

valores de todas ellas. Se podrían sustituir todas por una sola cuyo valor fuese la suma. Rt = R1 + R2 + R3 + ........

Demostración:

Para poder resolver el circuito por la ley de Ohm necesitamos una sola resistencia

21

21

21

22

11

21

:I la ndoSimplifica

***

: tenemosanteriores fórmulas las igualando que loCon

*

*

:Ohm deley lasegún parte otraPor

: tenemoscircuitoprimer elEn

*

:cumple se segundo circuito elEn

misma la es intensidad la circuitos dos losEn

RRR

RIRIRI

VVVpila

RIV

RIV

VVVpila

R IVpila

eq

eq

eq

+=

+=+=

==

+=

=



Este tipo de conexión tiene el inconveniente de que cuando falla uno de los componentes se interrumpe el paso de la corriente por el resto.

Pilas en serie:

Si conectamos dos pilas en serie el voltaje de la pila resultante es la suma de cada una de ellas, siempre que se conecten en el mismo sentido, es decir, positivo de una con negativo de la otra. Si la conexión se realiza en serie pero en sentido opuesto, la tensión será la diferencia de ambas.



B) Paralelo: Cuando se conectan en paralelo los elementos de un circuito, estos se disponen de

tal manera que todos y cada uno de ellos están conectados con el polo positivo y el polo negativo del generador de corriente.

En esta disposición, todos los elementos del circuito están sometidos a la misma tensión, pero por cada uno de ellos circula una intensidad diferente (I≠ ; V=).

Circuito paralelo con dos lámparas:

La resistencia equivalente de varias resistencias en paralelo se halla despejando la

R de la fórmula siguiente: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ........

Demostración:

21

21

2

2

1

1

21

2

2

2

1

1

1

21

21

111

:y tenemos fórmula la de V las eliminamos, que cumplía se Como

I

: tenemosanteriores fórmulas las igualando que loCon

:Ohm deley lasegún parte otraPor

I

: tenemoscircuitoprimer elEn

:cumple se segundo circuito elEn

mismas lasson tensioneslas circuitos dos losEn

RRR

VVVpila

R

V

R

V

R

Vpila

II

R

V I

R

V I

II

R

Vpila I

V VVpila

eq

eq

eq

+=

==

+=

+=

=

=

+=

=

==



Si alguno de los componentes fallase, al resto no le afectaría, ya que todos están conectados al generador de corriente.

Pilas en paralelo

Si conectamos dos pilas en paralelo, el voltaje de la pila resultante será el mismo que el que proporcionaría una sola pila.



C) Mixto: Son los que contienen algunos elementos dispuestos en serie y otros conectados en

paralelo.

Circuito mixto con tres lámparas:

La resistencia equivalente de varias resistencias en serie o en paralelo se obtiene

dividiendo el circuito por partes y resolviendo cada parte por separado hasta llegar al final.

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