-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
1/403
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
2/403
ffi'fl
>
Unidad
1.
La
etectricidad
y
e[ circuito etctrico
1.1
La
etectrotecnia.
una
materia
nueva.
-.. ........10
1.2
Naturateza
de
ta
etectricidad
.........11
1.3
Energa
potencial
elctrica
......
-...16
1.4
Conductores, semiconductores
y
aislantes
...
.............20
1.5
Circuito
elctrico.,
.......27
1.6
Instrumentos
de
medida.
...........30
Actidades finates
>
Unidad
2.
l-eyes
bsicas del
circuito
e]ctrico
2.1
Laleyde0hm.....
. . .
.
. .
.
. . .
.
. .
.36
2.2
Energa
etctrica.
LeydeJoute ......
.........38
2.3
Asociacin de
resistencias
..........40
2.4 Generadores
de
corriente continua
(CC)
........,.47
2.5
Leyes
de
Kirchhoffye[
principio
de
superposicin
..........51
2.6
Teoremas
de
Thvenin
y
Norton
..
.,.....,..,,,54
2.7
Divisores
de
tensin
y
de corriente
............58
Actidades
finales
>
Unidad
3.
Magnetismo
y
electromagnetismo
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.8
3.9
Actividades finales
..........96
>
Unidad
4.
Componentes
elctricos
pasivos
4.1
Los resistores
.........,.98
4.2
Los condensadores
.
. . .
.
. .
........704
4.3
l
bobina
..
-.. -...
-
-..115
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
3/403
>
Unidad
5.
La corriente alterna
5.
t
La
corrientp
lterna . .
.
5.2
Cjrcuitos
de corriente alterna con
un
componente
pasjvo
. .
.
5.1
Circuitos serie
RL. RC y
RIC
.
,
. .
5.4
Nmeros
cornplejos
para
resotver
circuitos en
CA . . .
5.5
Circujtos
paralelos
RL, RC
y
RtC
.
.
5.6
Resolucir de
circLitos
mixtos
. . .
5.7
Potencia
activa, reactiva
y
aparente
5.8
Corrientes
atternas trifsicas
5.9 El
oscitoscop:o
Actividades fina[es
>
Unidad 6. Transformadores
estticos
.....762
los
translormdores
E[ circuito
equivalente de un transformador monofsico
.
.
0t'os tipos
de
t'ansformadores de
potenc
los
transformadores de
med'da .
> Unidad 7.
Las
mquinas
elctricas
y
tos
motores
de corriente continua
b. t
6.2
6.3
6.4
>
Unidad
8. Los
generadores
de
corriente continua
8.1
Principio
de
funcionamiento de los
generadores
de
CC .
.
. .
8.2
La
conmutacin
en
los
generadores
de
CC , . .
.
8.3
Clasificaci
de tos
generadores
de
CC .
.
.
8.4
Generadores
de
CC
con excitacin compuesta
.
8.5 Curvas ca,cLedsticas
7.I Las mquins
etclricas ........
7.2
Los
motores
de CC
.
. .
.
7.3
Ctasihcacin
oe los
motores
de LC
7.4 otros
aspectos
de los motores de CC
7.5 Las
curvas
caracteristics
....,..
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
4/403
>
Unidad
9.
Motores
de corriente altrna
9.1
Las
mquinas
elctricas de CA
....,. ...,.,,,,226
9.2
Los motores
de
CA
sncronos
.....,,.226
9.3
Los motores asncronos
o
de induccin
.......,.237
9.4
Motores monofsicos
y
motores especiates
.....,,243
Actividades finales
.........245
>
Unidad
10,
Generadores
de
corriente
alterna
10.1
Introduccin
a
los
generadores
de
CA
....
.,....248
10.2 Tensin
generada porun
alterndor .
......,...257
10.3 Funcionamiento en
carga
de un
alternador
, .
,
. ,
.255
10.4 otros aspectos
de
los
generadores
de
CA
.,,.
..,,....,..,260
Adidades finales
..-
-
-. ...262
>
Unidad 11,
Generacin,
transporte
y
distribucin de la nergia elctrica
11.1
De
[a
produccin
de
energa
etctrica a[
consumo
..,...,,..264
11.2
Generacin de
energa.
Centrales
etctricas
.
. , ,
,
.265
11.3
La red de
transporte
....,.273
11.41a
red
de
distribucin
.....-......276
Adivldades
finales
.........280
>
Unidad 12. Instlaciones elctricas
12,1
Las
instataciones
etctricas . .-
-....,282
12,2
La
instatacin
deenlace.
.........,283
12.3
La
instalacin
interior ..
..........288
12.4 Determinacin
de ta
potencia
total
de un
edificio de viendas
........294
12,5
Instalaciones elctricas
industrjales
y
comercjates
..-..,...298
12.6 Seguridad
y
reglamentacin
.
-.......300
Actidades
finales
.........307
>
Unidad 13.
Sistemas
electrnicos
analgicos
13.1
La
electrnica ..........310
13.2Etdiodo
-.-...3 2
13.3
E[ transistor .... -......327
13.4
Circuitos con
diodos
y
transistores
......
......335
13.5
Ampficadores
operacionates
....,.,,340
13.6
Los tiristores
-..- -...
-.,343
Actividades finales
..
- -
-....346
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
5/403
>
Unidad 14.
Sistemas
eledrnicos
digitales
14.1
La
etectrnica
digitat
... ........-.350
14.2Los
sistemas de numeracin
........351
14.3EI tgebra
de
Boole .
.
.
. . .
,
. .
.
. .
.
.354
14.4
Circuitos
combinacionates
.,...,..,,365
14.5
Circuitos
secuenciales
. .
. .
,,.......368
14.60tro po
de
circuitos
....
-...
-....372
Actidades
finales
.........376
>
Unidad 15.
Campos
de aplicacin de [a elctrotecnia
15.1 La ituminacin
.........380
15.2Froycator ............386
15.3 Seguridad
y proteccin
............388
15,4 Sistemas auiomticos
.. ...........390
15.5
E[
autmata
y
e[
PLC .....
.....-..395
15.6
Circuitos
de
traccin
. .
.
. .
.
. .
.
.
. . .400
Actividades
finales
.,.......402
>Anexo
1. labta de
magnitudes
y
unidades.
l'4ttiplos
y
submttiplos
,.........405
>
Anexo
2.
ndice
anattico
.......406
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
6/403
yel
La
electricidad
circuito
elctrico
puedes
ver
la
jauta
inlluencia de
los campos
e
y
estudiar vaios
fennenos
a
lo lago
de
las:primeras
r
avances
en el
mundo
de
ta
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
7/403
)
f
.f
La
electrotecnia,
una materia
nueva
Los
rayos
que
caen sobre
[a tiera
los
das
de
tormenta fueron
los
primeros
efectos
etctrico
que
contempt
e[ ser
hunano,
pero
tuvieron
que pasar
muchos
siglos, casi
hasta
etinjcio
d
sigto xx. hasta
que
se
pudo
dar una
expticacjn cientfica
a
aqueI hecho.
Primero
fueron
[os
griegos
y
ms tarde
los
cientificos
del
siglo
xvrr los
que
comenzaron
a
plan
tearse las causas de los fenmenos
etctricos.
As,
a
medida
que
se
fueron comprendiendo,
s
estabtecieron tas
bases
para
[a
creaci
de
[a
ciencia
que
los
estudia:
[a
etectrotecnja.
La
electrotecnia,
por
[o
tanto,
es una
parte
de [a
tcnica
que
trata
de
[a
aplicacin
prctica
de los fenmenos elctricos
y
magnticos
y
de las
retaciones
existentes
entre e[[os.
A
partir
de
estos conocinientos
sern
mitiptes
las
aplicaciones
que
se
fundamenten en
s
princjpios:
[uz, cator,
informtica,
etc.
Por [o tanto, es
edente
[a
importancia
que
hoy
da e
ne
ta
electrotecnia
en
nuestra sociedad.
y
esta
es
una de las
razones
por
las
que
los atumnos
d
bachillerato tenis
ta
oportunidad
de adentraros en su
conocimiento.
Cuadrc 1.1.
;n ertd aonologa
puedes
\et
una relacin
de Ios descabfunientos e
inventos
ruis ipottantes en
confguracin
de la ciencia
Que
se
ha
llamado electrotecna. La moyoa
los estudsremos a lo larqo de este curso.
8i9.1.1.
monas
Alba Edison
(1847-1931).
1600. Wil.tiam Gilbert
emptea
ta
patabra
electricidad
por
primera
vez
y
pubtica
ta
obra
De
Magnete en [a
que
expone,
por
primera
vez,
[a
teora del
magnetismo
terrestre.
1672.
otto von Guericke
construye
[a
pri-
mera
mquina
electrosttica
para producir
cargas e[ctricas.
1745. Pieter van
Musschenbroek
y
Ewatd
Georg
von Kleist
inventan
e[
primer
conden-
sador o ampotla de Leyden.
1785. Charles
Augustin
de Coulomb
obtje-
ne
[a
ley
que
rige
las
atracciones
y
reputsio-
nes
entre
cargas elctricas.
1800. Alessandro Volta construye la
pjta
elctrjca
denomjnada
galyd,rrd.
1826,
Geofg
Simon ohm estudja la
conduc-
cjn etctrica en
los
metates
y
formula
la
ley
que
relaciona
tas tres
magnitudes
ms
impor-
tantes: voltaje.
intensidad
y
resistencia.
1827.
And-ti,larie Ampre
estudia ta
accin
entre
e[
im
y
las corrjentes elctricas y
for-
mula
las
leyes bsicas
deleLectromagnetismo.
1831.
Michaet
Faraday descubre [a
inoJccin
electromaqntica.
1845.
Gustav
Robert
Kirchhoff
formu[a
la
Leyes
de nudos
y
matlas
que
posteriormente
perm
jtirn
resotver
circuitos
comptejos.
1868.
James Clerk Maxwetl formuta
el
fun
damento
terico
del
e[ectromagnetismo.
18/9. Thomas Atba Edison inventa [a lm
para
de
fitamento
de
grafito y
desarrotta
e
alumbrado
elctrico.
1882. Lucian
Gaulard
y
John Dixon inven
tan
eI
transformador.
1884.
Heinrich
Hertz
demuestra
que
[a
elec
tricidad
se
puede
transmir
en
forma
de
on
das
electromagnticas
que
se
propagn
a [
velocidad
de
[a
tuz.
1887.
Mijail
osipovich
Dotivo-Dobrowotsk
desanotta
elsisterna
de
coriente trifsica.
1895.
Wihetm
Conrad
Rdntgen
descubre
[
descarga
etctrica
en
gases
enrarecidos
y
lo
rayos
X.
1897.
Joseph John
Thomsom
estudia la
propiedades de la
materia en retacin
con
i
etectrjcjdad
y
descubre
elelectrn
como
par
tcula
constituyente.
I
nctiuidades
1>
De
qu
descubrimientos
o
inventos
del
cuadro
1.1
has
odo
habtar
alguna vez?
Cules
has
estudiado?
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
8/403
)
r.Z
Naturaleza
de
la electricidad
Qu
es
[a
electricidad?
Cmo
se
produce?
Cu[
es su naturaleza?
Intentaremos
responder
a
todas
estas
preguntas
en esta
lJnidad. E[ tomo
ser
e[
elemento
base de todo e[
proceso; por
eso hay
que
comenzar con
elestudio
de su
estructura.
En
la
naturaleza
encontramos
107 e[ementos o cuerpos
simples diferentes,
que
se encuentran
reflejados
en
ta
tabla
peridica.
E[
tomo
es
[a
pafte
ms
pequea
de estos
elementos.
sin
que
se
pierdan,
sjn
embargo.
sus
propiedades
fisicas
y qumicas.
)
)
n. Estructura
de
los
tomos
Como
ya
sabes, [a
palabra
domo
significa en
griego
indivisibte,
y
as
se
consider durante
.nucho
tiempo.
Posteriormente, los
trabajos
de
Rutherford,
Bohr
y otros investigadores
reveta-
rcn
que
est formado
por partculas
subatmicas mucho
ms
pequeas,
como los etectrones,
los
lrotones,
Los
neutrones,
[os
positrones,
los mesones, los
neutrinos,
los
antiprotones.
etc.
Cen-
:remos nuestra
atencin en
los
tres
primeros
(figura
1.2).
I
Electrones:
giran
a
gran
velocidad
atrededor
del
ncteo
describiendo
rbitas etpticas y
se
mntienen
en estas
rbitas
gracjas
a [a energa de
atraccin del
ncleo.
A
diferencia
del
sis-
tema
planetario,
esta
fuerza
no
es
gravitatoria
sino elctrica.
La
carga
elctrica
de los e[ec-
trones
es
neqativa
y
su
masa es
de
9,1091
.
10-31
kg.
r
Protones: forman
e[
ncleo del tomo.
E[ vaLor
absotuto
de su carga
etctrica
es
iguaLa
[a
del
etectrn
pero
positiva.
Su
masa es 1
836,11
veces
superior
a
[a
del
electrn.
r
Neutrones:
son
partcutas
etementales
si
carga, situadas en e[ ncteo del
tomo
y
con
una
masa
aproximadamente
iguaI
a
[a
deI
protn.
Gda
tomo tjene e[
mismo nmero de
etectrones
que
de
protones.
5i
[a carga
det
eiectrn
es
'guaI
que
[a
del
protn,
podemos
considerar e[
tomo etctricamente
neutro.
-os
electrones,
en su recorrido
orbitat,
estn sometidos a [a fuerza de
atraccin
del campo
eLc
=ico
dei
ncLeo
y
a [a
fuerza
de
repulsin
de los etectrones de
las capas
inferiores
(enerqa
rotencjal).
Adems, a
causa
de su veLocidad,
enen tambin
energa
cintica.
Sj sumamos
es
zs
dos
energas,
obtenem0s [a energa total del
etectrn
en una
determinada
rbita o capa.
Cuanto
ms
alejados
estn
los
electrones del
ncteo,
ms
pequea
ser
[a
fuerza
de
atraccin
:e
este
ncteo
y, por
[o tanto, ms
pequea
ser [a
energa
que
[e debemos
suministrar
para
encer
la
fuerza
de
atraccin
y
hacer
que
satte de [a
ttima
capa
o
capa
perifrjca.
n
tomo,
aI
perder
un
electrn,
queda
instantneamente
sjn
equilibrio
elctrico. ya
que
e[ nme-
rc
de
protones
es superior aI de
electrones. En
este
caso,
direros
que
e[ tomo
quedar
cargado
msitivamente
y
se
convertir en
un in
positivo
o
catin.
Si,
en
elcaso
contrario,
un
tomo
cap-
:urd
un electrn,
quedar
cargado
egativamente
y
se
convertjr en un
in negativo
o
anin.
)
)
g.
Cargas
electrosttcas
Gsi
seguro
que
en cursos anteriores has reaiizado
eL
experimento de frotar tu bolgrafo
con un
pa-
o
para
ver
cmo
despus
atraa
pequeos
trozos de
pape[.
Este
fenmeo
es
un fenn]eno
etec,
Josttico,
observado
por
e[
griego
Tales
de
Mileto
en
el
sigto vu a.C.. cuando
comprob
que
a[
'otar
u trozo
de
rbar
con
un
pao
de [ana, ste, de manera
prodigiosa,
atraa
pequeas plu
mas,
pequeas
pajas,
etctera.
a
I
www.simbologia-electronica.com
r
www. s c. ehu.
es
/
sbweb
/fisic a
elecmagnet/elecmagnet.htm
Eq. 1.2. tama
de cdrbano.
El
nombe
de electncrdcd de-
iva del
nombe
gego
det
Ambar
(elekton).
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
9/403
I. La electri
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
10/403
:-
:.
aire
o
e-
el
vaLio,
A
=
9
.
l0o
N-t'
.
E, .ru.qr'a-
o,ro
pdio,
su
va.o-
es
srerpre
ms
c
:,:-.o,
lo
que provoca que la
interaccin entre
las cargas disminuya.
:- :-
sistema
internacionat (5I)
se
define
A
=
,
dond" .
es
permitividad
o constante
i{fuia
del medio,
que.
por
Lo tanto, tambin
es una
constante
(tabla
1.1).
:t'-jos
como
pemividad
rclotivs,
s.,
la
relacin entre
[a
permitividad
del
medio
y
[a
per
--:,idad
del vac0.
::
-de
.=
permjtividad
relatr'va
e
=
permitividad
del
medio
e-
=
permitividad
del vaco
Vaco
Aire
Agua
BaqueIta
Madera
llica
Pentxido
de
tirtalo
7
1,00059
81
5-8
4
26
6-8
5-10
8,85
10
1'
8,85.10-12
777
.
7A
1?
44-11
',lA
1?
18-10
.
1A
12
35. 10
12
230
.
7A
12
febl
L.7,
Canstante de
pemitividad
en Las diferentes medias.
i-
caso
de
que
haya
tres o ms
cargas eLctricas
puntuales,
la
fuerza
elctrica resultante
que
:'ercen
sobre una
de
las cargas es [a suma
vectorial
de las
fuerzas
que
actan
sobre sta.
Solucin
At
ser las dos cargas de
signo contrario,
[a
fuerza entre
etlas es de
atraccjn y
de
valor:
Dos cargas
puntuates
de 20
pC
y
-35
pC
se
encuentra
e
etvaco
separadas
por
una dr'stancia
de 20 cm
(figura
1.6).
Cmo
es la fuerza
V
qu
valor
tjene?
Permidad (t)
C2/Nm2
?=rff=s ro,Y
20
10
1cr1s
106c-1s7,5N
Fig.
1.6
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
11/403
1. La electricidad
y
el
circuto ectrGo
1.2
Naturaleza de
la
electricdad
) )
O. Campo el
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
12/403
l.
La
electricidad
y
el
circuito el
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
13/403
2>
,En
qu
se
djferencja
un
tomo
de un in?
Explica
cmo
estn
ordenados
los nivetes
de
energa
de
las
diferentes capas
de un
tomo.
Busca
informacin
sobre
elexperjmento
de Rutherford.
Elelectroscopjo
es
un aparato
que
nos
permjte
compro-
bar [a electrizacln
de un
cuerpo.
Investiga en
qu
consiste
y
cul
es el
principio
de
su
funcionamiento.
Si
a
un
cuerpo elctricamente
neutro
[e
arrancamos
2
electrones,
en
qu
estado
elctrico
queda?
Dos esferas con
iguaLcarga
sr'tuadas en
elvaco,
separa-
das
por
una distancia de 0,1
m,
se
repelen con una
fuerza
de
810
N. Calcula
e[
valor
de las
cargas.
Una
carqa de 2
pC
V
otra
de 5
[C
se encuentran en e[
aj-
re
a una
distancia
de 50 cm.
Con
qu
fuerza
acta
La
una
sobre [a otra?
9>
Cutes
[a
intensr'dad de campo
elctrico
en
un
puto
de-
terminado
si una carga
de 2,5
pC
sr'tuada
en este
punto
est sometida
a una
fuerza
de
0,325
N?
10. llna
carga de
5
pC
est
situada
en eL aire
y
se
encuentra
a
una
distancia
de 20 cm de un
punto
P
CaLcula el
mdu-
[o de
[a
intesidad
de campo en este
punto
y
dibuja ta
grfica
con eI
vector
resuttante.
11> Dos
cargas de
5
LrC
y
8
[C
estn
situadas
en
e[
vaco, en
los
puntos
que
indica
[a
figura 1.10.
Calcula
el
mdulo del
vector intensidad
de campo en
et
punto
,4
y dibuja
et
vec-
tor
resultate-
Fig.
1.10
3t
4-
5>
6t
7>
8>
ts
t.g
Energa
potencal elctrica
Para levantar
un
objeto
desde
etsuelo
hasta
una
altura h
debemos realizar un
trabajo
para
ven
cer la
fuerza
gratatoria
de
[a lerra. Este
trabajo
se
almacena en
forma
de
energa
potencia
(figura 1.11).
E
Ll-
=
.N
.
I
( '
F
Eo1= n
g
ht)
ra=invij
v,=^.12
9
hz
Lc..nnd- Ln1 L.1
-
vt
v2=Jz
9
n
Fig.
1.11
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
14/403
At
dejar
caer e[
objeto,
esta energa
potencial
se
transformar
en
energia
cintica,
de
manera
l]le
l
suma
de las dos
energas
siempre
ser iguaI at trabajo
reatizado.
w=Fh=Ept |t= mgh=
Ep
Uemos
aplicar
este
mismo
experimento
a un campo
etctrico.
Si
queremos
acercar una
carga
etctn-ca
a
otra del
misn]o
signo,
debemos realjzar un
trabajo
externo
parecjdo
at de levantar
e[
objeto deI suelo. Este
trabajo
no
se
pierde.
sino
que
se
almacena
en
forma
de
energa
potencial
n{ctrica
en
l-a
carga,
ya
que,
si [a dejamos
libre,
sta regresar a su
posicjn
original. E[ trabajo
calizado
es
recuperado
posteriormente
por
et campo
elctrico,
de [a misma manera
que
pasaba
con
[a fuena
gravitatoria.
Si
tenernos
un
campo
etctrico uniforme
)6,
creado
por
una carga
0,
podemos
catcul.ar
eltrabajo
que
reazamos
para
trastadar
otra
carga
Q'de
un
punto
I a
otro ,4
(figura
1.12). Este
trabajo equi-
raldr.
(carnbiado
de signo)
a
ta
diferencia
de
energia
potencial
lctrica
entre
estos dos
puntos.
-+
.
LEp=-W=-F
N'
Eig.
1.12
A diferencia del campo
gntatorio,
l
fueza
Fno
es
constante
a [o largo de
todo
e[ despLazamiento;
por
[o tanto,
integrando la expresin anterior, obtenemos:
tt,-
r3 -
r
QQ
lt
ls
Si
definimos
[a
energa
potencial
elctrica en
un
punto
como e[
trabajo
cambiado de signo ne-
cesario
para
[tevar
[a
carga desde
e[
exteor
det
campo
(-)
hasta este
punto,
tenemos:
La unidad de energa
es
el
juo
(J
en
honor
al
fisico
ingts James
Pre
cott Joule.
-
.. a0' .. aa' ..
aa'
^
..
tP=x--x-=/(--U=/(
I
E,=Ett
I
lt
)
)
n.
Potencial
elctrico
Et
potenciat
elctrico
(t/)
en un
punto
es
e[
trabajo
(cambiado
de
signo)
que
hay
que
hacer
para
vencer
las
fuezas
del
campo
elctrico,
para
trasladar
[a
unidad
de carga
positiva
desde
e[
infinito
hasta este
punto
(figura
1.13).
Caracteriza los
distintos
puntos
deL
espacio
y
es
inde-
pendiente
de [a carga.
Pig.
1.13
0
-7
Q'r=EQ'r
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
15/403
Esto
equivale
alcociente
entre la energa
potencjal
elctrica
de
una carga
0'colocada
en este
punto
y
la
carga
0',
es
decit
la energa
potenciatelctrica
por
unidad
de carga.
0'El
0'
Lo
u.'od
en
er
sf
ps
el
vortio
(v):
vortio
(vl
l't:
1t',..
cur0m0ro
(L)
Si en
lugar
de una carga
puntual
tenemos una
distribucin
de cargas, e[
potencjai
ser [a
suna
de los
potenciales
que crean cada una de las
cargas.
E[
signo
del
potenciales positjvo
o negativo
en
funcin
deL
signo
de
[a
carga.
Todos
los
puntos
que
se
encuentran
a una misma
distancia
de [a carga
Q
tienen ei
mismo
po
tencial. Estos
puntos
pertenecen
a una superficie esfrica
que
tiene
por
radjo
[a distancia
r
has
ta
la
carga; esta supeficie
se
denomina
superficie
equipotencia[
(figura
1.14).
Si
tenemos
s
[o
una carga, las
superficies equipotecr'aLes
son esferas concntricas.
c)
.--'-_
--
_--t-.
./ /, ,r
_\
--r
_\.
\'i
/,t',
-i\.
-
/-;--i'\
/l "- , "
ltl]
rIo
"',
o,/l
,tl
'
-
,.'
--
/,
'\ _'-
..-_
_//
.:=-_-..-_---7
Ei,g.
7.74.
Superficies
equipatencdles
debidas
a: a) una
carga
punfal;
b)
dos cargas
de
signos opuestas
y
c)
dos cargas
del
mismo sgno.
Dos cargas
puntuales
de 20
pC
y
-30
lrc
estn situadas
en elvaco
y
distan
1
m
de
u
punto
/
en
sentidos
opuestos
(figura 1.15).
Calcula
eL
potencial
en
el
punto
A.
solucin
,0,
V,=Er=K)r=s
, ,. u ..-o
r--'-''
'
^
N m
10v _
-
N
m2
10"
20.106c
=
180000 v
1m
-30.10-6c
=_270000v
1r
30
pC
VA
=
V1+
V,
=
180
000
V
+ (-270 000
V)
=
90000V
Fig.
1.15
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
16/403
l.
La electrcdad
y
el
(ircuito
el
> B. Diferencia
de
potencial
-.=.imos
la
dferencio
de
potenciql
elctn'co
coo eL
trabajo
(cambiado
de
signo)
necesario
::-:
lrastadr
una carga
entre
dos
puntos
de
este
campo.
:::dimosdeLaexpresjnobtenidaanteriormenteenelctculodetadiferenciadeenergiapo_
::-:'al
e[ctrjca
entre
dos
puntos,
tendremos:
\tt-
\1,=,\
00'
-A
Qa'
-10
r,-re
\=Q V^- a v"
tl
tn
-L1,4/
=
Q'
IVA-
VB)
: :rpresin (l/,
-
V)
se conoce
con
e[
nombre de
diferencia
de
potencial
entre
dos
puntos.
:
:
ajstamos
de
La
expresin
anterjot
podremos
definir
eL
concepto
de
diferencia
de
potenciai.
VA. VR=
,: iiferencia
de
potencial
entre
dos
puntos,4
y
B
es eltrabajo
(cambiado
de
signo)
necesario
::'
trasladar
la
unidad
de carga
posjtiva
desde
I
hasta,4.
4
rg
=KJf =Ko
12>
Catcuta
et
potencial
eLctrico
en un
punto
situado
a
2 m
de
una carga
puntuat
de
20
UC
situada
en eLvaco.
13>
La
diferencja de
potencjat
entre
dos
puntos
situados
a una
djstancr'a
de
1,5
V
1 m
respectivamente
es de
-90
0OO V.
Catcula
elvalor
de
[a
carga
que
crea este
campo.
v.
v^=
la=
0
11 r\
q
a'
1\
r"
I
-LW
a'
va-
v"= K
o(L
Actividade
Ejemplo4
Calcuta
la
diferencr'a de
potenciaL
(ddp)
entre
dos
puntos
sjtuados
a 0,8 y
1,2 m respectivamente
de una
carga
de 50
uc.
Solucin
v^ v,-Ka(+
+)='.10'
N.T
50 ,obr
("#
.|-)=razsoov
14>
Di cut
es et
potenciat
en un
punto
/
situado
en e[ vaco
segn ta
distribucin
de
cargas de
ta
fiqura
1.16.
Fig.
1.16
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
17/403
)
t.+
Conductores,
semiconductores
yaislantes
Teniendo
en cuenta
cieftas
propjedades
etctrjcas,
los cuerpos se
pueden
c[asjficar
e
coduc-
tores,
qi
sLontes
y
seni
conductores.
))
n.
Conductores
En
los
metates. los diferentes tomo5 estn
unidos
por
entaces
metlicos,
por
to
que
dan
una
estructuE
geomtrica
muy
rgida. Para
es-
te
tipo de
entace
no son necesarios
todos
los
electrones del tomo,
y
atgunos
de e[[os
que-
dan poco sujetos
a[
ncleo
atmico,
Estos
electrones
recorren
e[
metat
de
manera
tibre
y
desordenada
y
se
denominan
eledrones librcs
(fiqura
1.17). Los
etectrones libres son
[a
cau-
sa de
que
los
rietales sea
buenos
conducto-
res de [a eLectricidad
y
del
cator,
) )
s. Semiconductores
A[gunos etementos,
como e[
selenio,
e[
siticio
y
el'
germanio.
tienen cuatro
etectrones de
va-
lencia
y
para
formaf
su
estructura comparten
estos etectrones con electrones de tomos
pr
ximos
(figura
1.18). Este tjpo
de enlace
se
de-
nomina enlace covalente
y
proporciona
fuerzas
atractivas
muy
fuertes
entre los diferentes
to-
mos. Al,
aumetar
ta
temperatura
en estos
ma-
teriates
se rompen atgunos
de estos enlaces
y
quedan
electrones
[ibres;
por
[o tanto, se con-
verten en conductores
en determinadas
cir
cunstancias.
Su conductividad
depender
del
nmero de
electrones
[ibres
existentes.
Eig,
1 ,17 ,
Elecanes
libres
en
un etdL
Fig.
1.18.
nlcJ
covalentes
en un
ostaL
semt
condudot
>>
C.
Aislantesonoconductores
Estas
sustancias,
a
diferencia
de
los metales.
no
disponen
de
etectrones libres
porque necesi-
tan
todos
sus
etectrones de
valencia
para
realizar
sus enlaces.
En
determinadas
circunstancjas, atguno de estos enlaces
motecutares
se
puede
romper,
de
taL manera
que quede
atgn electrn
tibre
y
haga
que
e[
material
conduzca muy
poco
ta elec-
tricr'dad.
16>
Qu
diferencia hay
entre
[a estructura atmica de los
me
tales
y
[a
de los
no
metales?
15>
Qu
quiere
dec eledrn
lbre
si
no
[oest?
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
18/403
)
t.s
Circuito
elctrico
Fara
que
una [mpara
se
encienda
o
un motor
se
ponga
en
funcionamiento
es necesario
conec-
rarlos
a
una
pita
o
batera
(acumutador)
mediante conductores
e[ctricos.
La
unin
correcta
de
estos etementos
forma
un
circuito
eldico.
Un
circuito
elctrico
est
formado
por
un
generador
(pita
o
acumulado|
que
proporciona
[a
energa
necesaria.
eI receptor
(tmpara,
motor,
etc.)
y
los conductores
que
unen los
diferentes
conponentes
(figura
1.19).
r
Los
generadores
son los
aparatos
que
transforman
eLtrabajo
u
otro
tipo
de energa
cual
quiera
en energa
elctrica.
Los recptores etctricos transforman [a
energa
etctrica en otra forma
de
energa,
es
de-
cir,
realizan
la
funcin
r'versa a
La
de tos
generadores.
r
El conductor elctrico
es
cualquier
sistema materiaI
que
tenga
tas
siguientes
propiedades:
que
no ofrezca
resistencia
apreciable
a[
paso
de
ta
corriente
y
que
no
dparezca
ninguna
di-
ferencia
de
potenciaI
entre
sus
extremos cuando
circute
una
corriente etctrica.
Para
poder gobernar
los
circuitos
hacen
fatta
unos
componentes
ltamados
etementos
de
manio-
bra o
controh
los
ms
irnportantes son
los interruptores,
los
pulsadores
y
los
conmutadores,
)
)
n. Componentes
bsicos.
Smbolos
Todos
los componentes de
un circuito
elctrico
son
representados
grficamente
mediante
sm-
botos
elementates.
que
han sido normalizados de
manera
que
sea
idntica
su
interpretacin
para
todo
e[ mundo.
En
la tabta 1.2 se
muestran
los
diferentes smbolos etctricos
ms
frecuentes
utiUzados
en
e[ectrotecnia
y
normalizados
segn
las normas
espaotas
(uNE)
y
otras
internacionales
(DIN,
ANSI,
CEI,
etctera).
fig.
1.19.
Cirdrto elctrico.
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
19/403
Naturaleza
de
la orriente
-l
,i
Balera
de acumutadores
"
o
n"
l l]ltL I
orlenle
alterna
Funcionamiento
indif
erente
en correnle continua
o alterna
cenerador
de
coriente
conunua
(dtnamo)
G)
enerador
de
coriente
conunua
(dtnamo) (
G
)
Y
cenerador
de corriente
atterna
(a[ernador)
aC)
aparatos
de medida
vo
r.-er,o
a
-'''/
A-
p
^
Prro
lA,l
Conductores,
term ina les
y
(onexiones
Conducior
Linea
irifsica,
3
conducioes
/
hmet,o
lol
\-:/
Terrinl cnexin de con.lu.tr-^s
r'
.i
@o
*i,
Dervacn
Tierra. toma de
tiera
L4asa, loma de masa
Contador
(simbolo
qeneral)
Componentes
ldri
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
20/403
))
g.
La
corrienteelctrica.
lntensidad
En
ios
circuitos
etctricos
hay
un desplazamiento de
cargas elctricas a travs
de los
conducto-
res,
que
recibe
el
nombre
de
coriente
eLcticct.
La corriente etctrica
es un fenmeno
resuitante
de [a
propjedad que
tjenen todos
los cuerpos
de neutratizarse
elctricamete.
As,
un
cuerpo
cargado
egativamente tiende
a ceder
su exce-
so de
electrones,
mientras
que
un
cuerpo cargado
positivamente
tjende
a
neutralizarse
captu
rando
electfones
de tomos
que
tr'enen en o(ceso.
Si unjmos
a travs de un
coductor
dos
cuerpos,
uno cargado
positjvamente
y
el
otro
negatjva-
rente,
habr
una
circulacin
de etectrones hasta
que
Los dos cuerpos
tengan
e[ n]ismo
potencjal
(figura
1.20). Esta
circutacin de electrones
o cargas elctrjcas
se
denomina
corriente
etctrica.
Veamos ahora
cmo
se despLazan
los
eLectrones
por
un conductor.
A[estudjar
los
n]ateriaLes
con
ductores
hemos
dicho
que
haba
electrofes
libres
que
estaban
e
movimiento
contjnuo,
un
mo-
'miento
catjco
debjdo a la
agjtacin trmica,
de
manera
que
no existe desplazamjento
de car-
gas
en
u
sentido determinado (figura
1.21).
Al
sr'tuar un
conductor
en
e[ r'nteror de Lrn
campo
electrico externo
i los
electrones
[ibres
se
-Levei
e
sentido
-ontrrio
t
ca-1po
e,"cL.co F (fqu
a I
22).
,/\
+A
+v,
>>
Sentido de
[a
corriente elctrica
La corrjente
elctrica
es
e[
movjmiento
de electrones
por
u
conductot
que
saldrn
det
poto
ne-
gativo
(-)
del
generador
y
se dirigirn,
por
el
exterior,
hacia e[
polo positivo
(+),
circutando
en
sentido c0ntrario
a las lneas
delcampo elctrico.
Pero en
la
prctica
se
utjljza
elsentido
con-
rarjo,
[[amado
sertrdo
convencional,
que
es
eI
que
escogj
[4ichaeL Faraday
antes de
averiguar
qe
ia corriente
era
e[ movimiento
de cargas
elctrjcas negatjvas
(fiqura
1.23).
Con
eso no
se
alteran
los resultados
finales
y
los esquemas
Lgicos de razonamiento
a veces
son
ms
senciltos.
Sentido
convenconl
Sentdo rcal
y
convencianal
de
la cartien
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
21/403
)))
Intensidad
de
corriente
elctrica
La
magnitud
que nos da
idea
de [a
cantidad
de
etectrones
que pasan
por un conductor en
un
empo determinado
es
[a
intensidad
de
corriente.
(l)
es ta
cantidad
de carga
elctrica
que pasa
por
una seccin
transversal
de
a
intensidad
de
la corriente
elctrica
conductor
en
la unidad
de
tjempo.
La
intensidad
se
mide en
a.nperios
(A).
Se utizan
tambin
sus
mltiplos
y
sub-
mltiplos:
1kA=103A
1mA-10-3A
1[A=10-6A
Si [a carga
e[ctrica
que
circula
por
un tendremos:
donde
0
=
carga
elctrica
en
cutombios
(C)
1=
intensidad
etctrica
en amperios
(A)
t
=
empo
en segundos
(s)
Si el'
flujo
de carga no
es
constante, tomaremos
[a carga como
^0
en un
tiempo
suficientemen-
te
pequeo,
^t.
Entonces:
>>>
Diferentes tipos
de orriente lctrica
Segn como
sea
e[ flujo de cargas,
podemos
tener
diferentes
pos
de
corriente etctrica
(figu-
n
.24).
I
La corriente continua constante
es
aquella en Ia
que
elftujo de cargas
o electrones
es cons-
tante
en todo momento
y
no
cambia
de
sentjdo,
r
Las
corrientes
etctricas cuya
intensidad
es
variable
en e[
tiempo
se denominan coffientes
variables.
Hay
nuchos
tipos
de
corrientes
variables,
dependiendo
de su
variacin
en e[
tiem-
po
y
su
sentido
de
circutacin.
-
Si e[
sentido
de
circutacin
de
[a
corrjente etctrica
es siempre
e[ mismo,
diremos
que
se
trata
de una
corriente continua variable
en
e[
tiempo.
-
Si
e[
sentido de circulacin de [a corriente
elctrica es alternativo, ser
una
Gorriente
altema
v
su
nombre
depender de
[a
forma
de
[a
sea[.
La ms
utilizada
es
[a
sinusoidal
(forma
de
ta
funcin
seno)
y
[a
pulsante.
conductor
es
constante,
r.--tt
rl
_^0
At
npos de coientes elctrcas.
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
22/403
Por
un conductor
metLico
circula
una
corriente
cuya
intensidad
es
de
2
A.
Calcuta el
nmero
de
electrones
que
atravesarn
en un
segundo
[a seccin
del conductor
Sotucin
Q=lt=2A.7s=2C
2c-2c.
1'602
I1o1ee
=3,204.701se
>>
C.
Generadores
S' comparamos
e[
circuito
elctrico
con
un
circuito
hidrutico,
teemos
que por
el circu]to
hj
-'utico
habr una
circutacin
de
lquido
mlentras
haya una
diferencia
de
nivel,
y
para
mante-
-er
esta
diferencia
de
nivel
necesitamos
una bomba hdruLica. Lo mismo
sucede
en un
circui-
:. e[ctrico;
para
mantener
[a
diferencia
de
potencial y proporcionar
[a
energa capaz
de crear
i
corente
e[ctrjca
es necesario
un
dispositivo
llanado
generodor
elctica (hgura
7.25).
Bomba
Eig.
1.25.
Sml hidtulico
y qeneradot
elctico.
:-
generador
va
restabiecjendo
La diferencja
de
potenciaI
a costa
tan]bin
de
otra
energta,
co-
-o
hace
la bomba hidruLica.
:-
generador
etctrico
es un
djspositivo
que
transforrna
otra
clase de energa
en energa
etc-
:ica
manteniendo
la
diferencia
de
potencial.
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
23/403
)))
La
FEM
y
la
diferencia
de
potencial
La
fuerza electromotriz
(FEM)
de
un
generador
es e[
trabajo
reati2ado
sobre [a
unidad
de
carga
que
cruza e[
generador.
Esta
magnitud
es dada
por
[a
siquiente
expresin:
La unidad de
la FEM
o
la tensin
es el
voltio
(V);
un volo
equivale
un
jutio
dividido
entre
un
culombio.
La
FEI1
no
se
puede
medir
directamente,
pero
s se
puede
medir
su
efecto,
la
diferencia de
po
tenciat
(ddp)
o
tensin
que aparece
en
los extremos deI generador.
La FEM es
la
causa
del movimiento
de las cargas
por
e[
interior
del
generador
y
[a
diferencia
d
potencial
es [a causa
del momiento
de las cargas
por
e[
resto
det
circuito.
Estos dos
vatore
raramente
coinciden
porque
en
e[
interior
det
generador
existen
unas
prdidas.
como
veremo
en
[a
siguiente
Unidad.
)))
Generacin de
[a
fuena
electromotriz
Para
provocar
[a
manifestacin
de
fenmenos
etctricos
es
necesario
partir
de
a[9n
tipo d
energa
que
obligue
a
los
portadores
de
carga
a
desptazarse
o
a
acumularse.
Hay
varios
siste
mas
(figura
1.26);
Por
reacciones
quimicas:
Las
pjlas
y
Las
bateras son
dispositivos
en
los
que,
mediante
un
reaccjn
qumr'ca
entre
eI
etectrotjto
y
[as
ptacas
sumergidas
en una
disotucin,
los
etectro
nes
de
l'a
placa
de cobre se desplazan a [a de
cinc,
donde se
acumutan, con
[o
que
se cre
una
diferencia
de
potencial.
r Por
induccin electromagntica:
es
un efecto
que
se
basa en
e[
principio
de
Faraday,
co
nocido
ya
por
todos
nosotros,
porque
tambin
es
[a base
del
funcionamiento
de
los
alterna
dores
de las centrates etctricas o de
tas
dinamos.
Este
proceso
consiste
en
hacer
nover
u
conductor etctrico
en e|'
interior
de
u
campo
magntico
creado
por
un imn.
Por efecto
piezoelctrico:
a[gunas sustancias
debjdamente cortadas,
como e[ cuarzo
cris
talizado
o
[a
turmalina.
proporcionan
una
diferencia
de
potencial
entre sus dos
caras
opue
tas
al'
ser sometidas
a
una presin
por
un esfuerzo mecnico.
r
Por
accin de
la luzl
cuando una
radiacin
tuminosa
(o
[a
energa de los
fotones) incide
so
bre
[a superficie de ciertas sustancias
(titio,
cesio, setenio.
siticio, etc.),
se desprenden ete
trones
de las
ttimas
capas de
los tomos
y
se crea
entre
sus caras
una
djferencia
de
poten
ciat.
Este es
e[
prjncjpio
de las clulas
fotovottaicas.
Por
efedo de un
par
termoelctrico: si
unimos
fuertemente
los extremos de
dos
hito
de
mateales
diferentes,
como
constantn
y
cobre.
y
calentamos
[a
unin
entre
ambo
aparece
en
sus
extremos una
difefencia
de
potencial.
E[ conjunto formado
recibe e[
nombr
de termopor
y
se
utitiza
como
sonda
pan
[a medida de
temperaturas.
r
Por
frotacin: los
generadores
de
Von
der Graff se basan en este
proceso.
Se
pueden
obte
ner
tensioes
superiores a
un mittn
de
voltios,
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
24/403
1.
La
electricidad
y
el
circuto elctrico
1,5
Circuito elctrco
mmrfilfial
EffiP
Por
reaccin
qumica
Por accn
de la
Iuz
Bobina
Por
ef
ecto
pezoelctrico
E
ecfodo
*"u"--
l
I Tt
Vo rimerro
Ierec|ronco.i.]
-
Depslos
Por
efecto de un
par
termoelctrico
Cobre
+
Cuarzo
piezoe
clrico
Varira de ebonita
frolada
apa
'*u
Sillcio
I
retlca
Trozos de
papel
a:-g. t.26. Diferentes
sistemas
de
genercctn
de
Juerza
elecTTamattiz.
> > D.
Los receptores. La resistencia
elctrica
-::
aparatos receptores son [os encarqados
de
trasformar La eerga
elctrica
que
reciben er
.-:rgia tit. Los
hay de muchos
tipos;
en
general,
cuatquier
aparato
que
funcione
con energra
-.=:irica
es
un
receptor.
',--
todos
los receptores
y
conductores
dejan
pasar
la
corriente elctrjca
con la misma
facitjdad
,:'avs
de
ellos.
Esta
oposicin
se
denomina
resistenci0
eLctrica.
>>>
Resistenciaelctrica
,-ando unjros
dos
cuerpos ertre
los
que hay
una
diferencja
de
potenciat
con
un conductot
s-
:::s
recorrido
por
una
corriente
etctrica
formada
por
un conjunto
de
electrones.
stos, en
su
-.:orrjdo,
chocan con
otros
etectrones
y
[os
hacen
cambiar
de
djreccin.
Tenjendo
en
cuenta
rJe no
todos
los
materiales
conductores tienen
una misma
estructura
y
costjtucjn
atrjca,
-r
todos tendrn
el
mismo nmero de
etectrones ljbres, lo
cual
hace
que
unos
n]aterjales
pre-
.:.ten
0na
oposicin ms
grande
que
otros
a[
paso
de
[a
corriente etctrica.
-i
resistencia
etctrica
(R)
es [a
oposicjn
que presentan
los
diferentes
coductores
aI
paso
r:
la
corriete
eictrica.
:
resistencia
de
un
conductor
depende de
la
naturalezo del conductor,
de su
longitud
y
de
su
La naturaleza
o
estructura
atmica
deL
conductor,
que
se expresa
mediante
una
constante
tlamada eiisfividod
(p)
propia
de cada materit.
La
tongitud
(f), ya
que
cuanto
ms largo es eL conductor,
ms
grande
es
la
dificuttad
por
cir-
cular;
es
decir,
a
ms longjtud,
ms
resistencia.
As
pues,
[a
resistecja
de
un conductor
es
directamente
proporcionaI
a su
[ongitud.
La
seccin
(5),
ya que
al aumentar
[a seccjn del
conductor
facilitanos el
paso
de los elec-
trones
y
djsminuirnos,
por
lo
tanto,
su resistencia.
La
unidad
de
la resistencia es eL
ohmi
({}),
en honor del
fisico
Georg
ohm. S
ulizan
tambin
sus
mLtiplos
v
subm
tiplos:
MO=106O
kg)
=
10r
o
mQ=10rO
uO=106()
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
25/403
Estos
factores
nos
determinan el' valor
donde
R
-
resistencia
etctrica
(O)
p
=
resisdad etctrica
(Om'?/m
=
Om)
I
=
[ongitud del conductor
(m)
S
=
seccin
deI
conductor
(m2)
En
[a tabla
1,3 se muestran los valores
de
[a
resisdad
para
diferentes
materiales.
de
[a resistencia
de
un hi[o conductor:
E
Hay
ateaciones, como
el constantn. con
resistividades
que
casi n0 vadan con
la
temperatura,
10
que
los hace
idneos
pa-
ra
la
fabicacin
de
elementos
resisvos
llamados resr'5ores.
Ptata
3,8
.
1O-3
Cobre
I
3,9.10-3
0ro
:
3,5.10-3
Hierro
5,0
.
1O-3
Estao 4,4
.
LO-3
Constantn
(60vo
Ni
y
40
o/"
Cu) r
.
ro-o
Germanio
4,8.10-
Siticio
,
-7,5.70-2
labla
7.3. Coefrcente
de
resittdad
para
dfemEs
fabla
1.4.
Coefciente
de
temperutura
pan
diferen
m1tendles.
tes
materidles.
Et
material
ms
utitizado
para
conductores
elctricos
es
eI
cobre,
porque presenta
una baja re
sistividad,
es muy
dctiI
y
es
uno
de
los ns econmicos.
En
microetectrnica
o
en circuitos
etectrnicos
de
muy
atta
precisin
se utiliza e[
oro,
ya que
es
un material
que
no se oxida.
Se
ha observado
experimentalmente
que
la
resistidad
de
un
material
depende de la
tempera
tun
(tabta
1.4).
En los conductores metticos,
la
resistidad
aumenta con [a
temperatura;
es
te
incremento
depende de
[a
naturateza
del conductor
y
ene
determinado
por
[a expresin:
En
e[ cero absotuto
de
temperatura,
La
resistividad
que presentan
atgunos metates con]o
e
hierro,
e[
cobrg
ta
ptata,
et
ptatjno y
e[
oro es nuta.
Este
fenmeno
se
conoce con e[ nombre
d
supercondudividod
-
Calcuta ta
resistencia etctrica
de
un conductor
de cobre,
de una
longitud
de 10
m
y
una seccin de
0,75
mm2,
a una
temperatura
de
35
'C.
Solucin
P('o
=
P(zo'c)
(1+
d
(f
-
20
'C))
=
1,72
'
1o-8 Om
(1+
3,9
.
1O-3
oC-1
.
(35
oC
-
20
'C))
-
1,82
.
10-8
Om
R=o=-1,82
10-8
C)m
7
,5
.
10-1
n?
10m
=
0,24 a
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
26/403
>>> Diferentes
tipos
de
resistores
Los
resistores
son
conponentes
especialmente diseados para ofrecer una
determjnada
resis-
tencja atpaso
de la
corriente
elctrica.
En
los
circuitos electricos
se
utizan Los
resistores
para
distribujr adecuadamente
[a
tensin
y
[a
corriente
por
los
djferentes
puntos
del
circujto.
En electricidad,
e[
efecto
de [a resistencia
es
oponerse aI
paso
de
la
corriente
y
transformar [a
energa
etctrica
en
calor,
como
es eL caso
de
las
resjstencias
calefactoras
y
de las [mparas incandescentes.
En
[a lJnidad
4
puedes
encontrar los
djferetes tipos
de resistores
y
e[ cdigo
de
coLores
para
ta
ledura
de
su
valor hmico.
>>>
Conductancia
y
conductividad
Eig.
1.27 . Diferentes tpos
de resistores.
La
conductancia
(6)
es
ta
magnitud
inversa
a
[a
resistencia,
ya
que
define
ta
facitidad
que
tiene un conductor
aI
paso
de
la corriente
eLctrica.
A
partr'r
de esta
expresin,
podemos
deducir
que
un conductor
que presente
una
conductancia
nuy
pequea
tendr
una etevada resr'stencia, es decr'r, ser
un
mal
conductor.
5i
[a
conductancia
es
[a
magnitud inversa
a la
resjstencja,
ta
conductiyidad
(o)
es
ta
magni
tud
inversa
a [a
resistjdad
y
representa [a
aptitud
de
un material
para
[a
conduccjn de [a
co-
rriente elctrica.
)))
Efectos de
[a electricidad
La
coniente
etctrica, a su
paso por
un
receptor
o un
conductot
puede producir
los siguientes
efectos:
Efecto
calorfico: a[
pasar
[a
corriente etctrica
por
un
conductot
ste se
calienta.
Este
es
el
principio
deI
fucr'onamiento
de
[as
[mparas
de
r'ncandescencia, estufas,
fogones, hornos
e[ctricos,
calentadores,
etctera.
Efecto
magntico:
cuando
una
corriente circuta
por
un conductor,
crea
a
su
alrededor un
cam-
po
magntico; este
campo
servjr, como
veremos
ms
adeiante,
para
hacer
girar
un motor.
Efecto
[uminoso:
elatumbrado elctrico
mediante las [mparas fluorescentes
y
de
descarga
es
debido
aLfenmeno de
[uminjscencja,
que
consiste en
producjr
radjaciones [uminosas por
medio de
[a
descarga
elctrica en
eLseno de
u
gas
como e[ argn o e[
nen.
Este
efecto
se
produce
tambjn en
las Lrparas de
jncandescencia
por
e[
efecto catorfico
o de
termorra-
diacin.
que
consiste en
[a
emisin
de luz
y
calor
de
un
cuerpo
caliente.
Efecto
qumico:
el
paso
de una
corriente
por
un
etectroUto
produce
reaccr'ones
qurfiricas.
Efectos
fisiolgicos:
eI
paso
de una
corriente eictrica
elevada
a
travs
deI cuerpo humano
puede
producir
lesiones
que pueden
ltegar a
producir
[a
muete. Este efecto
es
utitizado
en
aparatos de
electromedicina
y
en
eLsacrifico
de
ganado.
La
unidad
de
[a
conductancia
es el siemens (S),
en
honor
at
fisico
Werner von
Siemens.
Las
estufas
y
los fogones
elctricos
antiguos
estaban
constituidos
por
una
resistencia
o filamento metlico
de und
ateacin
rcsistente
a
la fusin, como e
nicromo
y
el constantn.
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
27/403
F
n.t.ridades
17>
Catcuta
[a carga
etctrica
transportada
por
una
corriente
de5Adurantelminuto.
18>
Qu
significa
que
ia
corriente
etctrica en un
punto
del
circuito
es de 2
A?
19>
Calcuta [a
resistencia
etctrjca
que presenta
una
pafte
de
una
instatacin
realizada
con un conductor
de
cobre
de
1,5
nmz
de seccin
y
28
m
de
tongitud,
si
a causa
de
ua
sobrecarga
elctrica
sta se calienta a
una temperatura
de
70.c.
20>
Catcuta ta
intensidad
de
corriente
que
circuta
por
un
cir-
cujto
si
e
4
h
30
minutos han
pasado
48 600 C.
21> Se
quiere
construil
con
un
hiLo
de constantn de
0,1
mmz
de
seccin,
un
resistor de
1,5 C. Catcula
la longitud
ne-
cera'ia
de
Lito
pa'
sL'ab
'Lac'r.
22>
lJn
resistor
est fubricado
con
hiLo
de
nicromo
de
0,15
mmz
enrollado
sobre
un
citindro
de
0,4
mm de
dimetro.
Cal
cula
la resistencia
elctrica
sj e[ resistor est
formado
por
30
vuettas
de
hilo.
@
t.O
lnstrumentos
de medida
Existen
dos tipos
de
instrumentos
de
medida,Ios
anolgicos
y
los digitoles.
Los instrumentos
analgicos son aquetlos
que
indican eL
vator
de
ta
medida mediante
desplazamjento
de
una
aguja
sobre
una
escata
numerada. En
estos
[a
aguja [eva
incorporad
un
mecanismo
que
nos
permite
mediante
un
tornitlo su
puesta
a cero.
Hay
aparatos
d
precisin que
adems
incorporan un espejo
para
evitar
errores
en las
medidas causados
po
efectos pticos.
Para
evitar
estos errores
en
las lecturas
tenemos
que hacer
cojncjdjr
[a
aguj
con
su
proyeccin
5obre
e[ espejo. Sin embargo, estos aparatos comenzaron
a
estar
en
desus
con
ta aparicin
de tos
instrufirentos djgjtates,
que
so
mucho
ms
cmodos,
fiabtes,
rpido
para
reatizar
La
lectura
y
ms
fciles
de
transportar.
Los
instrumentos
digital.es
indican
los vatores
de
ls
medidas de
forma
directa
mediant
digitos
sobre una
pantatla
alfanumrica.
La
precisin
de
estos
istrumentos
depender
d
nmero
de
dlgitos
que posea
el
disptay.
Por
ejempto, un
jnstrurnento
de
3 1/2
dgitos
sign
fica
que
tiene tres dqitos
que
toman
vatores
entre
0
y
9
(dgitos
comptetos)
y
un
dgito
qu
slo toma
dos
valores,
eL 0
y
el.
1
(7/2
dig\to);
cuantos
ms
dgitos
posea
el
istrumento
mayor
ser su
precisin.
Las cuatidades
que
hemos
de
tener en
cuenta
al
etegir
un
instrumento
de medida son:
La exactitud
es et
grado
de
concordancia entre
eL
vator
reaI
y
e[
experimenta[.
lJn
instru
mento
ser
exacto
sj
las medidas
realizadas con [
son
todas
etlas
muy
prximas
at
vat
real de [a
magnitud
a medir.
La
precisin
es
etgrad0
de concordancia
entre
mediciones
sucesivas;
cuanto
ms
parecida
sean las
medidas, ms
preciso
ser eI
instrumento.
La
precisin
y
la
exactitud
son cua[idades
que
estn
lntjmarente
retacionadas
con la
catida
deLaparato
y
su
precio.
r
La
fideLidad
si atrepetiruna
mjsma medjda
nos
jndr'ca
sjempre e[
mismo
vatot
r
La
rapidez
con [a
que
se
estabitiza
[a
lectura
del
aparato.
tig-
1-28, Polmetro digital
(cottesia
de
Promox).
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
28/403
l.
La elecicidad
y
el crcuito
elctrco
1.6
lnstrumentos
de
medida
-:
:ensibjtidad
es ei
mnimo vator
que podemos
medlr en una determinada
escala,
es decjr,
.,..-ro
tat,
ms sensible
cuanto n'rayor
sea
ta capacidad
para
medir maqitudes
muy
pe-
:.-
-itrumentos
de medjda
que
nos
perriten
redir
djstjntas
magnitudes
eLctrjcas;
se de
-.
-
-.olmetros,
multmetros,
comprobadores universales,
etctera.
>
> A. Medida
de
magnitudes elctricas
-,1-'tudes
eLctrjcas estudiadas
(intensidad
elctrica, vottaje
o djferencia
de
potencialy
-
:::
,:
elctrica)
se
pueden
medircon
los
jnstrumentos
de
medida sjgujetes:
eLa,?pt
]eto,
.
'.ja
y
elhmetra.
I : :mpermetro
es
e[ instrumento
que
os
permjte
medir
[a
intensjdad
elctrica.
Se
debe
.
--::r
interumpjedo
elcjrcujto,
para
obligar
a
que
todas
tas cargas
elctrjcas
cjrcu[en
a
'
: :.
Ce
[
(fiqua
1.29). Este tipo de conexjn
se denomina conexn
en
seie.
r:,ottmetroeseIjnstrumentoq
enospermitemedjr[adiferencjadepoteciaIoelvolta-
.
-:
diferecja
de
potencial,
como [a misma
patabra
indjca,
es
La
diferencia
de
potenciaI
. :':
os
puntos,
y
para poderLa
medir
deberemos
conectar elvoLtmetro
entre estos
dos
-
--::j
(figura 1.30);
esta conexjn
se denanira
conexin
en
pataleLo.
r :
hmetro
es elistrumento
que
nos
permjte
medir
la
resistecia elctrica
de
Lln
cjrcujto,
::
--
receptor
o de
un
resistor.
Para
realizar
la medjda de una resjstencja
e
un circuito
hay
:,. :'oceder
de la
siguiente
manera:
r
.q rrse
que
en
l cjrclrito
o
en
ta
resistencja
no
haya
tensjn,
ya que
eso
puede pro-
::r
el deterioro
del
aparato
y
[a medjda realizada no sera
la corecta.
Por eso
te reco-
-:ndamos
siempre
que
desconectes
el circujto
o resistencia de la
fuente
de
alimentacin
::enerdor.
: .I
aparato
que
se
va a
utilizar es analgico
o de
ag ja,
debers
unjr
las dos
puntas
del
--netro
y
actuar
sobre [a
resistencja
ajustable
para
calibrar el
aparato
a
cero.
:,'a
efectuar [a n]edjda
deberemos conectar
elhmetro entre
los dos
puntos
entre
los
q e
:-:remos
medir
la resistencia.
':
.
-:'.'zar
estos
istrumentos,
primero
tenemos
que
seleccionar [a n]agnjtud
a medir medjante
-
:.
--i-tador
que
poseen.
A
contjnuacin, elegir
la escala o
el
rango
adecuado, por
lo
que
--::
ja
tener
idea
delvalor
a
medir;
e c50
contrario,
siempre empezaremos
por
las escalas
-,
-:.
e
iremos
cambiando
de escala hasta
: .:-imos
una
ciefta
precjsin
de la
Lectu
:
-:
:edo
la
parte
decimalde
la misma.
::
-
-etros nos
permjten
medir
tenstones
-:--:jCdes
en corrjete contiua
y
en
,
" "ri"
ae.t
i.d5
eL.
Ade-.5
-
-"
.omp obo. ei
,
o..Frto
fL.
,o-_
qLr
o
.ompo
enle5
elp,
ro
'.
o\
: :: ::mo
el
diodo
y
e[
transistor,
as
con]o
, l
ontirtid.d
de,
cir.utLo.
lg.1.29.
Canexn
de
un ampermea.
l9.
1.30.
Canexin de rn
voltmetra.
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
29/403
)
)
g.
Errores en la medida
A[
realizar
medidas nuestros resuttados
pueden
verse
atterados,
es
decit
podemos
obtener
re
sultados errneos.
Es
importante
que
conozcamos cmo
podemos
cometer errores
en
[a
medida
para
poderlos
etar. Estos
pueden
ser
rtemcos
y/o
orcdentates.
Los errores sistemticos
son
debidos
a
las
canctersticas del
aparato
y
a
[a destreza de
[
persona que
realiza
[a medida,
-
Errores
debidos
a[ instrumento.
como e[ regtaje
en
tos
analgicos.
es
decir,
e[ cero
de
[
escata no
coincjde
con [a
posjcjn
cero
de
[a
aguja,
defectos de [a
graduacin
del
instru
mento,
desgaste de las
piezas
o de ta
pita
en
e[
caso
de los
digitales.
etctera.
-
Errores
prsonales,
que
dependen
de ta habitidad de
[a
persona
que
realiza [a
medida
Ejemptos
de elto son:
no
esperar
que
[a lectura se
estabilice,
no
irabajar
con [a escala ade
cuada, no realizar los reglajes correctos, parataje
entrc
ta
aguja
y
[a
proyeccin de esta so
bre e[
espejo. etctera.
I Los efores accidentales o eventuates son
aquellos
que
se
producen por
causas
fortuitas
de
forma
ateatoria.
nicamente
se
pueden
paliar parcialmente
obteniendo
[a media
aritm
ca
de
tas distintas
medidas sucesivas.
Una
vez estudiados
y
definidos
los
distintos
factores
que pueden
inftuir
en
una
medida,
trata
remos
de
cuantificarlos. Utilizaremos
dos
parmetros:
e[ enor
osoluto
y
el
enor
relotvo.
r E[
error
absoluto
es
[a
diferenta
entre
et
valor
de [a medida
y
e[
valor
real
de [a
magnitud
Si
no conocemos
e[
vator
real de
una
magnitud.
podemos
sustitui40
por
la
media
aritmc
de las
distintas
medidas reatizadas.
Pero
este
parmetro
no
nos
informa
de [a
magnitud
delerror,
es
decir,
no
es
[o
mismo
co
meter un
error
de
0,3
V
sobre
una
medida reat de
2
V
que
de
300 V.
Para
cuantificar
e[
ero
necesitamos
otro
parmetro que
nos
indique
e[
grado
de [a
exactitud
de [a medida; este s
denoina
effo
r relativ
o.
E[
error
relativo
es
et
cociente entre
e[
error
absotuto
y
la
medida real
de
l'a
magnitud
y
s
expresa
normatmente en
tanto
por
ciento
(%).
A[ realizar una
medida
de
una
tensin
se han
obtenido
los
siquientes valores:
2,34
V, 2,35
U,2,34U,2,36U,2,38 V
y
2,36
V. Gtcula
e[
enor
absotuto
y
retativo de
las
dos
primens
medidas.
Sotucin
7
=
(2,34U
+2,35V +2,34U
+2,36y +2,38U +2,36Ur/6=2,355V
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
30/403
1. La
electricidad
y
el circuto
elctrico
1.6 lnstrumentos
de medda
E"=x
,=2,34U-2,355U=-0,075U
;
E,=E"/V=-A,015U
/
2,355U
= -0,00637
=
-0,631
"1.
Ctcuto
del
error absoluto
y
relativo
de
[a
segunda
medjda:
CLcuLo
del
error absotuto
y relativo
de
l
prjmera medida:
E"=x,
i
=2,35U
2,355V=-0,005V
;
E,=E"/x=-A,005U
/
2,355V
=
-A,00212
=
0,21.2.t"
23>
Dibuja en
e[
circuito
de la
fiqura
1.31
cmocolocaase[
ampermetro
para
medir [a intensidad
que
cr'rcu[a
por
La
lmpara,
por
el
motor
y
la
que
suministra
e[
generador.
Actividade
25> Dibuja
en eI
circuito
de ta
figura
1.32
ta
cotocacin deL
voltmetro
para
medir
e[
vottaje
en cada una de
las [m-
paras.
Fig.
1.31
24>
AlreaLizar
[a redida de una
resistencia se han obtenido los
siguientes
valores:
223
Q,
230
,21,2
Q,215
f),
220 A,
2B
f
y
22'l O.
Calcula los errores absoluto
y
relativo
de
la
primera
medida.
rig. 1.32
26>
Exptica cmo medirias
ra de
[a
figura
1.32.
[a resistencia
interna
de
[a lmpa-
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
31/403
7>
2>
Si
un
cuerpo
tiene
una
carg negativa
de
0,5
cutombios,
cuntos
etectrones
tiene?
S:
3,12 1018
e
Cmo
son
Las
[neas
de
fuerza
creadas
por
una
carga
posjtjva?
Razona tu respuesta.
3>
5i
tenemos
un
cmpo
etctrico
creado
por
ms
de una
carga,
cmo
podemos
catcutar
[a
intensidad
de campo
elctrico
en
un
determinado
punto?
4> Dos
cargas
puntuales
estn
situadas
a
una
distancja
de
2
m
y
se atraen con una
fuerza
de 50
N.
Sj djsmjnujmos
la
distancia hasta
1
m,
cunto
vatdr
[a
ueva
fuerza
de traccin?
5:
F=
200
N
5>
Calcuta
La
fuerza
de
atraccin
de
dos
cargas
sjtuadas
en
e[ vaco
de 23
pC
y
-50
UC,
separadas
por
una
distanc]a
de
50
crn.
S: F=
-41,4
N
6>
Dos
cargas de 5
C
y
8
iC
estn situadas en
et
vaco,
en
los
puntos
que
indica
[a
figura
1.33.
Catcuta eLvector
in-
tensidad
de campo.
en mduto,
en e[
punto
.
Fig.
1.3
3
5z
Er-
137 49,65
r1a
7>
Qu
son
las
leas de
fuerza
de
u carpo
elctrjco?
Di-
buja
las lneas
de
fuerza
de
un
campo
producido
por
dos
cargas
jguates
de
signo negatjvo.
Razona
tu respuesta.
8>
Dibuja
e[ espectro
producido por
una carga
positiva.
Ra-
zona
tu respuesta.
9>
En
un
punto
de un campo
etctrjco
hay una
carga
de
8 mC
con una energa
potencial
de
40
jutios.
Cul
es el
10>
Cu[
es
et
potenciat
etctrico
de un
punto
situado
en
e[ vaco
y
a 1
m de una
carga
pos]'tiva
de
0,3
pC?
StV-2700U
11>
Dos
cargas
de
-4
C
y
3
pC
situadas en
e[ vaco
estn
separadas
por
una
distancja
de 2
m.
CaLcuta
ta r'ntensi-
dad
de campo
y
et
potenciai
en un
punto
situado
a
1,3
m
de
la
primera
carga y
0,7
m
de
[a
segunda.
S: E,
=
76463,9 N/C
y
Vr
-
70879,1V
12>
En
los
puntos
de coordenadas (O,Z)
r
y
(3,0)
m se
en-
cuentran dos cargas
elctricas
puntuates
de
2O
pC y
30
UC
respectivamente.
Calcuta
el
potencjal
e
e[
orjge
de coordenadas
y
en
el
punto
medio
de
La
recta
que
las
une si
stas estn
situadas
en e[
v(o.
5:
o)
l/,
=
193666
Y
) /,
-
259666
y
13>
Catcuta
ta
diferencia de
potencial
entre
dos
puntos
situa-
dos a 2
y
0,7 m respectjvamente
de ua carga
de
-20
C.
St
VA
-
VB
=
167
142,8V
14>
Qu
cantidad
de
carga
deber
transportar
una corriente
de
10 A
durante
media hora?
5;0=18000C
15>
Quin
suministra
[a
energa
que
trasporta
[a
corrjen-
te
etctrica?
16t
In1su.
norrre
de
cinco
materiates
conductores
y
de
cinco
de
aislantes.
17>
En
qu
sentido circuta
La
corrjente
etctrjca,
cientfi-
carente?
Cu[
es eLsentido
que
utjLjza norma[mente?
18>
Eusca
informacin
sobre
e[
generador
de Van
der Graff,
dibjato
y
exptica
su
funcionamiento.
19>
Explica
etfuncionamiento
de una batera o acumulador.
20>
Busca
informacin
deL
proceso
xerogrfico
v
explica
en
qu
consiste.
21>
Con
un
hiLo
de constantn
de
0,1
mm de
dimetro
se
quiere
construir
una resistencia
de 200
O.
Catcul.a
ta
longitud
que
debe
tener
el
hito.
S:l=3,2m
22>
Qu
significa
que
eL
coeficjente
de
temperatura
detsi-
hcio
y
deI
germanio
sean negativos?
potenciaL
e
este
punto?
',
5: l/
=
5000
V
-
8/10/2019 Electrotecnia.1ra.edicion Guasch
32/403
Leyes
bsicas
del
circuito
elctrico
Georg Simon
ohm
(1789-1854)
fue un fsico alemn
que
se
dedic
