ÍNDICE
TEMA 6.- ELECTRICIDAD
1.1.- Electrización de los cuerpos
1.2.- Fenómenos eléctricos
1.2.- Electricidad estática
2.- LA CORRIENTE ELÉCTRICA
2.1.- Concepto de corriente eléctrica
2.2.- El circuitos eléctrico
2.3.- Tipos de corriente eléctrica
2.3.1.- Corriente continua
2.3.2.- Corriente alterna
3.- CIRCUITOS ELÉCTRICOS
3.1.- Elementos de un circuitos
3.2.- Símbolos y esquemas eléctricos
4.- CONEXIONES ELÉCTRICAS
4.1.- Tipos de conexiones
4.2.- Conexión en serie
4.3.- Conexión en paralelo
4.4.- Circuitos mixtos
4.5.- Conexión de componentes eléctricos
5.- EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
5.1.- Efecto calórico
5.2.- Efecto luminoso
5.3.- Efecto magnético
5.4.- Efecto químico
6.- MAGNITUDES ELÉCTRICAS
6.1.- Tensión, voltaje o diferencia de potencial
6.2.- Intensidad de corriente
6.3.- Resistencia eléctrica
6.4.- La ley de Ohm
6.5.- Ejercicios
6.6.- Potencia eléctrica
7.- INSTRUMENTOS DE MEDIDA
7.1.- Medida de la tensión
7.2.- Medida de la intensidad
7.3.- Medida de la resistencia
7.4.- El polímetro
8.- Simulación de circuitos
8.1.- El programa Crocodile
1.- Concepto de electricidad
La materia está constituida por moléculas y éstas a su vez por átomos. El átomo, esta formado por un núcleo y una corteza. En el núcleo se encuentran los protones y neutrones, mientras que en la corteza se encuentran los electrones, girando alrededor del núcleo en distintas órbitas.
Los protones poseen carga eléctrica positiva y masa. Los neutrones no poseen carga, su función es la de mantener unidos a los protones entre si, y también poseen masa. Los electrones tienen carga eléctrica negativa, del mismo valor que la del protón, su masa es muy inferior a la del protón o neutrón, por lo que la consideraremos despreciable.
Un átomo se considera eléctricamente neutro cuando tiene el mismo número de protones que de electrones. La masa del átomo, es la suma de las masas de protones y neutrones.
2.- Materiales conductores, aislantes y semiconductores.
Los materiales conductores son aquellos que permiten el paso de la corriente eléctrica, por ejemplo los metales (oro, plata, cobre, bronce, etc...).
Los materiales aislantes son aquellos que no permiten el paso de la corriente eléctrica, por ejemplo la madera, el plástico, el vídrio, etc.
Los materiales aislantes son aquellos que unas veces se comportan como conductores y otras como aislantes, son materiales especiales como el silicio y el germanio.
En la imagen podéis ver la estructura cristalina de un metal donde los electrones pueden circular libremente, por eso son conductores.
3.- Resistencia. Corriente eléctrica. Diferencia de potencial.
La resistividad ( ρ ) es una propiedad intrínseca de cada material, cada material tiene la suya, indica la dificultad que encuentran los electrones a su paso.
La resistencia al paso de electrones de un objeto depende de la resistividad de dicho material y de la forma que tiene. La resistencia se puede medir y calcular.
Se define la corriente eléctrica como el paso ordenado de electrones a través de un conductor.
La cantidad de carga que circula por un conductor en un segundo se denomina Intensidad de Corriente o Corriente eléctrica. Se representa por la letra I y su unidad es el Amperio (A).
Para que los electrones realicen este movimiento ordenado debe existir una fuerza que los impulse, a esta fuerza se le llama Diferencia de Potencial o Fuerza Electromotriz. Esto lo podemos conseguir conectando cargas de distinto signo en los extremos del conductor.
4.- Circuito eléctrico, Elementos del circuito eléctrico, Ley de Ohm.
Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí, que permiten establecer una corriente entre dos puntos, para aprovechar la energía eléctrica.
Todo circuito eléctrico se compone, al menos, de unos elementos mínimos (generador, receptor y conductor). Sin embargo la en la mayoría de los casos los circuitos suelen incorporar otros dispositivos, los elementos de maniobra y los de protección.
4.1.LOS GENERADORES O FUENTES DE TENSIÓN
Los generadores son los elementos que transforman cualquier forma de energía en energía eléctrica. Proveen al circuito de la necesaria diferencia de cargas entre sus dos polos o bornes (tensión), y además, son capaces de mantenerla eficazmente durante el funcionamiento del circuito. Ejemplos de ellos son las pilas y baterías y las fuentes de alimentación.
4.2.LOS RECEPTORES
Los receptores: son los elementos encargados de convertir la energía eléctrica en otro tipo de energía útil de manera directa, como la lumínica, la mecánica (movimiento), calorífica, etc. Los receptores eléctricos más usuales en nuestro taller serán las lámparas o bombillas, timbres, resistencias eléctricas, motores....
4.3.LOS CONDUCTORES
Los conductores son los elementos que conectan los distintos elementos del circuito permitiendo el flujo de electrones.
4.4.ELEMENTOS DE CONTROL (DE MANIOBRA)
Son los dispositivos usados para dirigir o interrumpir el paso de corriente. Los más importantes son los interruptores, conmutadores, pulsadores y relés.
4.5.ELEMENTOS DE PROTECCIÓN
Son los elementos encargados de proteger al resto de los elementos del circuito frente corrientes demasiado elevadas o frente a derivaciones o fugas de potencia. Son los fusibles, interruptores diferenciales y los interruptores magnetotérmicos.
4.6.- SÍMBOLOS ELÉCTRICOS
5.- CIRCUITOS BÁSICOS (SERIE,PARALELO Y MIXTO)
Un CIRCUITO EN SERIE , es aquel que tiene conectados sus receptores uno a continuación del otro. (En el circuito de la derecha, las bombillas y la resistencia están conectadas en serie).
Las características de este tipo de circuito son:
✔ Si uno de los elementos del circuito deja de funcionar el resto tampoco funcionan.
✔ El voltaje de la pila se reparte entre todos los receptores conectados en serie (por eso las bombillas brillan poco)
✔ La intensidad de la corriente que atraviesa cada receptor es la misma para todos los receptores.
Un CIRCUITO PARALELO , es aquel que tiene conectados los terminales de sus receptores unidos entre si. (En el circuito de la derecha, las bombillas y la resistencia están conectadas en paralelo.)
Las características de este tipo de circuitos son:
✔ Si uno de los elementos deja de funcionar, el resto funciona normalmente, como si no hubiese pasado nada.
✔ Todos los receptores funcionan con la misma tensión (todas las bombillas lucen con la misma intensidad e igual a como lucirían si estuviesen ellas solas conectadas a la batería).
✔ La intensidad de la corriente que genere la pila se reparte entre todos los receptores.
Cabe citar que los elementos eléctricos de nuestras viviendas están conectados en paralelo.
Un CIRCUITO MIXTO , es aquel que tiene elementos en paralelo y en serie. (Por ejemplo, las bombillas 2 y 3 están conectadas en paralelo; al mismo tiempo que están conectadas en serie con la 1).
Estos circuitos poseen las características de los dos circuitos, por lo que se tiene que resolver poco a poco por partes: en primer lugar se resuelven los elementos que están en paralelo, y luego los que están en serie.
6.- LEY DE OHM
El científico George Simon Ohm, relacionó la intensidad de corriente, la diferencia de potencial y la resistencia, enunciando la ley de Ohm de la forma siguiente:
En un conductor, en el que tenemos aplicada una diferencia de potencial de 1 Voltio y su resistencia es de 1 Ohmio la intensidad de corriente que lo atraviesa será de 1 Amperio.
Esta ley se cumple siempre en todos los elementos sometidos a diferencia de potencial y por los que circula intensidad de corriente.
6.2.APLICACIONES DE LA LEY DE OHM
La ley de Ohm nos va permitir conocer la tensión, intensidad o resistencia en cualquier punto del circuito. Vamos a ver algunos ejemplos:
EJERCICIO RESUELTO
Se conecta una resistencia de 3 kΩ a una pila de 9 V. ¿Cuál será la intensidad que recorre el circuito?
El primer paso es expresar las magnitudes en unidades apropiadas. En nuestro caso, 3 kΩ = 3000 Ω.
A continuación, substituimos las magnitudes conocidas (en el ejemplo, la tensión y la resistencia) en la fórmula de la ley de Ohm, para calcular la magnitud desconocida (en este caso la intensidad).
Por último, expresaremos el resultado en la unidad adecuada (en este caso mA). Por tanto, por el circuito circularán 3 mA.
EJERCICIO RESUELTO
Para el circuito de la figura, calcular cuál debe ser el valor mínimo de la resistencia para que no se funda la bombilla, suponiendo que ésta soporte una tensión máxima de 3 V y que la intensidad que circula por la lámpara es de 0,2 A..
Como la lámpara soporta una tensión de 3V, y la fuente proporciona 9V, la resistencia que coloquemos deberá reducir la tensión en 6 V. Aplicando la Ley de Ohm.
Por tanto, deberemos conectar una resistencia de al menos 30 Ω
7. POTENCIA ELÉCTRICA Y ENERGÍA ELÉCTRICA
La energía eléctrica que se consume en los circuitos eléctricos se transforma en luz, movimiento, calor... para expresar la energía consumida por unidad de tiempo se recurre a la potencia eléctrica.
Se define la potencia (P) de un aparato eléctrico como la cantidad de trabajo que es capaz de realizar en un tiempo determinado. Su unidad en el S.I. es el vatio (W), que equivale a un julio (J) por segundo (s).
Un múltiplo muy utilizado es el Kilovatio (kW), que equivale a 1.000 vatios. Por ejemplo, un aparato de 50 W 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 potencia está relacionada con el voltaje de la fuente de alimentación o generador y con la intensidad de corriente mediante la expresión:
Potencia (P) = Tensión (V) · Intensidad (I) = V·I
Aplicando la ley de Ohm podemos obtener fórmulas equivalentes para conocer la potencia eléctrica
Su expresión matemática es: Energía (E) = Potencia (P) · tiempo (t) = P · t
EJERCICIO RESUELTO
La secadora de tu casa tiene una potencia de 1500 W, y el secado dura 2 horas. ¿Cuánta energía consumirá? ¿Cuánto me cuesta cada secado si el precio del kWh es de 15 céntimos?
Energía consumida: E =1,5 kW · 2 h =3 kWh
Precio: 3 kW · 0,15 /kWh = 0,45 € €
Tema 7- Electricidad
Indice
-Componentes de un circuito eléctrico
-Circuitos en serie y en paralelo
-La ley de Ohm
-Cálculos en circuitos
-Relación entre electricidad y magnetismo
-Efectos de la corriente eléctrica
-Energía eléctrica consumida
1.) Corriente eléctrica y circuitos eléctricos.
Todos los objetos que nos rodean están formados por cargas eléctricas positivas y negativas (electrones).
Llamamos corriente eléctrica al movimiento ordenado de los electrones a través de un conductor
Cuando los electrones realizan un recorrido cerrado decimos que tenemos un circuito eléctrico.
Magnitudes eléctricas
Si tenemos dos depósitos de agua situamos a diferencia altura, el agua puede circular por una tubería desde el mas alto hacia el mas bajo. En los polos de una pila pasa algo parecido: un polo tiene mas energía que el otro.
El voltaje es la energía por unidad de carga que lleva cada carga que circula por el circuito. Se mide en voltios(v).
Las pilas suelen ser de 1,5V ; 4,5 V o 9 V. En un circuito alimentado por una pila de 4,5 V las cargas eléctricas salen de la pila con mas energía que en un circuito alimentado por una pila de 1,5 V.
Intensidad: I
La intensidad es la cantidad de carga eléctrica que circula por el conductor en un segundo. Se miden en amperios (A).
El amperio es una unidad muy grande: Equivale al paso de mas de seis trillones de electrones por segundo por una sección del conductor.
Resistencia: R
La resistencia es la oposición que presenta un elemento del circuito al paso de la corriente. Se mide en ohmios
2.)Componentes de un circuito eléctrico.
Generadores
Los generadores producen la corriente eléctrica.
Existen varios tipos de generadores, pero pero los que mas se emplean en el taller de Tecnología son las pilas y las baterías ya que son baratas y fácil de usar. Tienen dos polos, uno positivo y otro negativo donde se conectan los demás componentes del circuito eléctrico.
Las pilas son una fuente de energía ligera y segura. Pero con el uso se agotan, son muy útiles para los aparatos de poca potencia, como las linternas, los juguetes o algunos circuitos usados en taller de Tecnología.
Cables
Los cables conectan entre si los elementos que forman el circuito eléctrico.
Los cables de cobre que suelen usarse en los circuitos eléctricos conducen muy bien la corriente.
Es decir los electrones pasan con facilidad
Receptores
Lamparas
Motores
Los motores convierten la energía eléctrica en movimiento
Los motores se utilizan en una multitud de aparatos: lavadoras, batidoras, taladradoras, ventiladores, etc.
Es decir en aparatos eléctricos que contienen piezas móviles.
Al abrir un motor podemos observar que en su interior hay:
Una bobina: Hilo conductor fino enrollado con muchas vueltas.
Unos imanes que atraen o repelen la bobina.
Al pasar electricidad por la bobina, un imán la hace girar. Este giro puede ser transmitido a un eje, a unos engranajes, etc.
Elementos de control
Interruptores
Los interruptores permiten controlar el paso de la corriente por un circuito. Al acondicionarlos, la corriente comienza a circular por el circuito o se interrumpe.
Pulsadores
Los pulsadores son elementos que, al pulsarlos, ponen en funcionamiento un circuito. Cuando se sueltan el circuito se abre y deja de circular la corriente.
Conmutadores
En ocasiones resultan ser muy útiles, ya que al mismo tiempo, por que pueden abrir un circuito mientras cierra otro.
Elementos de protección: Fusibles
Los fusibles protegen algún elemento de un circuito eléctrico.
3.)Circuitos en serie y en paralelo
Hay varios tipos de circuitos:
Circuito con elementos conectado en serie
Los elementos del circuito conectan uno tras otro
Circuito con elementos conectados en paralelo
Los elementos del circuito se conectan en diferentes ramas, cada receptor esta conectado a un polo de la pila.
Características del circuito con elementos conectados en serie.
Características del circuito con elementos conectados en paralelo.
Circula la misma intensidad de corriente por todos los elementos del circuito.
El voltaje proporcionado de la pila se reparte entre todos los receptores.
Si conectamos tres bombillas en serie a una pila de 4,5 V, cada pila tendrá 1,5 V , por lo tanto no dará tanta luz.
Si se funde una bombilla o la desconectamos todos los elementos dejaran de funcionar.
El voltaje entre los extremos de cada receptor es el mismo que produce la pila.
La intensidad que sale de la pila se reparte entre las distintas ramas del circuito.
Si se conectan tres bombillas en paralelo y cada una de las pilas están en contacto con los polos de las pilas ya que es de 4,5 V y todas lucen mucho.
Si se funde una bombilla o la desconectamos las demás siguen funcionando.
¿Es ventajosa la conexión en paralelo?
La ley de Ohm
Cuando el voltaje se duplica, la intensidad también se duplica.
Cuando el voltaje se triplica, la intensidad también se triplica.
Una corriente electrica se comporta como un iman ya que es capaz de atraer o repeler a otros imanes.
Generacion de corriente electricidad
¿Cómo funciona un motor?
Basicamente el funcionamiento de un motor es pasar la electricidad por la bobina y ella se comporta como un iman y ella es atraída por el iman fijo que lo hace girar.
Efectos de la corriente electrica
La energía eléctrica se transforma en energía calorífica.
Los electrones cocha con los átomos del metal del que están elaborados los conductores y por eso se calientan.
La energía eléctrica se transforma en energía luminosa.
Si el cable es muy delgado como el caso de una lampara de incandescencia , se calienta tanto que emite luz , a su vez otra parte también emite calor , en una lampara de incandescencia el 80% de la energía se emite en calor.
La energía eléctrica se transforma en energía mecánica.
Si se conecta un motor a una fuente de energía y se puede usar para muchas aplicaciones.
La energía eléctrica se transforma en energía química.
Esta transformación se realiza mediante un proceso llamado electrolisis.
La energía eléctrica se transforma en energía magnética.
Si enrollamos un cable al rededor de un clavo obtenemos un iman que funciona gracias a la electricidad de ahí viene el nombre de electroiman.
8.) Energía eléctrica consumida
Potencia eléctrica
mismo ritmo.
Llamamos potencia eléctrica (P) a la cantidad de energía eléctrica que un aparato transforma en otros tipo de energía por unidad de tiempo. La potencia se mide en vatios (W).
por ejemplo, una plancha con 2000W transforma en calor 2000J de energía en cada segundo. La potencia del aparato se especifica en su manual o en su chapa técnica identificativa. Los aparatos de mayor potencia son los que están usados producir calor .
Energía eléctrica
El consumo de energía eléctrica (E) de un aparato viene determinado por :
La potencia eléctrica del aparato.
El tiempo que esta funcionando.
Eso se puede expresar con la siguiente formula:
Energía=Potencia· Tiempo (E=P·T)
