TEMA 1: LA ELECTRICIDAD

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1 TEMA 1: LA ELECTRICIDAD 1.- Producción y consumo de la electricidad Existen muchas formas de producir electricidad. Las podemos separar en energías no renovables y energías renovables. Las energías no renovables son aquellas que tienen un carácter limitado en el tiempo y cuyo consumo implica su desaparición de la naturaleza sin posibilidad de renovación. Suponen en torno al 80% de la energía mundial y sobre las mismas se ha construido el inseguro modelo energético actual. Generan emisiones y residuos que degradan el medio ambiente, son limitadas, la materia prima está en determinadas zonas del planeta y provoca conflictos por hacerse con ella. ENERGÍA NO RENOVABLE COMBUSTIBLES FÓSILES ENERGÍA NUCLEAR CARBÓN PETRÓLEO GAS NATURAL VENTAJAS o Poco gasto en investigación o Fácil de utilizar o Barato de producir o o o o o INCONVENIENTES Son limitadas Generan emisiones y residuos que degradan el medio ambiente Genera pocos puestos de trabajo comparado con el volumen de negocio Dependencia del exterior por la materia prima Conflictos militares por el control de la materia prima Las energías no renovables producen lluvia ácida, efecto invernadero, vertidos contaminantes, residuos radiactivos, accidentes y escapes Pág. 1

2 Las energías renovables son aquellas que las encontramos en la naturaleza y no se agotan (eólica, solar, ) También se consideran energías renovables aquellas que presentan una emisión global de CO 2 nula (biodiesel, biomasa, ) ENERGÍA RENOVABLE SOLAR EÓLICA MINI HIDRÁULICA 10MW BIOMASA GEOTÉRMICA VENTAJAS o Son limpias o No producen CO 2 ni otros gases contaminantes o Son ilimitadas o Son autónomas, no dependen del exterior o Crean nuevos puestos de trabajo o Son la alternativa a las energías no renovables INCOVENIENTES o Producen impactos visuales elevados o Son variables y no previsibles en su totalidad o Potencia de producción baja o Falta de desarrollo tecnológico o Dificultades de almacenaje La principal fuente de energía que se produce en aquí es fundamentalmente en centrales hidroeléctricas. En la siguiente imagen se puede ver las partes principales de una central hidroeléctrica. Pág. 2

3 Este es el proceso que sigue la electricidad desde su producción en las centrales hidroeléctricas hasta llegar a nuestras casas. GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE LA ELECTRICIDAD Pág. 3

4 2. Efectos de la electricidad Según la ley de conservación de la energía que enuncia: la energía ni se crea ni se destruye, se transforma, la electricidad se puede transformar y aprovechar de diferentes maneras: Energía térmica Energía luminosa Energía química Energía magnética 3. Carga eléctrica La parte más pequeña de la materia es el átomo. El átomo está compuesto por el núcleo donde se encuentran los neutrones (sin carga) y protones (carga positiva) y orbitando alrededor del núcleo se encuentran los electrones (carga negativa) La carga eléctrica de un cuerpo es el exceso o defecto de electrones que tiene: Carga positiva: tiene defecto de electrones Carga negativa: tiene exceso de electrones La unidad de carga eléctrica es el culombio. Un culombio equivale aproximadamente a 6, electrones. Pág. 4

5 Ejercicio 1 Determinar la carga eléctrica que tiene una barra de ebonita si un vez frotada posee un exceso de 25, electrones ,2 10 Q = = 4culombios 18 6, Circuito eléctrico Se denomina circuito eléctrico a una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos, tales como resistencias, inductancias, condensadores, etc., conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas. Para formar un circuito eléctrico básico necesitamos:! # #! " $ % &* % & '! ( ( ))) Pero a un circuito eléctrico aunque no es necesario, es recomendable añadirle dos elementos más: Cuando se vaya a dibujar un circuito eléctrico, no se dibujan los diferentes elementos como son en realidad, sino que se usa un esquema eléctrico, y en él se representan sus elementos (pila, conductores, lámpara, ) mediante símbolos normalizados. En la siguiente tabla se pueden ver algunos de los símbolos que se van a utilizar, en realidad existen muchos más. Pág. 5

6 MECANISMO LETRA Desig. SÍMBOLO SIGNIFICADO REPRESENTACIÓN CABLES Cableado en esquemas. UNIÓN. PUNTO DE CONEXIÓN El punto indicará punto de empalme o conexión. CORRIENTE ALTERNA Representación de la corriente alterna, con indicación de tensión y frecuencia de red. CORRIENTE CONTINUA Representación de la corriente continua. TIERRA Representación de la toma de tierra. Elemento de pila. Elemento acumulador. Batería de pilas o acumuladores. El trazo largo el positivo, el corto el negativo. S Interruptor. S Conmutador. E Lámpara símbolo general. F Fusible. P Voltímetro. Pág. 6

7 P Amperímetro. P Watímetro. 6. Movimiento y sentido de la corriente eléctrica El movimiento de los electrones por un conductor, se puede asemejar a la circulación de agua por una tubería. La intensidad es igual en todo el conductor. Los electrones se mueven porque se van empujándose unos a otros, se produce un efecto de traslación. Este efecto de traslación se produce a km/s, sin embargo, los electrones se mueven a unos milímetros por segundo. El sentido de la corriente eléctrica, lo determina el movimiento de electrones. Los antiguos científicos creían que la corriente fluía del polo positivo al negativo, a este sentido de circulación se le llama convencional. Después se descubrió que el sentido era el contrario, del negativo al positivo. Hoy en día, aunque se sepa que está mal, se sigue utilizando el sentido convencional de la corriente. 6. Tipos de corriente Existen dos tipos de corriente, la corriente continua y la corriente alterna. 6.1 Corriente continua Es la corriente que suministran las pilas, acumuladores, baterías, Pág. 7

8 Su principal características es que los electrones libres siempre se mueven en el mismo sentido y con una intensidad constante. Se puede representar los por siguientes símbolos y letras: C.C. D.C. 6.2 Corriente alterna Es la que producen los alternadores en las centrales eléctricas. Es la más común para transportar la energía eléctrica y es la que se consume en los hogares y en la industria en general. Se caracteriza porque el flujo de electrones se mueve por el conductor en un sentido y en otro, y además, el valor de la corriente eléctrica es variable. Se podría decir que el generador produce periódicamente cambios en la polaridad de sus terminales de salida. Pág. 8

9 A.C. C.A. 7. Magnitudes eléctricas Una magnitud es todo aquello que se puede medir, por ejemplo la temperatura, el tiempo, la longitud, la masa, etc. A cada magnitud corresponde una unidad...por ejemplo la unidad de la magnitud longitud es el metro, la del tiempo el segundo, etc. Pues para estudiar la electricidad tenemos tres magnitudes fundamentales y que vamos a ir estudiando en este tema y en los sucesivos, éstas son: Resistencia Tensión Intensidad 7.1 Intensidad Es la cantidad de corriente eléctrica que recorre un circuito en la unidad de tiempo. I = Q t I = intensidad (A, amperios) Q = carga eléctrica (culombios) t= tiempo (s, segundos) Pág. 9

10 Para medir la intensidad de corriente se utiliza un aparato de medida llamado amperímetro. Si se quiere medir el caudal de agua que pasa por una tubería, se intercala en la misma un contador. De esta misma manera, para saber cuantas cargas se mueven por un conductor por la unidad de tiempo se intercala en éste un amperímetro. En este cado el amperímetro se dice que se conecta en serie. NOTA: Nunca conectar el amperímetro en paralelo para medir la intensidad Ejercicio 2 Determinar la intensidad de corriente que se ha establecido por un conductor eléctrico si por él ha fluido una carga de 4 culombios en un tiempo de 2 segundos Q 4culombios I = = = 2A t 2s 7.2 Tensión eléctrica y fuerza electromotriz Siguiendo con el símil del agua vamos a explicar lo que es la tensión. Pág. 10

11 El depósito B, al estar más alto que el A, adquiere una energía potencial, pudiendo luego el agua descender hacia A y mover así el motor. El encargado de volver a subir el agua del depósito A al B es la bomba. Para que las cargas se puedan mover del polo negativo al positivo necesitan una energía potencial, como el agua al caer del depósito B al A. Esta energía la genera la fuente de alimentación (pila, batería, generador, ) y se llama fuerza electromotriz (f.m.e.) y se mide en voltios. Para poder medir la tensión eléctrica se precisa un aparato de medida que sea capaz de leer la diferencia de potencial entre los dos puntos que se desea conocer el valor de la tensión. Este aparato se llama voltímetro. NOTA: El voltímetro se conecta en paralelo para medir la tensión. Pág. 11

12 EJERCICIOS 1.- La electricidad existe gracias a que: a) El electrón posee carga y movilidad b) El protón posee carga y movilidad c) Los electrones poseen carga positiva 2.- El generador en un circuito eléctrico: a) Produce en consumo de energía eléctrica b) Es un elemento de control del circuito c) Produce una diferencia de cargas entre sus polos e impulsa a moverse a los electrones 3.- Cuál es el símbolo y la unidad de la tensión e intensidad de la corriente, respectivamente? a) V (vatio), A (voltio) b) V (voltio), A (amperio) c) V (vatio), A (miliamperio) 4.- Si por un conductor eléctrico circulan 4A durante 10 segundos calcular la carga. 5.- Una carga de 10 culombios, cuántos electrones son? 6.- Calcula la intensidad de corriente que ha fluido por un conductor si, en 2 minutos y 20 segundos, se han traslado 18,9 x electrones. 7.- Qué cantidad de electricidad suministra un elemento que entrega una corriente de 0,5A durante 10 horas? Expresar el resultado en Ah y culombios. 8.- Que cantidad de electricidad ha transportado durante 2 horas una corriente de 500mA? 9.- Qué tiempo será necesario que transcurra, para que una corriente de 30A transporte una cantidad de electricidad de culombios? Expresar el resultado en minutos y en horas Cuánto tiempo estará descargándose un elemento que suministra una corriente de 1,3A, siendo su cantidad de electricidad de 130Ah? 11.- Qué corriente tiene que circular por un conductor durante hora y media para transportar 15Ah? Pág. 12

13 12.- Qué corriente suministrará un elemento para transportar 3600 culombios en 5 horas? 13.- Realiza los siguientes cambios de unidades de intensidad eléctrica. 4A = 0,0045A = 3700mA = 3 10,5 10 µ A = 4 3,45 10 A = ma µ A A A µ A Pág. 13

14 ANEXO 1 Durante todo el curso vamos a ver muchas magnitudes diferentes. Así como la unidad fundamental de longitud es el metro (m), también se puede expresar de diferentes formas, dependiendo de si lo que se quiere medir es muy grande o muy pequeño y tenemos el kilómetro (Km) o el milímetro (mm). Pues en electricidad pasa lo mismo, para cada magnitud tendremos su unidad fundamental pero a veces tendremos que utilizar múltiplos o submúltiplos de esa unidad. A continuación tenemos una tabla que tendremos que tener en cuenta todo el año. FACTOR NOMBRE DEL PREFIJO SÍMBOLO DEL PREFIJO = 10 6 Mega M = 10 3 Kilo K 1 Unidad fundamental 0,001 = 10-3 mili m 0, = 10-6 micro µ 0, = 10-9 nano n 0, = pico p Pág. 14

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