UNIDAD 5: ELECTRICIDAD

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1 UNIDAD 5: ELECTICIDAD. LA CAGA ELÉCTICA La carga eléctrica es una propiedad que poseen todos los cuerpos. Es responsable de los fenómenos eléctricos que son causados por fuerzas eléctricas de atracción y repulsión. Toda la materia está compuesta de átomos y estos, a su vez, se componen de otras partículas más pequeñas: protones, neutrones y electrones. Los protones y neutrones se encuentran en el centro del átomo, llamado núcleo, y los electrones se mueven a su alrededor. Electrones: Tienen carga negativa y son responsables de las fuerzas eléctricas e interacciones. Protones: Tienen carga positiva. Neutrones: No tienen carga. Los electrones son atraídos por los protones y repelidos por otros electrones. Estas fuerzas de atracción y repulsión son mucho más fuertes que las fuerzas gravitatorias y se denominan fuerzas electrostáticas. En general, la materia es neutra (no tiene carga eléctrica). Esto significa que el número de cargas negativas (electrones) es el mismo que el número de cargas positivas (protones). Sin embargo, en ciertas circunstancias se produce un movimiento de electrones desde un material a otro. Si el núcleo gana o pierde electrones, se produce un desequilibrio. Un átomo que pierde uno o más electrones pasa a tener carga positiva, mientras que un átomo que gana uno o más electrones pasa a tener carga negativa. Los átomos que tienen un exceso de cargas de uno u otro signo decimos que están cargados eléctricamente. Átomos con diferente carga se atraen. Átomos con la misma carga se repelen. 2. LA COIENTE ELÉCTICA Cuando las cargas están en reposo (no se mueven) se habla de electricidad estática. Sin embargo, al igual que el agua puede fluir a través de un tubo, los electrones pueden moverse a través de ciertos materiales y crear electricidad. La corriente eléctrica es un movimiento continuo de electrones. Conductores y aislantes La conductividad eléctrica depende de la estructura atómica de cada material. Así tenemos: Conductores: El electrón más externo en el átomo está libre, por lo que le resulta muy fácil separarse y moverse en el espacio entre otros átomos. Los conductores permiten que la corriente eléctrica pase a través de ellos. Son muy buenos conductores los metales (plata, cobre, aluminio, etc.) Aislantes: El electrón más exterior en el átomo está estrechamente unido al núcleo por una fuerza electrostática. No permiten que la corriente pase a través de ellos. Madera, vidrio, cerámica, plásticos son buenos aislantes. Semiconductores: Existen otros materiales que a veces trabajan como conductores y otras veces como aislantes; son los semiconductores (especialmente silicio y germanio) utilizados para la fabricación de componentes electrónicos como diodos o transistores. IES Cristo del Socorro Pág. de 9 Pág.

2 Cómo se produce la corriente eléctrica? Para producir una corriente eléctrica debe haber un desequilibrio entre dos puntos de un conductor. El movimiento de los electrones se detiene cuando la carga está equilibrada. Este es un fenómeno similar a cuando se utiliza un tubo para conectar dos depósitos con diferentes niveles de líquido en ellos (el líquido se desplaza de uno a otro hasta que los niveles son los mismos en ambos recipientes). Símil entre ambos circuitos Bomba hidráulica Generador Turbina Motor Válvula Interruptor Tubería Conductor eléctrico Diferencia de niveles Diferencia de potencial (voltaje) Circulación de agua Circulación de corriente 3. TIPOS DE COIENTE Distinguimos principalmente dos tipos de corriente: Corriente Continua (CC) y Corriente Alterna (CA). Corriente Continua (CC): La corriente que circula por el circuito es siempre constante (mismo número de electrones) y no varia de dirección de circulación, siempre va en la misma dirección, es por eso que siempre el polo positivo y el negativo son los mismos. Este tipo de corriente es la producida por las baterías, las pilas y las dinamos y es típica de los circuitos electrónicos. Corriente Alterna (CA): la intensidad (numero de electrones) varía con el tiempo y además cambia de sentido de circulación constantemente en función de su frecuencia. La frecuencia es una magnitud que mide el número de ciclos por segundo. En España y en otros países de Europa la frecuencia es de 50 Hz, lo que significa que se repite el ciclo 50 veces por segundo. Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en las viviendas es de este tipo. IES Cristo del Socorro Pág. 2 de 9 Pág.

3 4. EFECTOS DE LA COIENTE ELÉCTICA La energía eléctrica tiene diferentes efectos sobre los componentes por los que fluye, pudiendo transformase en otros tipos de energía, como calor, luz, movimiento.., Efecto Calorífico: El continuo choque entre electrones de la corriente y entre los electrones con los átomos del conductor hace que el conductor se caliente. Esto se llama efecto Joule. Cuanto más delgado y largo sea el conductor, más resistencia al flujo de la corriente de modo que se produce más calor. Los componentes utilizados para producir calor se llaman resistencias (hilo conductor enrollado en una espiral). Esta propiedad se aprovecha en estufas, planchas, vitrocerámicas, etc. Efecto Luminoso: Hay dos formas de producir luz mediante electricidad: a) La temperatura de un objeto aumenta con la corriente eléctrica. Cuando este aumento es considerable, la luz comienza a aparecer. Al principio es de color rojo y luego se hace más blanca a temperaturas más altas. Las bombillas incandescentes y las halógenas son las bases de este fenómeno. b) Algunos gases emiten luz cuando llevan una corriente eléctrica. Tubos fluorescentes y bombillas de bajo consumo se basan en este fenómeno. Duran más y son más eficientes que las bombillas incandescentes. Efecto Sonoro: La corriente eléctrica se transforma en sonido en los altavoces o en una sirena, un timbre o un zumbador. Efecto Químico: La corriente eléctrica puede producir reacciones químicas que pueden inducir cambios químicos en las sustancias. Esto se aprovecha en una pila, que produce electricidad a partir de cambios químicos. En la industria se emplea la electrolisis para proteger una superficie metálica de la corrosión, para mejorar propiedades eléctricas, ópticas u otras, para obtener metales a partir de sus minerales... Efecto Magnético: Una corriente eléctrica crea a su alrededor una zona con propiedades magnéticas. Se puede ver que la aguja de una brújula se desvía al paso de una corriente eléctrica. Esta propiedad se aprovecha para hacer electroimanes, transformadores de tensión y de corriente Efecto mecánico: El efecto magnético creado por una corriente eléctrica puede ser aprovechado para producir movimiento giratorio. Esta propiedad es aprovechada por los motores eléctricos. Hay motores eléctricos en todo tipo de electrodomésticos como por ejemplo: secadores, ventiladores, batidoras, lavadoras, etc. Los generadores eléctricos (alternadores o dinamos) realizan el proceso contrario transforman la energía mecánica en eléctrica. IES Cristo del Socorro Pág. 3 de 9 Pág.

4 5. MAGNITUDES ELÉCTICAS MAGNITUD SÍMBOLO DESCIPCIÓN UNIDAD SÍMBOLO Carga Q Cantidad de electricidad almacenada en un cuerpo. Culombio C Voltaje o Tensión V Es la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito (d.d.p.). La carga siempre se mueve desde el punto donde la energía es más alta a donde es más baja. Si no hay tensión no hay corriente. Voltio V Intensidad de corriente I Es el número de electrones que pasan por un punto en un segundo. Amperio A esistencia Es la oposición de los componentes de un circuito al flujo de la corriente eléctrica. Ohmio Ω Energía E Es la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos. Cuando estos dos puntos se los pone en contacto mediante un conductor eléctrico obtenemos una corriente eléctrica. Puede transformarse en luz, calor o energía mecánica. Julio Vatio x segundo J W s E = P t = V I t Potencia P Es la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. ( julio por segundo = W). Vatio W P = V I Es el número de ciclos por segundo. Frecuencia f En Europa, también en España, la frecuencia es de 50 Hz, por el contrario, en muchos países de América y de Asia es de 60 Hz. Hercio Hz Periodo T Es el tiempo que tarda la señal para completar un ciclo. Segundo s 6. LEY DE OHM La Ley de Ohm relaciona las tres magnitudes básicas: la tensión, la corriente y la resistencia eléctrica. Esta relación indica que: La intensidad de corriente entre dos puntos de un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre esos dos puntos e inversamente proporcional a su resistencia. La Ley de Ohm se puede formular utilizando la siguiente expresión matemática: V I = IES Cristo del Socorro Pág. 4 de 9 Pág.

5 7. SÍMBOLOS ELÉCTICOS Component Symbol Use Batería Genera corriente. Bombilla o lámpara Produce luz. Motor Genera movimiento. esistencia Interruptor Conmutador Conmutador de cruce (cruzamiento) Pulsador Genera calor y disminuye la intensidad. Permite o interrumpe la circulación de corriente. Cambia la dirección de corriente entre dos circuitos. Cambia la dirección de corriente entre dos circuitos. Permite o interrumpe la circulación de corriente mientras se pulsa. Timbre / zumbador Producen sonido. Fusible Protege el circuito. Cruce de líneas Cruce de cables que no tienen conexión eléctrica. Punto de conexión Conexión eléctrica de cables. Amperímetro Mide Intensidad de corriente. Voltímetro Mide Voltaje o Tensión eléctrica. Óhmetro Mide esistencia eléctrica. Vatímetro Mide Potencia eléctrica. IES Cristo del Socorro Pág. 5 de 9 Pág.

6 8. COMPONENTES DE LOS CICUITOS ELÉCTICOS Un circuito eléctrico es el camino por el que circulan los electrones. Puede contar con los siguientes elementos: generadores, receptores, cables conductores, elementos de control (para abrir y cerrar el circuito) y protecciones Generadores Los generadores son dispositivos que proporcionan la energía necesaria para mover los electrones. Son capaces de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica o química en energía eléctrica. - Pilas o baterías Generan corriente eléctrica mediante procesos químicos. - Alternadores y dinamos Transforman energía mecánica (movimiento) en eléctrica. - Células solares fotovoltaicas - Células de hidrógeno eceptores Son los componentes que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía. - Bombillas Producen luz - Motores Producen movimiento - esistencias eléctricas Producen calor - Timbres Zumbadores Producen sonido Cables conductores La resistividad es la resistencia eléctrica específica de un determinado material. Se designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohm-metro (Ω m) o en (Ω mm 2 /m). Plata...0,059 Ω mm 2 /m Oro... 0,022 Ω mm 2 /m Cobre...0,072 Ω mm 2 /m Hierro... 0,097 Ω mm 2 /m Aluminio...0,028 Ω mm 2 /m El más utilizado de todos los metales es el cobre (Cu) por ser relativamente barato y buen conductor de la electricidad. Se emplea, sobretodo, en cables de instalaciones de interior y en instalaciones susterráneas. El aluminio (Al), al ser tres veces más ligero, se emplea más en líneas aéreas, especialmente en las redes de alta tensión. La plata es mejor conductor que los anteriores aunque se utiliza muy poco por su alto precio. El oro es levemente peor conductor que el cobre, sin embargo, se utiliza en bornes de baterías y conectores eléctricos debido a su durabilidad y resistencia a la corrosión. Los recubrimientos proporcionan a un cable eléctrico protecciones eléctricas o mecánicas. Los aislamientos se clasifican en dos grandes grupos: termoplásticos (PVC - Policloruro de vinilo, Z - Poliolefinas, PE Polietileno) y termoestables (EP - Etileno Propileno, XLPE - Polietileno eticulado). IES Cristo del Socorro Pág. 6 de 9 Pág.

7 4.4.- Elementos de Control Se emplean para abrir o cerrar un circuito eléctrico o para cambiar la dirección de la corriente. - Interruptores: Permiten (cierran) o no permiten (abren) el paso de corriente. Son biestables (tienen dos posiciones estables de funcionamiento). Permanecen en una u otra posición aunque dejemos de pulsar. Tienen dos bornes de conexión. Interruptor de Palanca Interruptor Basculante Interruptor Deslizante - Pulsadores: Activan sus contactos mientras se mantienes pulsados y vuelven a su posición de reposo cuando se dejan de presionar. Tienen dos bornes de conexión. Interruptor Giratorio - Conmutadores: permiten dirigir la corriente por una rama del circuito o por otra. Tienen tres bornes de conexión. - Selectores o conmutadores rotativos: Según la posición seleccionada los contactos derivan en un circuito u otro. Tienen varias salidas Elementos de Protección Cortan la corriente cuando es demasiado elevada (por encima de los valores que soporta el circuito) o cuando hay un riesgo para las personas, de forma que evitan que los componentes del circuito resulten dañados y/o se produzcan descargas eléctricas contra las personas. - Fusibles: Protegen contra cortocircuitos y sobrecargas. Se colocan en un punto del circuito eléctrico para interrumpir la corriente cuando esta es excesiva. Tienen un filamento en su interior con un punto de fusión muy bajo para que se funda cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor. Los fusibles deben ser reemplazados una vez que actúan (se funden). - Interruptores Magnetotérmicos o Disyuntores: Son dispositivos de protección de accionamiento automático diseñados para proteger un circuito eléctrico de los daños causados por un cortocircuito o una sobrecarga. A diferencia de los fusibles, se puede rearmar (manual o automáticamente) para reanudar el funcionamiento normal. - Interruptores diferenciales: Son dispositivos eléctrico que protegen a las personas contra corrientes de fuga, pues desconectan el circuito cada vez que detectan que la corriente eléctrica no está equilibrada. Incluso una pequeña corriente de fuga puede significar un riesgo de daño grave o muerte por descarga eléctrica si la corriente eléctrica pasa a través de una persona. Los diferenciales utilizados en viviendas y locales comerciales desconectan el circuito cuando la corriente de fuga es superior a 30 ma (0.030 amperios). No desconectan por sobrecarga ni cortocircuito. IES Cristo del Socorro Pág. 7 de 9 Pág.

8 *Cortocircuito: es la unión de dos o más conductores activos (polo positivo y negativo en corriente continua y fases o fase y neutro en corriente alterna) de un circuito sin que medie resistencia eléctrica alguna entre ellos o esta sea extremadamente baja. El resultado se traduce en una elevación brusca de la intensidad de la corriente y un incremento excesivo de calor en el cable pudiendo quemar y destruir la instalación. *Sobrecarga: se produce cuando fluye demasiada corriente por un circuito como consecuencia de un consumo excesivo (demasiadas cargas conectadas al mismo circuito) o por algún fallo en la instalación. La intensidad es superior a la nominal, pero no tan elevada como en el caso del cortocircuito. Cuando un circuito esta sobrecargado, los conductores se calientan y si continúa la misma situación, el material aislante se derretirá y se quemará. 9. TIPOS DE CONEXIONES ELÉCTICAS Las cargas que forman parte de un circuito eléctrico se pueden conectar de varias formas: Conexión en Serie. Cuando un circuito tiene las cargas situadas una tras otra (el final de una con el principio de la siguiente) de modo que por todas las cargas (resistencias) circula la misma corriente eléctrica, mientras que el voltaje se reparte de forma directamente proporcional a su valor óhmico. La suma de los voltajes de las resistencias ha de ser igual al voltaje que suministra la pila. La esistencia equivalente de un circuito serie se halla de la siguiente forma: 3 I = I = I 2 = I 3 La esistencia Equivalente siempre será mayor que la mayor de las resistencias. Conexión en Paralelo. Cuando las cargas están conectadas de manera que están unidas por sus extremos dos a dos ( los principios con los principios y los finales con los finales ). En este caso hay varias rutas por las que se divide la corriente de forma inversamente proporcional a su valor óhmico, mientras que todos los componentes tienen el mismo voltaje que el suministrado por la pila o batería. La suma de las intensidades de todas las ramas es igual a la intensidad que sale de la pila o batería. = = i La esistencia equivalente de un circuito paralelo se halla de la siguiente forma: = = i V = V = V 2 = V 3 La esistencia Equivalente siempre será menor que la menor de las resistencias. Conexión Mixta. Cuando las cargas están conectadas tanto en serie como en paralelo. Los electrones circulan a través del circuito desde el borne negativo de la pila hacia el positivo, pero por convenio se establece que la Intensidad de corriente circula en sentido contrario al desplazamiento de los electrones, es decir, la Intensidad de corriente (I) sale del positivo de la pila. IES Cristo del Socorro Pág. 8 de 9 Pág.

9 0. MEDIDA DE MAGNITUDES ELÉCTICAS: EL POLÍMETO El polímetro o multímetro es un aparato de medidas eléctricas. Con el se pueden medir magnitudes directamente como la tensión, la intensidad y la resistencia eléctrica. ecuerda que la Intensidad se mide en Amperios (A), la Tensión en Voltios (V) y la esistencia en Ohmios (Ω). Todas ellas tienen múltiplos y submúltiplos. Por ejemplo miliamperios (ma). Con la rueda selectora seleccionamos el campo de medida: Amperios, Voltios, Ohmios, etc., en corriente continua ( ) o en alterna (~). Si se desconoce de que orden es el valor de la magnitud a medir, se debe seleccionar la rueda de tal manera que el polímetro realice la lectura máxima. Si la escala elegida es muy grande, se va bajando de escala hasta que sea la apropiada. Se colocan las pinzas, con su cable, en las hembrillas de conexión. La pinza negra siempre en el agujero que pone COM (común) y la pinza roja en el agujero rojo (V-Ω-mA) excepto si queremos medir intensidades más elevadas, en Amperios, que se inserta en el otro de la izquierda o de arriba (según modelo) donde pone 20Amáx (20 amperios máximo) 0 0Amáx. Medida de Tensión La tensión entre dos puntos de un circuito siempre se debe medir en paralelo. - Colocar la pinza negra en COM y la pinza roja en V. 2- Girar la rueda selectora al rango de los Voltios (V). 3- Colocar las puntas en paralelo. Medida de Intensidad La intensidad que atraviesa un receptor siempre se debe medir en serie. - Colocar la pinza negra en COM y la pinza roja en A o ma. 2- Girar la rueda selectora al rango de los Amperios (A). 3- Colocar las puntas en serie con la rama del circuito de la que queremos conocer el valor de la intensidad. Medida de esistencias OJO, la resistencia se debe medir con el circuito desconectado, sin tensión. - Colocar la pinza negra en COM y la pinza roja en Ω. 2- Girar la rueda selectora al rango de los Ohmios (Ω). 3- Colocar las puntas en paralelo con la resistencia. IES Cristo del Socorro Pág. 9 de 9 Pág.