ELECTRICIDAD. Tecnología 3º E. S. O. 1

Transcripción

1 ELECTRICIDAD Tecnología 3º E. S. O. 1

2 EL ÁTOMO El átomo es la unidad más pequeña de la que esta constituida la materia. Está formado por un núcleo y una corteza. El núcleo lo componen dos tipos de partículas, los protones y los neutrones. La corteza esta compuesta por un único tipo de partícula, los electrones. Tecnología 3º E. S. O. 2

3 EL ÁTOMO Los Protones son partículas de carga positiva, se designa p +. Los Neutrones son partículas sin carga, se designa n 0. Los Electrones son partículas de carga negativa, se designa e -. Las partículas de igual carga se repelen mientras que las cargas de distinto signo se atraen. Tecnología 3º E. S. O. 3

4 LA CARGA ELÉCTRICA Los protones y los electrones tienen una propiedad conocida como carga eléctrica. Esta propiedad es la responsable de que ocurran los fenómenos eléctricos. La unidad para medir la cantidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional es el Coulomb (C) y equivale a la carga de 6 242x10 18 electrones. (6 242 trillones de electrones). Tecnología 3º E. S. O. 4

5 LA CARGA ELÉCTRICA La carga eléctrica de un electrón es igual a la carga eléctrica de un protón, pero de distinto signo. Los electrones tienen carga negativa y los protones carga positiva. Algunos cuerpos al frotarlos adquieren un exceso de carga eléctrica positiva o negativa y pueden actuar sobre otros cuerpos que también están cargados eléctricamente (barrita de vidrio o plástico atrae trocitos de papel). Tecnología 3º E. S. O. 5

6 CORRIENTE ELÉCTRICA La corriente eléctrica es el movimiento de cargas eléctricas negativas o electrones desplazándose de un sitio a otro a través de un conductor. Para que este movimiento se produzca es necesario que entre los extremos del conductor exista una diferencia de potencial eléctrico. Si conectamos dos elementos entre sí y uno de ellos tiene mayor carga eléctrica negativa que el otro, decimos que tiene mayor tensión o potencial eléctrico. Una vez conectados, los electrones en exceso de uno serán atraídos a través del hilo conductor hacia el elemento de menor potencial, hasta que las cargas eléctricas de los dos cuerpos se equilibren. Tecnología 3º E. S. O. 6

7 CORRIENTE ELÉCTRICA Los electrones siempre se desplazan del polo negativo al polo positivo. Esto es debido a que los electrones al tener carga negativa son repelidos por el polo negativo y simultáneamente atraídos por el polo positivo. Tecnología 3º E. S. O. 7

8 CORRIENTE ELÉCTRICA Existen dos clases de corriente: Corriente Continúa. Es aquella corriente en que los electrones que se desplazan en el interior del conductor lo hacen en el mismo sentido a lo largo del tiempo. Por que los polos positivo y negativo no cambian en ningún momento. Se representa con este símbolo Tecnología 3º E. S. O. 8

9 CORRIENTE ELÉCTRICA Corriente Alterna. Es aquella corriente en que los electrones que se desplazan en el interior del conductor cambian varias veces de sentido, por que los polos positivo y negativo alternar su lugar varias veces a lo largo del tiempo. Se representa con el siguiente símbolo Tecnología 3º E. S. O. 9

10 EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA La corriente eléctrica causa diversos efectos sobre los elementos que atraviesa y se transforma en otros tipos de energía, como calor, luz y movimiento que el ser humano puede aprovechar. Tecnología 3º E. S. O. 10

11 EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA CALOR. Cuando los electrones chocan contra los átomos de los materiales por los que circulan, parte de la energía que transportan se convierte en calor. Es el llamado efecto Joule. La resistencia es mayor cuando el conductor es más estrecho y también cuando es más largo. Los elementos que transforman la energía eléctrica en calor se llaman resistencias eléctricas. A continuación veremos aparatos que emplean resistencias eléctricas. Tecnología 3º E. S. O. 11

12 EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA Tecnología 3º E. S. O. 12

13 EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA LUZ. Los conductores al se atravesados por una corriente eléctrica, incrementan su temperatura. Cuando este aumento es notable, empiezan a emitir luz, que al principio es roja y tiende al blanco cuanto más alta es la temperatura. Este fenómeno se denomina incandescencia, y en el se basa el funcionamiento de la bombilla. Tecnología 3º E. S. O. 13

14 EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA MOVIMIENTO. La conversión de energía eléctrica en movimiento se realiza a través de los motores. Su funcionamiento se basa en las fuerzas de tracción y de repulsión entre un imán y un hilo conductor colocado en su interior en forma de aro llamado espira, el hilo conductor puede estar en forma de una espira o de varias, por el se hace circular una corriente eléctrica. Tecnología 3º E. S. O. 14

15 CIRCUITO ELÉCTRICO Un circuito eléctrico es un conjunto de operadores tecnológicos o elementos que unidos entre sí permiten que por ellos circule la corriente eléctrica, es decir, haya un flujo de electrones, con el objetivo de transformar la corriente eléctrica en otro tipo de energía. Tecnología 3º E. S. O. 15

16 CIRCUITO ELÉCTRICO En todo circuito eléctrico habrá elementos que son los siguientes: los siguientes tipos de 1. Generador o batería. 2. Conductores. 3. Aparato de maniobra y control. 4. Receptor o receptores. Tecnología 3º E. S. O. 16

17 CIRCUITO ELÉCTRICO Aparato de maniobra y Control Receptor Generador o Batería Conductores Tecnología 3º E. S. O. 17

18 GENERADOR Dispositivo que transforma un tipo de energía en energía eléctrica. Existen tres clases: mecánicos, químicos y fotoeléctricos. Generadores Mecánicos. Transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Se dividen en dos tipos: Tecnología 3º E. S. O. 18

19 GENERADOR Generadores Mecánicos. Transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Se dividen en dos tipos: Tecnología 3º E. S. O. 19

20 GENERADOR Alternadores. Son dispositivos mecánicos que transforman la energía mecánica en corriente eléctrica alterna. Tecnología 3º E. S. O. 20

21 GENERADOR Dinamos. Son dispositivos mecánicos que transforman la energía mecánica en corriente eléctrica continua. Tecnología 3º E. S. O. 21

22 GENERADOR Generadores Químicos. Son dispositivos que producen energía o corriente eléctrica por efecto de una reacción química de los compuestos que están almacenados en su interior. Son las pilas y las baterías. Tecnología 3º E. S. O. 22

23 GENERADOR Interiormente una pila o batería está formada por tres partes: un recipiente que contiene un líquido (electrolito), y dos barras conductoras (electrodos), que están insertadas dentro del líquido. Para obtener una pila seca como las que venden en las tiendas el electrolito se espesa como si fuese una salsa o gelatina añadiéndole almidón. Tecnología 3º E. S. O. 23

24 GENERADOR El electrolito suele estar formado de sales de sulfato de cobre, sulfato de cinc, etc. Mientras que los electrodos suelen ser de cobre o cinc. Tecnología 3º E. S. O. 24

25 GENERADOR La reacción química que tiene lugar entre los dos electrodos sumergidos en el electrolito da lugar a una diferencia de potencial de aproximadamente 1 5 Voltios. Por eso las pilas que se comercializan son de voltajes múltiplos de ese valor, que se consiguen conectando en serie varias pilas de 1 5 V. Tecnología 3º E. S. O. 25

26 GENERADOR Toda pila tendrá siempre dos bornes o polos, uno positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo). Si conectamos ambos polos con un trozo de cable, empezarán a pasar electrones o cargas eléctricas negativas desde el cátodo (-) hacia el ánodo (+). Tecnología 3º E. S. O. 26

27 GENERADOR Los electrones siempre salen de la pila por el polo negativo o cátodo, recorren todos los elementos del circuito y entran de nuevo en la pila, pero ahora por el polo positivo o ánodo. La energía interna que posee la pila y la d.d.p. que hay entre los dos electrodos hace que esos electrones que llegan al polo positivo lleguen de nuevo al polo negativo y vuelvan a salir. Existen dos clases: Tecnología 3º E. S. O. 27

28 GENERADOR Pilas o Baterías Secas.. La producción de energía durará hasta que se agote la reacción química. No son recargables. Pilas o Baterías Húmedas. Son dispositivos que producen energía o corriente eléctrica por efecto de una reacción química de los compuestos que están almacenados. La producción de energía durará hasta que se agote la reacción química. Si se introduce energía eléctrica se produce otra reacción química de tal forma que esta se vuelva a convertir en energía química almacenada. A este tipo de pilas o baterías se las llama baterías recargables. Todas las pilas y baterías de mayor voltaje son combinaciones de pilas de 1,5 v conectadas de tal forma que se suman los voltajes. Tecnología 3º E. S. O. 28

29 GENERADOR Las pilas tienen diferentes formas y tamaños según para que tipo de uso tenga. Las hay en forma cilíndrica : Tecnología 3º E. S. O. 29

30 GENERADOR En forma de botón: 1,5v En forma de prisma: 4,5v 9v Tecnología 3º E. S. O. 30

31 GENERADOR Baterías recargables: 12v 10v 3,7v Tecnología 3º E. S. O. 31

32 GENERADOR Generadores Fotoeléctricos. Transforma la energía de la luz del Sol en energía eléctrica. Tecnología 3º E. S. O. 32

33 CONDUCTORES Un material es conductor de la corriente eléctrica si permite que ésta circule a través suya. Son buenos conductores los materiales que ofrecen poca resistencia al paso de la corriente eléctrica, como por ejemplo los metales (plata, cobre, aluminio, etc.). Son aislantes aquellos materiales que impiden el paso de la corriente eléctrica. Por ejemplo, el vidrio, la madera, la porcelana, el plástico, la goma, etc. Tecnología 3º E. S. O. 33

34 RECEPTORES Son dispositivos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía. La bombilla transforma la energía eléctrica en luz. Tecnología 3º E. S. O. 34

35 RECEPTORES La resistencia eléctrica transforma la corriente eléctrica en calor. Tecnología 3º E. S. O. 35

36 RECEPTORES El motor eléctrico transforma la electricidad en energía mecánica de giro. Tecnología 3º E. S. O. 36

37 APARATOS DE MANIOBRA Y CONTROL Son dispositivos que tienen como objetivo regular y gobernar el paso de la corriente eléctrica por el circuito. Existen varias clases, los más comunes son: Tecnología 3º E. S. O. 37

38 APARATOS DE MANIOBRA Y CONTROL El Pulsador. Es un aparato utilizado para activar alguna función. Un pulsador permite el paso o interrupción de la corriente mientras es accionado. Cuando ya no se actúa sobre él vuelve a su posición de reposo. El contacto puede ser de dos tipos: normalmente cerrado en reposo (NC), o con el contacto normalmente abierto (NA). Tecnología 3º E. S. O. 38

39 APARATOS DE MANIOBRA Y CONTROL El Interruptor. Es un dispositivo utilizado para desviar o interrumpir el curso de una corriente eléctrica. Tecnología 3º E. S. O. 39

40 APARATOS DE MANIOBRA Y CONTROL El Conmutador. Es un dispositivo utilizado para desviar o cambiar la corriente eléctrica de una rama del circuito a otra rama distinta. Tecnología 3º E. S. O. 40

41 ESQUEMA ELÉCTRICO Un esquema eléctrico es una representación gráfica donde muestra cómo se conectan entre sí los elementos de un circuito. Cada elemento de un circuito tiene un símbolo asociado. Los más comunes son los siguientes: CONDUCTOR Tecnología 3º E. S. O. 41

42 ESQUEMA ELÉCTRICO Tecnología 3º E. S. O. 42

43 CIRCUITO SIMPLE Circuito Simple. Formado por un generador o batería, un aparato de maniobra y control, conductores y un solo receptor. Tecnología 3º E. S. O. 43

44 CIRCUITO CONECTADO EN SERIE Circuito conectado en Serie. Formado por un generador o batería, un aparato de maniobra y control, conductores y dos o más receptores. Cuando se conectan en serie varios elementos de un circuito se disponen uno a continuación del otro, unidos mediante cables, de manera que el polo positivo de cada elemento se conecta con el polo negativo del siguiente. En esta disposición, cada uno de los elementos del circuito está sometido a una tensión diferente, y por todos ellos circula la misma intensidad de corriente. Tecnología 3º E. S. O. 44

45 CIRCUITO CONECTADO EN SERIE Este tipo de conexión tiene el inconveniente de que cuando falla uno de los componentes se interrumpe el paso de la corriente por el resto. Tecnología 3º E. S. O. 45

46 CIRCUITO CONECTADO EN PARALELO Circuito conectado en Paralelo. Formado por un generador o batería, un aparato de maniobra y control, conductores y dos o más receptores. Cuando se conectan en paralelo los elementos de un circuito, estos se disponen de tal manera que todos y cada uno de ellos están conectados con el polo positivo y el polo negativo del generador de corriente. En esta disposición, todos los elementos del circuito están sometidos a la misma tensión, pero por cada uno de ellos circula una intensidad de corriente diferente. Tecnología 3º E. S. O. 46

47 CIRCUITO CONECTADO EN PARALELO Si alguno de los componentes fallase, al resto no le afectaría, ya que todos están conectados al generador de corriente. Tecnología 3º E. S. O. 47

48 CIRCUITO MIXTO Circuito Mixto. Formado por un generador o batería, un aparato de maniobra y control, conductores y tres o más receptores. En la realidad, todos los circuitos son mixtos, pues en ellos existen elementos que están dispuestos en serie y elementos conectados en paralelo. Tecnología 3º E. S. O. 48

49 CIRCUITO DE CONMUTACIÓN Circuito de Conmutación. Formado por un generador o batería, un conmutador, conductores y dos o más receptores. El conmutador da paso a la corriente eléctrica por una rama o por la otra. Pero nunca por las dos a la vez. Ejemplo de circuito es el de semáforo de los peatones. Tecnología 3º E. S. O. 49

50 CIRCUITO DE CONMUTACIÓN Tecnología 3º E. S. O. 50

51 CIRCUITO DE DOBLE CONMUTACIÓN Circuito de Doble Conmutación. Formado por un generador o batería, dos conmutadores, conductores y un receptor. Es un circuito que permite controlar al receptor desde dos puntos distintos. Tecnología 3º E. S. O. 51

52 CIRCUITO DE DOBLE CONMUTACIÓN Tecnología 3º E. S. O. 52

53 CORTOCIRCUITO Se denomina cortocircuito al fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra, entre dos fases en el caso de sistemas polifásicos en corriente alterna o entre polos opuestos en el caso de corriente continua. El cortocircuito se produce normalmente por fallos en el aislante de los conductores, cuando estos quedan sumergidos en un medio conductor como el agua o por contacto accidental entre conductores aéreos por fuertes vientos o rotura de los apoyos. Tecnología 3º E. S. O. 53

54 CORTOCIRCUITO La consecuencia es la avería de la instalación y en el caso de las pilas y baterías, estas se agotan rápidamente. Tecnología 3º E. S. O. 54

55 MAGNITUDES ELÉCTRICAS Son los parámetros característicos de un circuito. Carga. Es la cantidad de electricidad almacenada en un cuerpo. Se designa mediante la letra Q y se mide en culombios ( C ). Tecnología 3º E. S. O. 55

56 MAGNITUDES ELÉCTRICAS Intensidad de Corriente. La cantidad de carga eléctrica que pasa por un punto determinado del circuito por unidad de tiempo. Se designa por la letra I y se mide en Amperios (A). donde: Q se mide en culombios ( C ). t es tiempo y se mide en segundos (s). I = Q t Tecnología 3º E. S. O. 56

57 MAGNITUDES ELÉCTRICAS Tensión. Indica la diferencia de energía eléctrica entre dos puntos de un circuito. La carga eléctrica siempre circula desde los puntos done la energía es más alta hasta los puntos den los que es más bajas. La tensión se designa por V y se mide voltios (v). También se le llama voltaje. Tecnología 3º E. S. O. 57

58 MAGNITUDES ELÉCTRICAS Resistencia Eléctrica. Es la oposición que ejerce los elementos del circuito al paso de la corriente eléctrica. Se designa mediante la letra R y se mide en ohmios (Ω). En cualquier conductor las cargas encuentran una oposición o resistencia a su movimiento. Esta resistencia depende de la longitud del cable, de su sección y del material con que está hecho. Matemáticamente se expresa: Tecnología 3º E. S. O. 58

59 MAGNITUDES ELÉCTRICAS donde: R = Resistencia en ohmios, Ω. ρ= Resistividad. Constante específica de cada material, en Ω m. l = Longitud del conductor, en m. S = Área o sección del conductor, en m 2. Cuando dibujemos un circuito eléctrico mediante su esquema eléctrico representaremos los conductores mediante líneas rectas y supondremos que no tienen resistencia. R = ρ S Tecnología 3º E. S. O. 59 l

60 MAGNITUDES ELÉCTRICAS 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 por segundo. P P = V = I 2 I R Tecnología 3º E. S. O. 60

61 MAGNITUDES ELÉCTRICAS Trabajo Eléctrico o Energía Eléctrica. La energía E que puede obtenerse a partir de una corriente eléctrica se llama energía eléctrica o trabajo eléctrico. Esta energía, como cualquier otra fuente de energía, se mide en el S.I. en Julios (J). E = P t Tecnología 3º E. S. O. 61

62 MAGNITUDES ELÉCTRICAS donde: P es la potencia y se mide en vatios (w). t es tiempo y se mide en segundos (s). E = V E = I 2 V E = I t R 2 R t t Tecnología 3º E. S. O. 62

63 LEY DE OHM Al cociente entre la d.d.p. (V) aplicada en los extremos de un hilo conductor y la Intensidad (I) que lo recorre se le llama Resistencia eléctrica (R). V R = I V = I R V I = R Tecnología 3º E. S. O. 63

64 LEY DE OHM Para recordar las tres expresiones esta el siguiente esquema. Tecnología 3º E. S. O. 64

65 INSTRUMENTOS DE MEDIDA Son aparatos destinados a medir los parámetros característicos de un circuito. Tecnología 3º E. S. O. 65

66 AMPERÍMETRO Amperímetro. Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Tecnología 3º E. S. O. 66

67 AMPERÍMETRO Para efectuar la medida de la intensidad de la corriente circulante el amperímetro ha de colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. Esto nos lleva a que el amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible, a fin de que no produzca una caída de tensión apreciable. Tecnología 3º E. S. O. 67

68 VOLTÍMETRO Voltímetro. Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado pero a la vez abiertos en los polos. Tecnología 3º E. S. O. 68

69 VOLTÍMETRO Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Tecnología 3º E. S. O. 69

70 OHMIÓMETRO Ohmiómetro. Un ohmiómetro es un instrumento que sirve para medir la resistencia o simplemente continuidad, de un circuito o parte de el directamente en ohmios. Tecnología 3º E. S. O. 70

71 OHMIÓMETRO Para efectuar la medida de la resistencia eléctrica o dela continuidad ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Tecnología 3º E. S. O. 71

72 MULTÍMETRO Multímetro. Un multímetro o polímetro es un instrumento que sirve para medir diferentes parámetros eléctricos, como la intensidad de corriente, la diferencia de potencial, la resistencia eléctrica, la continuidad, etc. Puede sustituir a cualquiera de los aparatos de medida anteriormente descritos. Tecnología 3º E. S. O. 72

73 Los hay de dos tipos: MULTÍMETRO ANALÓGICO DIGITAL Tecnología 3º E. S. O. 73

74 RESOLUCIÓN DE CIRCUITOS Para el calculo de determinados parámetros de los circuitos como la Intensidad de corriente, la resistencia o el voltaje, se emplea la ley de Ohm. R = V I Para aquellos circuitos que tienen varias resistencias asociadas, según el tipo de asociación, además de la ley de Ohm, habrá que emplear distintas expresiones matemáticas para su resolución. Tecnología 3º E. S. O. 74

75 Asociación de Resistencias en Serie En esta disposición, cada uno de los elementos del circuito está sometido a una tensión diferente, y por todos ellos circula la misma intensidad de corriente. La resistencia equivalente de varias resistencias en serie es igual a la suma de los valores de todas ellas. Se podrían sustituir todas por una sola cuyo valor fuese la suma. R = R1 + R2 + R Tecnología 3º E. S. O. 75

76 Asociación de Resistencias en Paralelo. En esta disposición, todos los elementos del circuito están sometidos a la misma tensión, pero por cada uno de ellos circula una intensidad de corriente diferente. La resistencia equivalente de varias resistencias en paralelo se halla despejando la R de la fórmula siguiente: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R Tecnología 3º E. S. O. 76