UNIDAD-1 ELECTRICIDAD BÁSICA 4ºESO

Transcripción

1 UNIDAD-1 ELECTRICIDAD BÁSICA

2 1.- INTRODUCCIÓN. La electricidad constituye una forma de energía presente en casi todas las actividades del ser humano. Sabemos que gran parte de los aparatos que se utilizan, emplean electricidad, es por ello la gran importancia de esta unidad, para su tratamiento en el curso de 4ºde ESO, para ayudarnos a entender las instalaciones eléctricas en las viviendas y la unidad correspondiente a la electrónica. 2.- LA ELECTRICIDAD. La energía eléctrica se produce por la transformación de otro tipo de energía, (hidráulica, eólica, térmica, química, solar). Para que la electricidad se produzca es necesario el movimiento de unas partículas atómicas denominadas, electrones, obteniéndose la que llamaremos carga eléctrica. Recordar: El átomo está formado por un núcleo, central que a su vez está constituido por partículas llamadas neutrones (carga nula) y protones (carga positiva), y por una corteza formada por electrones, que se encuentran en distintas capas (órbitas), girando alrededor del núcleo 3.- CARGA ELECTRICA. Cuando una átomo tiene el mismo número de electrones que de protones, se dice que el átomo es neutro, es decir que no tiene carga eléctrica. En ocasiones, por fuerzas externas, los átomos pueden ganar o perder electrones, transformándose en iones, (positivos o negativos). Si tiene un exceso de electrones (ha ganado), el átomo queda cargado negativamente (ión negativo), en caso contrario, el átomo queda cargado positivamente (ión positivo). Esas fuerzas externa, que ocasionan la ganancia o pérdida de electrones, puede ser incluso frotando un material con otro, de modo que al calentase, se produce un trasvase de electrones de uno a otro. El fenómeno descrito se llama Electricidad estática. En ocasiones, y como consecuencia de un aporte de energía externa, se liberan electrones de la última capa, pasando a otro átomo de otro material a través de un conductor, se dice entonces que se ha producido corriente eléctrica.

3 4.- CORRIENTE ELECTRICA. El fenómeno antes mencionado, se puede enunciar de la siguiente forma La corriente eléctrica es el desplazamiento continuo de electrones (carga eléctrica) por un conductor en una unidad de tiempo La circulación de electrones a través de un circuito se produce desde un punto de menor potencial eléctrico, a otro de mayor potencial eléctrico. A la hora de hablar del sentido de circulación de la corriente, se distinguen dos sentidos: el sentido real, que es el de los electrones que van del polo negativo al positivo, y el sentido convencional, que no es otro que el considerado por convenio eléctrico, para la realización de cálculos, este sentido es del polo positivo al negativo. 5.- MATERIALES DE USO ELECTRICO. Dado que existen gran variedad de materiales, estos los podemos utilizar para conducir la electricidad o bien para aislarnos de ella. En el primer caso estamos hablando de materiales conductores, que permiten el paso de la corriente (cobre, plata, oro ), mientras que el segundo se trata de materiales aislantes, que no permiten el paso de la corriente (plástico, vidrio, madera.) 6.- CIRCUITO ELECTRICO. Con todo lo que se ha expuesto, (carga eléctrica, conductor, corriente eléctrica ), se puede concluir diciendo que es un circuito eléctrico: Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos unidos entre si, por los que circula una corriente eléctrica, produciendo unos efectos sobre los elementos del circuito Elementos de un circuito eléctrico. Los elementos de un circuito eléctrico son, los que se aprecia en la figura superior. En la siguiente tabla podremos estudiar los elementos, con imágenes y definición.

4 ELEMENTO Generador (1) Receptores (2) Conductores (3) Elementos de control (4) Elementos de protección (5) IMAGEN DEFINICIÓN Se encarga de producir el potencial o tensión para impulsar los electrones, por el circuito. Transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía (luz, calor, movimiento ) Se encargan de unir todos los elementos del circuito, y permitir el paso de la corriente eléctrica. Permiten o interrumpen el paso de la corriente, o regulan su funcionamiento. (pulsadores, interruptores, ) Se encargan de proteger de los efectos de la electricidad a la personas y a las instalaciones. 7.- TIPOS DE CORRIENTE ELECTRICA. Casi todos los aparatos eléctricos, empleados en las viviendas, (electrodomésticos), utilizan para su funcionamiento, la corriente eléctrica que llega desde la red eléctrica, mientras que los aparatos eléctricos, como por ejemplos los móviles, emplean la corriente suministrada por pilas y baterías, y por último la telefonía para el envío de señales emplea otro tipo de corriente para su transporte, llamad corriente pulsante o periódica. Según lo dicho existen tres tipos de corriente eléctrica: Corriente alterna Corriente continua Corriente pulsante 7.1- Corriente alterna. Este tipo de corriente es la suministrada por las centrales eléctricas, y que se distribuye hasta nuestros hogares, utilizando la red eléctrica. La tensión normal de suministro es de 230 v.

5 7.2-Corriente continúa. Este tipo de corriente es la que suministran las pilas y baterías, y fuentes de alimentación, aunque también las células fotovoltaicas. 7.3-Corriente pulsante. Este tipo de corriente es poco utilizada el valor del voltaje varia periódicamente. La corriente eléctrica mantiene le mismo sentido. Se utiliza en sistema digitales y transmisión de datos de telefonía, comunicaciones y control. 8.- REPRESENTACION DE CIRCUITOS. A la hora de representar los circuitos eléctricos, nos encontramos, que es difícil dibujar dado la complejidad de algunos circuitos, además de ser imposible el representarlos de forma clara en el papel, empleando el tamaño real de los componentes, por esto se emplean varios sistemas de representación esquemática, siendo estos los siguientes: Representación topográfica. Representación unifilar. Representación funcional o multifilar. Representación circuital Representación topográfica. Consiste en un dibujo en perspectiva de la habitación o recinto donde se encuentre la instalación, en el que se muestran los elementos que integran dicha instalación.

6 8.2- Representación unifilar. Este tipo de esquemas permite simplificar bastante la representación de la instalación eléctrica. Se dibujan los elementos empleando símbolos y las canalizaciones mediante líneas, que sobre ellas se dibujan unos trazos cortos que representan el número de conductores que tiene la canalización Representación funcional o multifilar. Se emplea para explicar el funcionamiento y misión de los elementos que forman el circuito, o instalación eléctrica. Es el más característico de la instalación, además de ser el que más se emplea para definirla Representación circuital. En este tipo de esquemas se representan las canalizaciones, las cajas de derivación, los conductores y la forma de conexión con el resto de la instalación, así como los elementos de control y receptores. Esta forma de representación nos proporciona la información necesaria para la realización del circuito, aunque en ocasiones resulta difícil su interpretación.

7 9.- MAGNITUDES ELECTRICAS. En los circuitos eléctricos, se manifiestan una serie de magnitudes, que nos permiten entenderlos y cuantificarlos, es decir valorar los efectos que se derivan de su funcionamiento. Antes de iniciar el estudio de estas magnitudes eléctricas, realizaremos una comparación entre un circuito eléctrico y uno hidráulico, ayudándonos a entender el comportamiento de un circuito eléctrico. CIRCUITO HIDRAHULICO CIRCUITO ELECTRICO En el circuito hidráulico, la corriente de agua es impulsada por la bomba hacia el depósito superior como se puede ver en la figura, para que después por gravedad salga por la tubería y haga accionar la turbina, transformándose en energía mecánica. La válvula de corte nos permite controlar le flujo de corriente de agua. En el circuito eléctrico el generador (pila, batería ) nos proporciona la energía necesaria para producir electrones y de esa forma generar corriente eléctrica, llega al receptor (lámpara) y produce el efecto esperado (luz) El interruptor es el elemento que se encarga de controlar el flujo de electrones. En la tabla siguiente, se puede observar los elementos del circuito eléctrico y su correspondiente símil con el hidráulico. CIRCUITO HIDRAHULICO Bomba de agua Tuberías Válvula CIRCUITO ELECTRICO Generador Conductores Interruptor Turbina Lámpara

8 10.-TABLAS DE MAGNITUDES ELECTRICAS. En la siguiente tabla veremos las distintas magnitudes eléctricas, donde también representaremos sus símbolos, unidades, definición y expresiones ligadas a ellas. Magnitud Símbolo Unidad Definición Expresiones Resistencia Eléctrica Voltaje o tensión Intensidad de corriente Potencia eléctrica Energía eléctrica R V I P E Ohmio (Ω) Voltio (V) Amperios (A) Vatios (W) Julios (J) La resistencia es la oposición o dificultad que tiene un material al paso de la corriente eléctrica. La resistencia depende de la naturaleza del conductor (ρ), de su longitud (l) y de su sección (s). El voltaje o tensión eléctrica se define como la diferencia de potencial o de energía, que existe entre dos puntos de un circuito, y es necesario para que se establezca el flujo de electrones. De otra manera es la energía (E), por unidad de carga (Q). Esta se define como la cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor, en unidad de tiempo. La potencia es el trabajo realizado por un receptor en unidad de tiempo, por tanto indica la rapidez con que se realiza dicho trabajo. La potencia es una característica muy importante de los receptores. Se define como el trabajo desarrollado por la corriente eléctrica. Existen dos aspectos de la energía, la energía absorbida E a. Y la útil E u.. La relación entre las dos se define como el rendimiento del receptor(η), de valor siempre menor que la unidad. l R = ρ s E V = Q Q I = t C. continua P = V I C. alterna P = V I Cosϕ P = 3 V I Cosϕ Energía E = P t Rendimiento. E η = E u a 100

9 11.-LEYES FUNDAMENTALES DE LA ELECTRICIDAD. En los siguientes apartados, expondremos las leyes más utilizadas en la electricidad, como son la ley de Ohm, ley de joule y las leyes de Kirchhoff Ley de Ohm. En 1826 el físico Alemán, observó que en un circuito eléctrico existía una relación entre las tres magnitudes eléctricas, R, I, y V. Todo esto basándose en un experimento. Ohm estableció lo siguiente: La intensidad de corriente eléctrica que circula por un circuito, es directamente proporcional a la tensión (voltaje) existente entre sus extremos, e inversamente proporcional a la resistencia del circuito. El enunciado anterior se denomina Ley de Ohm, siendo su expresión matemática la siguiente: V I = R Donde: I = Intensidad de corriente en Amperios (A.) V = Tensión, voltaje o diferencia de potencial. En voltios (V) R = resistencia eléctrica del circuito, en ohmios (Ω) De esta expresión inicial y despejando las otras variables V y R, obtenemos las siguientes expresiones. V R = I V = R I Ley de Joule. El roce del flujo de las cargas eléctricas, con los átomos del material conductor por el cual circulan, produce un calentamiento del material. Por este motivo todos los materiales conductores al ser atravesados por una corriente eléctrica se calientan. Este fenómeno se denomina efecto JOULE, en honor del físico ingles James Prescott Joule.