Protones: tienen carga positiva. Neutrones: no tienen carga.

Transcripción

1 FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD 3º ESO 1. Introducción La electricidad es la energía que más utilizamos. Todos los días encendemos la luz, enchufamos el brasero o ponemos en marcha el ventilador, lavamos la ropa o enfriamos los alimentos para conservarlos. La electricidad se encuentra presente en nuestra vida cotidiana desde que suena el despertador hasta que apagamos la luz al acostarnos. Todo esto es posible gracias a la energía eléctrica que llega hasta nuestras casas. El éxito de la electricidad como fuente de energía se encuentra en la facilidad para obtenerla, transportarla y transformarla en otros tipos de energía. 2. La carga eléctrica. Todo lo que nos rodea es materia. La materia está constituida por átomos. En los átomos encontramos partículas más pequeñas que son: Electrones: tienen carga negativa y masa despreciable. Protones: tienen carga positiva. Neutrones: no tienen carga. En general, la materia no está cargada eléctricamente, ya que presenta el mismo número de electrones que de protones, hay un equilibrio entre cargas positivas y negativas. A veces, se produce un movimiento de electrones y éstos pasan de unos materiales a otros. Por ejemplo, cuando frotamos un bolígrafo contra un trapo, los electrones son arrancados del trapo y pasan al bolígrafo. 3. La corriente eléctrica. Cuando los electrones saltan de un átomo a otro se habla de corriente eléctrica. electricidad o corriente eléctrica es el movimiento de electrones por un conductor Por tanto, la CABLE CONDUCTORES, AISLANTES Y RESISTENCIAS Hay dos tipos distintos de materiales: Un material es conductor de la corriente eléctrica cuando deja pasar fácilmente a los electrones a través de él. Los metales son conductores de la electricidad, por eso la cuchara deja pasar a los electrones que llegan hasta la bombilla, que se enciende. El cobre es conductor, por eso se utiliza para fabricar conductores (cables). Un material es aislantes cuando no dejan pasar la corriente eléctrica a través de él, no deja pasar a los electrones; por ejemplo: los plásticos, la madera, la cerámica,

2 el vidrio, etc. Por eso se utilizan para fabricar los mangos de las herramientas o las fundas de plástico de los cables. Un material es una resistencia, cuando ni es un conductor ni aislante. Dejas pasar a los electrones pero se resiste. Como se resiste se calienta. Por ejemplo, la resistencia de un brasero está hecha de un material que deja pasar a los electrones pero con dificultad, por lo que se calienta. De esta forma podemos convertir la energía eléctrica en calor, como en el brasero, tostador, horno,...hay resistencias (como la de las bombillas) que, además de calentarse dan luz. 4. El circuito eléctrico. Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos, hechos con materiales conductores, conectados entre sí de manera que forman un camino cerrado por el que circula una corriente eléctrica (los electrones). Esto es un circuito eléctrico básico formado por una pila, unos conductores (cables), una bombilla y un interruptor (para poder apagar y encender la bombilla). A la izquierda está dibujado tal y como sería en la realidad y a la derecha hemos utilizado los símbolos, para que resulte fácil. Como sabes, la electricidad o corriente eléctrica es el movimiento de electrones por un conductor. 5. Elementos de un circuito eléctrico. Fuentes de energía Energía continua: la pila, es el elemento que obliga a los electrones a moverse por el camino cerrado que forma este circuito. Proporcionan la energía necesaria para que la bombilla se encienda. Este es el símbolo de la pila los polos son las chapas de la pila. Hay pilas de 1 5 v, 4 5 v, 9v, 12v, Energía alterna: La red de energía eléctrica llega hasta nuestras casas a 220 v y entra a través del cuadro de protección. Esta energía permite el funcionamiento de nuestro circuito eléctrico constituido por luces y tomas de corriente (enchufes). Si necesitamos una fuente de energía eléctrica para que funcione, por ejemplo un ventilador, utilizamos un enchufe. Su símbolo es este:

3 Conductores o cables Son los elementos que permiten el paso de la corriente eléctrica entre los distintos elementos del circuito. Los cables suelen ser hilos de cobre cubiertos de plástico aislante, para protegernos. Consumidores Son los elementos del circuito que gastan la energía que proporciona la pila. En este caso el consumidor es un motor que, cuando da vueltas va gastando la energía de la pila. Los consumidores transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía: movimiento, luz, calor, Los símbolos más habituales de los consumidores son: Bombilla Motor Resistencia Luz Movimiento (ventilador, ) Calor (brasero, tostador, ) Elementos de control Son los elementos que permiten controlar el funcionamiento del circuito eléctrico, los más habituales son: Interruptores: como el que nos permiten encender y apagar la luz de una habitación, de una linterna,... Pulsador como los timbres o las luces de las escaleras, que al soltarlos vuelven a su posición. Conmutador, que nos permiten por ejemplo encender la luz de nuestro pasillo desde dos sitios distintos. Conmutador DOBLE, cuando pulsamos un conmutador doble, cambian de posición dos contactos a la vez. Este elemento de control puede ser útil para cambiar la dirección en la que gira un motor. Interruptor: abre o cierra un circuito, de modo que deja pasar o no, la corriente eléctrica hacia el consumidor. MOTOR PARADO MOTOR EN MARCHA 1 Circuito abierto 2 Circuito cerrado Como has visto, para que el motor se ponga en marcha la corriente eléctrica debe salir del polo positivo de la pila, atravesar el motor y llegar al polo negativo de la pila, o sea debe recorrer un camino cerrado. Si lo abrimos (cortando un cable), el motor deja de moverse porque la corriente eléctrica no

4 puede atravesarlo. Eso es lo que hace un interruptor. Un interruptor es un mecanismo que abre o cierra un conductor. 1. Si el interruptor está abierto, el camino no está cerrado, no puede pasar la corriente eléctrica y el motor está parado mueve 2. Si el interruptor está cerrado, el camino está cerrado, pasa corriente eléctrica y el motor se Ejercicio. Analiza el siguiente circuito y explica en que dirección atravesará la corriente eléctrica al motor en este momento y cuando cambiemos de posición el conmutador doble. Pulsador: cuando lo tenemos pulsado, funciona como un interruptor (cierra el circuito y deja pasar la corriente eléctrica), pero cuando lo soltamos regresa a su posición inicial y el circuito vuelve a abrirse. Ej: En este circuito, hemos conectado una pila, un timbre y un pulsador. Siempre que mantengamos pulsado el pulsador, el timbre sonara. Conmutador: hace que pase la corriente eléctrica por un camino o por otro. Cuando lo pulsamos, cambia de posición. Ej.: En este circuito, la luz esta encendida y el motor parado, cuando cambiemos la posición del conmutador, dejará de pasar energía eléctrica por la bombilla, y se apagará, y se pondrá en marcha el motor. Elementos de protección En todos los hogares hay una caja, a la entrada, en la que encontraras unos interruptores que cortan la luz en toda tu casa. Estos elementos tienen la misión de protegernos tanto a nosotros como a la instalación eléctrica. Cuando hay un accidente de estos interruptores se abren rápidamente y cortan la luz, para protegernos. Estos elementos tienen la misión de proteger a la instalación y a sus usuarios de cualquier accidente que los pueda poner en peligro. Los más empleados son:

5 Interruptores automáticos magnetotérmicos: Se abren automáticamente cuando hay una sobrecarga del circuito o se produce un cortocircuito de una vivienda. Ej: si conectamos demasiados aparatos Eléctricos a la vez, hay riesgo de que el circuito se incendie por la excesiva energía que está pasando. Para evitar este riesgo se abren los magnetotérmicos. Interruptores automáticos diferenciales: Se abren automáticamente cuando detectan que hay una descarga eléctrica a una persona o bien a un objeto metálico. Ej.: Si, accidentalmente tocamos un cable pelado, sentiremos una descarga eléctrica, en ese instante saltará el diferencial que nos protegerá. Fusibles: Podemos encontrarlos dentro de pequeños aparatos eléctricos y electrónicos. Protegen al aparato contra corrientes excesivas por sobrecargas o cortocircuitos. Ej: Ordenadores, equipos de música, 6. Simbología. Los esquemas eléctricos son dibujos abreviados que nos permiten representar de forma clara y sencilla las conexiones existentes entre los diferentes elementos de un circuito eléctrico. En ellos podemos identificar cada elemento con su correspondiente símbolo eléctrico. Símbolo Componente Símbolo Componente PILA CONDUCTOR LÁMPARA MOTOR RESISTENCIA TIMBRE O ZUMBADOR INTERRUPTOR PULSADOR CONMUTADOR CONMUTADOR DOBLE

6 7. Magnitudes eléctricas básicas Las magnitudes eléctricas básicas son: Intensidad ( I ) La intensidad de corriente o corriente eléctrica se define como la cantidad de electrones que pasa por un conductor en la unidad de tiempo. Cuanto mayor sea el número de electrones que pase por un cable mayor será la intensidad que estará pasando por el mismo. Su unidad de medida es el amperio (A) y el aparato con el que se mide recibe el nombre de amperímetro y en el circuito debe conectarse en serie. Voltaje (V) El voltaje o tensión representa la diferencia de potencial existente entre dos puntos de un circuito eléctrico. O sea la diferencia de energía que existe entre dos puntos de un circuito eléctrico. Si, entre dos puntos de un circuito hay diferencia de tensión, entre ellos se moverán los electrones y habrá corriente eléctrica. La intensidad eléctrica que irá desde el punto de mayor tensión o energía al de menor. La tensión se mide en Voltios (v). Se mide con el voltímetro, que debe conectarse en paralelo. Ejercicio. Las bombillas se fabrican para que den la máxima luz cuando se conectan a una tensión determinada. Por eso no podemos conectar una de las bombillas de nuestra casa, que están hechas para funcionar a 220 v a una pila que da 4 5 v. Las bombillas que utilizamos en el taller dan su máxima luz cuando son conectadas a 4 5 v. Realiza el montaje 1 y 2. a) En que montaje dan más luz las bombillas?. b) Utilizando un voltímetro, mide la tensión o diferencia de energía que hay entre los extremos de una bombilla en el montaje 1 y en l 2. Apúntalo. d) Qué sucede si aflojamos una de las bombillas en cada uno de los montajes? 4,5 v V V 1 2 Resistencia (R) Se define la resistencia eléctrica como la mayor o menor oposición que presenta un material a ser atravesado por los electrones. La unidad de media de la resistencia eléctrica es el ohmio (Ω), y su aparato de medida el ohmímetro. 8. Ley de Ohm Es la ley física que cumplen todos los circuitos eléctricos. Fue descubierta por el científico G.S. Ohm. Dice que: La diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico es igual al

7 producto de la intensidad que lo que recorre por la resistencia eléctrica medida entre dichos puntos V = I R V = voltaje o tensión eléctrica (se mide en voltios v; ) I = Intensidad eléctrica (se mide en A Amperios) ; R = resistencia ( se mide en Ω ohmios) OJO: siempre que resuelvas un problema, debes indicar la fórmula que has utilizado y las unidades de medida. 9. Conexión de los elementos de los circuitos 9.1. CIRCUITO EN SERIE: Cuando todos sus elementos se encuentran conectados uno a continuación del otro CÁLCULO I T I 1 R1 I2 R1R 2 Por todos los elementos del circuito pasa la misma intensidad eléctrica. IT = I1 = I 2 V1 La tensión de la pila se reparte entre todos los elementos del circuito de modo que: VT = V1 + V 2 La resistencia total del circuito serie será: V2 RT = R1 + R 2 La tensión de la pila se reparte entre todos los elementos del circuito de modo que: 9.2. CIRCUITO EN PARALELO: Cuando todos sus elementos se encuentran conectados uno a continuación del otro

8 CÁLCULO IT I1 V T I 2 R T V 1 R 2 La intensidad que sale de la pila, se reparte por cada uno de los elementos del circuito: IT = I1 + I 2 La tensión de la pila es la misma para cada uno de los elementos del circuito: VT = V1 = V 2 La resistencia total del circuito serie será: 1 = R T R R 1 2