FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD

Transcripción

1 FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD CONCEPTO DE ELECTRICIDAD 1. DEFINICIÓN: fenómeno natural y forma de energía basada en el desplazamiento de electrones (e - : partículas subatómicas sin masa pero con carga negativa) entre átomos de materiales conductores cuando sufren la acción de una fuerza determinada, llamada fuerza electromotriz (f.e.m.), que los empuja a moverse en una dirección y sentido determinados. 2. CONDUCTIVIDAD: es la propiedad que indica la facilidad con que se produce ese desplazamiento de e - en un material que se dice que es conductor de la electricidad; estos materiales son fundamentalmente los metales, y ello se debe a la facilidad con que sus e - pueden saltar de unos átomos a otros por la forma de unión o enlace atómico que tienen: nube de electrones, que rodea a los núcleos; cuantos más e - libres mejor conductor es ese metal. - + NÚCLEO CON PROTONES Y NEUTRONES ELECTRONES 3. CORRIENTE ELÉCTRICA: es el desplazamiento de e - entre átomos de un material conductor cuando se conecta a una fuente de energía (una pila, un generador o un enchufe, p. ej.), que proporciona la f.e.m. Cesa cuando se agota la energía de dicha fuente o se desconecta de ella. CONDUCTOR ELÉCTRICO 4. TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA: CORRIENTE CONTINUA (c.c. o DC).- La corriente de e - a lo largo del tiempo es constante en nº y sentido de desplazamiento; se produce en pilas y dinamos y debe respetarse la polaridad + (ida) y (retorno). e - CORRIENTE ALTERNA (c.a. o AC).- En este caso varían periódicamente su número y su sentido de desplazamiento; se produce en alternadores y es la de la red eléctrica, a 230 V 50 Hz. e - t 1 de 12 t

2 CIRCUITO ELÉCTRICO 1. DEFINICIÓN Y FUNCIONAMIENTO: conjunto de elementos que, unidos entre sí, forman un camino cerrado permitiendo la circulación de una corriente eléctrica; si se interrumpe, la corriente dejará de circular. 2. COMPONENTES Y SU SIMBOLOGÍA: FUENTES DE ENERGÍA DINAMOS (C.C.) ALTERNADORES (C.A.) ENCHUFE (C.C.) Transforman en eléctrica la energía mecánica/cinética (movimiento) que reciben de otra máquina que hace de motor: rueda de bicicleta, motor de coche, turbina de central eléctrica, hélice de aerogenerador, etc. Normalmente el de un adaptador-rectificador o fuente de alimentación de c.c. Son los elementos que proporcionan la f.e.m. que impulsa a los e - a través del correspondiente circuito cerrado. ENCHUFE (C.A.) Enchufe de red normal o de una fuente de alimentación de c.a. PILA O BATERÍA Almacenan energía química que transforman en eléctrica al conectarse a un circuito cerrado. CONDUCTORES AISLANTES No tienen símbolo, pues todos los elementos eléctricos los llevan por seguridad. Cables y elementos de contacto, como clavijas de enchufes, que constituyen el camino exterior a la fuente de energía; son de cobre o de aluminio y dejan pasar fácilmente a los electrones hacia los receptores. Materiales que no dejan pasar a los e - y aíslan a los conductores de nosotros y de otros metales para evitar accidentes: polímeros diversos, vidrio, porcelana, etc. LÁMPARAS Consumen la energía que lleva la corriente de e - transformándola en luz visible. RECEPTORES MANIOBRA RESISTENCIAS MOTORES 2 de 12 Ídem en calor: planchas, calefactores, secadores de pelo... Íd. en mecánica: ventilador doméstico, ascensor, grúa, lavadora, juguete, batidora... Interruptores (de palanca, pulsadores, conmutadores, etc.) con los que abrimos o cerramos el circuito a voluntad, por completo o parcialmente.

3 PROTECCIÓN FUSIBLES E INT. AUTOMÁTICOS Fusibles e interruptores automáticos para proteger a los diferentes elementos del circuito de posibles sobrecargas (corrientes excesivas) y de descargas (vulgarmente conocidas como calambres ). 3. CONEXIÓN: SERIE.- Los elementos van en fila o en línea; si uno se estropea interrumpe el circuito y no funciona ninguno: R 1 R 2 R 3 G = I TOTAL U T =24 V LAS MAGNITUDES ELÉCTRICAS EN SERIE PARALELO R T =R 1 +R 2 +R 1/R T =1/R 1 +1/R 2 +1/R... U T =U 1 +U 2 +U U T =U 1 =U 2 =U I T =I 1 =I 2 =I I T =I 1 +I 2 +I PARALELO.- Aquí van conectados entre los mismos puntos y no pasa nada si uno falla: R 2 U T =12 V = I T I 1 R 1 I 2 R 2 I 3 R 3 U T = 9V R 1 I T =I 1 R 3 I 2 I 3 MIXTA.- Combinación de las anteriores: SEGURIDAD EN ELECTRICIDAD Se trata de evitar los cortocircuitos que se producen cuando se unen dos puntos de un circuito con f.e.m. (bajo tensión) sin que se interponga ningún receptor, provocándose una gran intensidad que puede quemar la instalación. Es entonces cuando actúan los fusibles o los interruptores automáticos antes citados. El ICP es parecido pero sólo está para impedir que consumamos más de lo contratado. CORTOCIRCUITO I MAGNETOTÉRMICOS DIFERENCIAL ICP También las descargas por contactos accidentales de alguna parte de nuestro cuerpo con un elemento eléctrico bajo tensión y al descubierto, es decir sin la cubierta aislante que nos protege de él. Entonces actúa el interruptor diferencial, que detecta cuándo la corriente que entra en el circuito no sale en su totalidad, lo que significa que lo hace por otro camino, posiblemente por partes metálicas en contacto con el suelo y/o por el cuerpo de una persona. 3 de 12

4 MAGNITUDES ELÉCTRICAS FUNDAMENTALES LA LEY DE OHM: es la ley empírica que relaciona las siguientes magnitudes: INTENSIDAD (I).- Es la cantidad de corriente (de electrones) que atraviesa un conductor en la unidad de tiempo; se mide en amperios (A). TENSIÓN (U).- Es la fuerza (f.e.m.), o diferencia de potencial entre el inicio y el final de un circuito (o de parte de un circuito), que impulsa a los electrones; se mide en voltios (V). RESISTENCIA (R).- Es la oposición que muestra un material a que la corriente lo atraviese cuando entre sus extremos se ha establecido una diferencia de potencial (U); se mide en ohmios (Ω) y depende del material y de su longitud y sección. Se trata de una relación de proporcionalidad que puede expresarse indistintamente así: U= I R U POTENCIA: R=U/I R I I=U/R La potencia eléctrica (P) resulta de multiplicar la tensión (U) por la intensidad (I) y se mide en Watios (W): P = U I Se define como la cantidad de energía que se consume o genera en la unidad de tiempo (por segundo, por hora,...) realizando un trabajo; por tanto, da idea de la cantidad de éste que se puede realizar en dicha unidad de tiempo, emitiendo luz o calor, moviendo algo, etc. MEDIDORES Son aparatos que se emplean para cuantificar (determinar el valor numérico) las magnitudes anteriores; se indican seguidamente la utilidad y forma de conexión de cada uno: 1. AMPERÍMETRO: mide la intensidad de corriente; se coloca en serie con los elementos por los que pasa la corriente a medir, debiendo estar conectado el circuito: CONEXIÓN DE AMPERÍMETRO A 24 V V Ω CONEXIÓN DE VOLTÍMETRO CONEXIÓN DE OHMÍMETRO 4 de 12

5 2. VOLTÍMETRO: mide la tensión; se coloca en paralelo con el elemento o elementos cuya tensión se va a medir, debiendo estar conectado el circuito. 3. OHMÍMETRO: mide resistencias; se coloca entre los extremos de la resistencia, estando ésta fuera del circuito y sin corriente! 4. POLÍMETRO: es el aparato en el que disponemos de los anteriores medidores, que elegimos con un selector. Se conecta como se ha dicho en cada caso según la medición a efectuar. 5. CONTADOR DE ENERGÍA: es un instrumento que registra la cantidad de energía consumida en un circuito durante un tiempo determinado; se coloca en serie con el circuito en su inicio y lo podemos ver en nuestro domicilio o en cualquier lugar donde se consuma electricidad; se emplea para que la compañía eléctrica nos facture el consumo. ELECTROMAGNETISMO DEFINICIÓN Y DESCRIPCIÓN: Es la combinación o acción simultánea de la electricidad (corriente eléctrica) y del magnetismo (campo magnético); el efecto más básico de dicha acción es la creación de un campo magnético alrededor de un conductor al ser atravesado por una corriente eléctrica (lo contrario no es posible) [Fig.-1]. No obstante, la intensidad de ese campo magnético es mayor si el conductor se dispone arrollado, es decir, en forma de bobina. [Fig.-2] A partir de este fenómeno se dan otros que se describen a continuación, en cada una de las siguientes aplicaciones: RELÉ.- Interruptor accionado por un campo magnético creado por una bobina (electroimán). [Fig.-2] Se basa en el hecho de que un cuerpo metálico o armadura (normalmente de hierro) se desplaza sensiblemente (d) cuando se encuentra bajo la acción de dicho campo, pudiendo empujar uno o varios contactos eléctricos. A veces, se dispone un muelle que permite que la armadura retorne a la posición inicial al cesar la corriente de la bobina. Se emplean cuando con un sólo mando o pulsador deben conectarse/desconectarse varios circuitos o receptores; también cuando la tensión del circuito de mando (de la bobina) es mucho menor que la del circuito/s a accionar, por seguridad (aislamiento eléctrico). Ejemplo: ordenadores, alumbrado fluorescente, ascensores, etc. GENERADOR.- Si lo que está bajo dicho campo es un conductor en movimiento (siguiendo una trayectoria circular perpendicular al campo), lo que sucede es que aparece una fuerza dentro del conductor que impulsa a los electrones (f.e.m.); si dicho conductor está conectado a un circuito cerrado, se establecerá la corriente correspondiente. [Fig.-3] 5 de 12

6 I Dpto. de Tecnología del I.E.S. Trassierra. Córdoba. La fuerza de giro procede de una máquina motora (turbina de central eléctrica, bien térmica o bien hidráulica; rueda de bicicleta para pequeña dinamo; etc.) a la que se acopla a través de un eje (dibujado en trazo grueso) un cilindro alrededor del cual está/n dispuesta/s la/s espira/s. Si se trata de un alternador, la corriente resultante es la representada en la siguiente gráfica: 0 ¼ ¾ 1 ¼ Nº -I VUELTAS Mediante los anillos rozantes se conecta el circuito correspondiente; en dinamos (c.c.) se sustituyen por un colector o anillo dividido en sectores que hacen que la corriente siempre salga en el mismo sentido, tal y como se representa en la gráfica correspondiente de la pág.-1. MOTOR.- Es el caso opuesto al anterior, es decir, por el conductor (espira/s) circula una corriente introducida por los anillos rozantes (c.a.)/colector (c.c.) y aparece una fuerza (F) transversal al campo que provoca el giro de la espira; así se impulsa aquello que esté acoplado al eje del motor. Funcionamiento de un sencillo motor de cc. Motor asíncrono monofásico (ca) seccionado. 6 de 12

7 CUESTIONARIO DE REFLEXIÓN 1. Señala si es verdadero o falso: A. En una gotita de leche hay millones de cargas positivas y negativas. B. Las cargas iguales se atraen. C. Las cargas eléctricas están sólo en cuerpos conductores como los metales. 2. Dibuja el símbolo correspondiente a: Un interruptor Una pila o batería Una resistencia Un motor Una lámpara Un fusible 3. Identifica los elementos del siguiente circuito y represéntalo mediante símbolos. 4. Enumera los elementos que componen estos circuitos: 7 de 12

8 5. Representa con símbolos los siguientes circuitos: A B C D 6. Qué tipo de elemento de control activa el timbre de tu casa? Y la bombilla del vestíbulo o entrada? Podrías intercambiarlos? Por qué? 7. Se encenderán las bombillas del dibujo? Explica por qué. A B C 8 de 12

9 8. Analiza cuáles de estos circuitos eléctricos funcionan y por qué. A. B. C. D. 9. Analiza cada circuito y explica si van a funcionar o no. 10. Cuáles de estos montajes están en serie y cuáles en paralelo? 11. Identifica cuáles de los elementos de estos circuitos están en serie y cuáles en paralelo. Indica además si se trata de circuitos serie, paralelo o mixtos. 9 de 12

10 12. Cómo crees que están conectadas las tomas de corriente y los puntos de luz en una vivienda, en serie o en paralelo? (Ayuda: qué pasa si se funde una bombilla?) 13. Imagina y describe lo que pasará en este circuito si: Se quema el motor (cerrado el interruptor 1) Se funde la lámpara 1 (ídem) Se funde la lámpara 2 (íd.) Se abre/cierra el interruptor 1 (con el 2 abierto) Se abre/cierra el interruptor 2 (con el 1 cerrado) 14. Señala en la tabla si funcionan el motor y las lámparas en las siguientes situaciones: Motor A cerrado B abierto A abierto B cerrado A cerrado B cerrado Lámpara 1 Lámpara Señala si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: A. La resistencia se mide en amperios. B. Una bombilla transforma la energía eléctrica sólo en luminosa. C. Los fusibles protegen a los aparatos si hay una subida de tensión. D. La expresión matemática de la ley de Ohm es: U = I R E. Si pongo dos bombillas en paralelo lucen menos que si las pongo en serie. 16. Calcula el voltaje o tensión que debe tener la pila en los siguientes circuitos y la potencia: V? I = 0,5 A R=100 Ω V? I = 0,25 A R=50 Ω V? I = 0,15 A R=10 Ω 10 de 12

11 17. Calcula la intensidad eléctrica que circula por estos circuitos y su potencia. V=10v I? R=100 Ω V=4 5v I? R=150 Ω V=4 5 v I? R=15 Ω a b c 18. Calcula la resistencia en los siguientes circuitos eléctricos y su potencia. V=10v 19. I = 0,5 A R? V=4 5v I = 1 A R? V=4 5 v I = 0,25 A R? 20. Qué efecto eléctrico (transformación energética) se da en cada uno de estos aparatos? PLANCHA A VAPOR HORNO CONVENCIONAL BATIDORA CAFETERA CALEFACTOR ASPIRADORA LAVADORA BOMBILLA SECADORA TOSTADOR LINTERNA VENTILADOR 21. Señala de los que siguen el circuito que tiene un conmutador: V=4 5 v V=4 5 v 22. Dibuja el esquema de un circuito de modo que tenga: Un interruptor con el que apaguemos y encendamos dos lámparas simultáneamente Otro interruptor para poner en marcha un motor Un interruptor general con el que controlemos todo 11 de 12

12 23. Dibuja el esquema de un circuito en el que se enciendan una luz roja y una verde pero no simultáneamente: 24. Dibuja otro circuito y su esquema en el que se ponga en marcha un motor y a la vez una lámpara: 25. Dibuja el esquema del circuito de una casa de juguete de modo que: Tenga un interruptor general Con un interruptor pongamos en marcha sólo un ventilador Con otro encendamos la luz de una sóla habitación La luz del pasillo podamos encenderla desde dos interruptores distintos 26. Dibuja el esquema del circuito de control de un motor de modo que pueda invertirse su sentido de giro 27. De los siguientes aparatos, señala los que disponen de algún electroimán: MARTILLO DE PEÑA TALADRADOR ELÉCTRICO PROYECTOR DE IMAGEN ALTAVOZ LÁMPARA DINAMO DE BICICLETA CÉLULA FOTOELÉCTRICA BATERÍA 12 de 12