La electricidad y sus aplicaciones

Transcripción

1 La electricidad y sus aplicaciones Electricidad Corriente eléctrica Magnitudes eléctricas Ley de Ohm Circuito eléctrico Elementos Símbolos Asociaciones eléctricas Producción de electricidad Potencia eléctrica

2 LA ELECTRICIDAD Qué pasaría si no hubiese electricidad? Hoy en día necesitamos la electricidad para realizar casi todas nuestras actividades diarias. Ejercicio 1. Realiza una lista de 10 objetos que empleen la energía eléctrica

3 LA ELECTRICIDAD La electricidad engloba todos los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas de los cuerpos. La materia está formada por átomos, los cuales a su vez poseen unas partículas más pequeñas con carga eléctrica: los electrones y protones Los electrones y protones que están dentro de los átomos tienen carga negativa y positiva respectivamente. Protónes Electrón Átomo

4 LA ELECTRICIDAD Las cargas crean unas fuerzas entre ellas de atracción y repulsión en función del signo de la carga: Cargas iguales: se repelen Cargas diferentes: se atraen Atracción Repulsión Repulsión

5 LA ELECTRICIDAD La materia se puede cargar eléctricamente cuando se descompensa la distribución de las cargas. Por ejemplo podemos hacerlo al frotar un bolígrafo contra el pelo y acercarlo contra pedazos de papel

6 La corriente eléctrica Cómo podemos mover las cargas? Si queremos mover las cargas eléctricas tenemos que crear una descompensación entre dos elementos y conectarlos. Distribución de cargas desequilibrada Cargas equilibradas

7 La corriente eléctrica Pero cómo se mueven los electrones? Por ejemplo, en una batería un polo tiene más electrones (cargas negativas), por ello al conectarlo con el otro polo se inicia un trasvase de electrones hasta que se llega al equilibrio. Hemos creado corriente eléctrica

8 La corriente eléctrica Podemos lograr que las cargas se muevan continuamente, creando así una corriente eléctrica. La corriente eléctrica es el desplazamiento de las cargas eléctricas a través de un material.

9 Tipos de materiales. La estructura atómica de cada material determina la mayor o menor facilidad con que se desplazan los electrones, de manera que se pueden clasificar los materiales según su comportamiento eléctrico en: Conductores. Permiten el paso de la corriente eléctrica. Los metales, el agua. Aislantes. No permiten el paso de la corriente eléctrica. La madera, el vidrio, los plásticos y el aire. Semiconductores. Presentan propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes. Germanio y silicio.

10 Resistencia eléctrica de los materiales. Es la oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica. Se representa con la letra R y se mide en ohmios Ω

11 Resistencia eléctrica de los materiales La resistencia eléctrica de un conductor se puede calcular con la siguiente expresión: l R=ρ S ρ = resistividad (Ω mm 2/m) l = longitud (m) S = sección (mm2) EJERCICIO 2 Calcula la resistencia eléctrica de un cable de cobre de 10 m de longitud y 1,5 mm2 de espesor si sabemos que su resistividad es de 0,017 Ω mm 2/m 2 EJERCICIO 3: Calcula la resistencia de un conductor de aluminio de 5500 m de longitud, si su sección es de 25 mm2, si sabemos que la resistividad del aluminio es de :0,028 Ω mm 2/m

12 La corriente eléctrica Para qué sirve la corriente eléctrica? Gracias al movimiento de cargas se transforma la energía eléctrica en otras energías útiles para nosotros Energía magnética

13 La corriente eléctrica La corriente eléctrica se transforma en las siguientes energías. Energía calorífica Energía Eléctrica Energía luminosa Energía mecánica y estas a su vez pueden usarse para crear energía eléctrica Energía magnética

14 Ejercicio 4: Tienes que buscar en casa seis equipos eléctricos y escribir sus nombres indicando la energía que se obtiene al transformar la electricidad. Equipo eléctrico Energía Vitrocerámica Energía calorífica

15 Las magnitudes eléctricas Para poder entender la electricidad debemos conocer las magnitudes que definen la electricidad: VOLTAJE INTENSIDAD RESISTENCIA

16 Las magnitudes eléctricas: El voltaje eléctrico Por qué se mueven las cargas? Los electrones necesitan energía para moverse por un material y esta se llama Voltaje Definimos el voltaje como la energía por unidad de carga que hace que estas circulen por un material. Esta magnitud que se mide en Voltios

17 Las magnitudes eléctricas: La corriente eléctrica Para entender la corriente podemos entenderla como una corriente de agua donde las gotas son las cargas eléctricas Aprovechamos la fuerza del movimiento de las gotas de agua para crear energía

18 Las magnitudes eléctricas. El voltaje eléctrico Vemos que el agua tendrá mas fuerza si tiene más agua en el depósito. Lo mismo ocurre con la electricidad Más presión de agua Menos presión de agua

19 Las magnitudes eléctricas. El voltaje eléctrico Cuanto mayor es la tensión eléctrica mayor energía tendrán las cargas eléctricas en su movimiento Más tensión Menos tensión

20 Las magnitudes eléctricas. La intensidad eléctrica La intensidad eléctrica es la cantidad de carga que circula a través de un conductor por unidad de tiempo. Se mide en Amperios Mayor intensidad Menor intensidad

21 Las magnitudes eléctricas. La resistencia eléctrica La resistencia eléctrica es la oposición que presentan los conductores al paso de corriente. Se mide en Ohmios Mayor Resistencia Menor Resisitencia

22 La ley de Ohm La ley de Ohm nos relaciona las tres magnitudes eléctricas : Magnitud V I= R Unidad Nombre Símbolo Nombre Símbolo Voltaje V Voltios V Intensidad I Amperios A Resistencia R Ohm Ω

23 La ley de Ohm La intensidad del circuito depende del voltaje de forma directamente proporcional: Si el voltaje es alto: las cargas llevan mucha energía por lo que la Intensidad será alta V I= R

24 La ley de Ohm La intensidad depende de la resistencia de forma inversamente proporcional: Si hay mucha resistencia, existe mucha oposición al paso de las cargas por lo que hay poca intensidad Salen pocas cargas debido a la oposición que encuentra V I= R

25 La ley de Ohm Ejercicio 5: Justifica cómo sería la intensidad si: Tenemos poco Voltaje V Tenemos poca resistencia R V I= R V I= R

26 La ley de Ohm Ejercicio 6: Explica cómo será la Intensidad si: Aumentamos la Resistencia y el Voltaje. Disminuimos la Resistencia e incrementamos el Voltaje. Aumentamos la Resistencia y disminuimos el Voltaje Disminuimos la Resistencia y el Voltaje.

27 La ley de Ohm. Cálculos con la ley de Ohm Para calcular el valor que tiene una de las tres magnitudes debemos conocer el valor de las otras dos y sustituir su valor en la ecuación de Ohm: Por ejemplo si queremos saber la I y sabemos que R=20 y V= 80V V I= R 80 I= =4 20 I=4 A

28 La ley de Ohm. Cálculos con la ley de Ohm Ejercicio 7: Calcula el valor de la Intensidad en los siguientes casos V I= R V (V) R ( ) I (A)

29 El circuito eléctrico El circuito eléctrico es un conjunto de elementos que permiten controlar la corriente eléctrica Necesitamos: 1.Generador 2.Elementos de control 3.Receptores 4.Conductores 5.Elementos de Protección

30 El circuito eléctrico. Elementos Los elementos imprescindibles para un circuito son: Generador: crea la corriente eléctrica aplicando un voltaje al circuito. Pueden ser: Pilas: Proporcionan corriente eléctrica pero de corta duración. Si se pueden recargar hablamos de baterías Fuentes de alimentación: permiten una corriente eléctrica constante y continua.

31 El circuito eléctrico. Elementos Los elementos imprescindibles para un circuito son: Elemento de maniobra: nos permite controlar el circuito Interruptores: mantienen la posición de encendido o apagado (la luz del baño) Pulsadores: sólo cierra el circuito mientras mantenemos pulsado (el timbre de la puerta) Conmutador: permite encender o apagar un elemento desde varios puntos de la habitación

32 El circuito eléctrico. Elementos Receptores: son los elementos que transforman la energía eléctrica en otra útil para nosotros. Por ejemplo: Bombillas incandescentes: al pasar corriente por el filamento este se calienta emitiendo luz Motores: la electricidad crea un campo de fuerzas que crea el movimiento Resistencias: sirven para disminuir la intensidad que circula por un circuito

33 El circuito eléctrico. Elementos Conductor: todos los elementos deben de estar unidos mediante un material conductor Los Conductores y equipos eléctricos tienen que estar aislados para protegernos de descargas eléctricas cuando los tocamos.

34 El circuito eléctrico. Elementos Ejercicio 8: Indica cuál de estas bombillas lucirá y porqué : Ejercicio 9: Lucirá esta bombilla? Por qué?

35 El circuito eléctrico. Elementos Elementos de protección: evitan que se destruyan los restantes elementos del circuito cuando hay subidas o bajadas de tensión Fusibles: son componentes que se destruyen en caso de subida de tensión, cortando el circuito. Se cambian con facilidad Interruptores automáticos: protegen instalaciones complejas como las de las casas, sin tener que cambiarlos, solo reactivando el interruptor

36 El circuito eléctrico. Simbología La simbología eléctrica nos permite representar los circuitos eléctricos empleando dibujos que sustituyen los elementos de los circuitos.

37 El circuito eléctrico. Simbología Generador Pila, batería o dinamo Asociación de generador Conductores: cuando se solapan sin conetarse se indica con una curva

38 El circuito eléctrico. Simbología Elementos de maniobra Pulsador Interruptor Conmutador

39 El circuito eléctrico. Simbología Elementos de protección Fusible Receptores: Lámpara Resistencias: poseen dos símbolos Motores

40 El circuito eléctrico. Simbología Ejercicio 10: Dibuja los siguientes circuitos empleando la simbología normalizada

41 El circuito eléctrico. Simbología Ejercicio 11: Dibuja los siguientes circuitos empleando la simbología normalizada

42 El circuito eléctrico. Simbología Ejercicio 12: Dibuja los siguientes circuitos empleando la simbología normalizada

43 Conexiones de los circuitos eléctricos El comportamiento de los elementos de un circuito dependen de cómo estén estos conectados entre sí. Existen tres configuraciones posibles: Serie Paralelo Mixto

44 Conexiones de los circuitos eléctricos Conexión en SERIE La conexión en serie distribuye los elementos conectando sus extremos uno tras otro De esta forma sólo existe un punto de unión entre los elementos 1 y 2 están unidos sólo por el punto A 2 y 3 están unidos sólo por el punto B

45 Conexiones de los circuitos eléctricos Conexión en PARALELO La conexión en paralelo tiene todos los elementos conectados entre sí por dos puntos De esta forma 1, 2 y 3 están unidos a A y a B

46 Conexiones de los circuitos eléctricos Conexión MIXTA La conexión mixta posee elementos conectados en serie y otros en paralelo 1, 2 y 3 están en paralelo y todos ellos a su vez están en serie con 4

47 Conexiones de los circuitos eléctricos Ejercicio 13: Indica cual de los siguientes elementos está en serie, paralelo y mixto.

48 Conexiones de los circuitos eléctricos Ejercicio 14: Indica cual de los siguientes elementos está en serie, paralelo y mixto.

49 Conexiones de los circuitos eléctricos Ejercicio 15 Indica cual de los siguientes elementos está en serie, paralelo y mixto.

50 Conexiones de los circuitos eléctricos: asociaciones de resistencias A la hora de realizar cálculos en circuitos debemos empezar siempre por calcular la resistencia equivalente del circuito. El método a usar será diferente según las resistencias estén conectadas en serie o en paralelo. - Si las resistencias están en serie, para calcular la resistencia equivalente se suman. Rtotal= R1 + R2+ Rn -Si las resistencias están asociadas en paralelo, se calcula la inversa de la suma de las inversas de cada resistencia. Rtotal = 1 1 /R 1 +1/ R /.. R n

51 Conexiones de los circuitos eléctricos: asociaciones de resistencias EJERCICIO 16: Calcula el valor de la resistencia equivalente en los siguientes circuitos:

52 Conexiones de los circuitos eléctricos Pero que resultado tiene las diferentes asociaciones de los elementos? Las asociaciones en paralelo y serie tienen efectos sobre la intensidad y voltaje que llegan a los elementos conectados

53 Conexiones de los circuitos eléctricos El voltaje Serie Paralelo El voltaje se reparte entre El voltaje llega por igual a los elementos, de forma todos los elementos, por lo que tienen menos energía que todas la bombillas para cada bombilla, por lo tienen la misma energía que lucen poco que la pila y lucen igual

54 La intensidad Serie En serie todas las bombillas están en línea y por ello generan mayor resistencia, por lo que la intensidad es menor y la pila durará más tiempo Paralelo En paralelo las bombillas separadas ofrecen menos resistencia por lo que la intensidad por las bombillas será grande y la pila se agotará pronto

55 El circuito Serie Si se corta en algún punto el circuito, ya no podrá continuar la electricidad por lo que todo el circuito está cortado Paralelo En paralelo si se corta en algún punto, la corriente puede ir por otro camino por lo que no se corta todo el circuito Cortado

56 Conexiones de los circuitos eléctricos Si estamos en serie y hay una fuga el agua no puede continuar. En paralelo encuentra otro camino

57 ACTIVIDADES EJERCICIO 17: En los circuitos de la figura calcula; la resistencia equivalente, la intensidad que circula por cada resistencia, la caída de tensión en cada resistencia, la potencia entregada por la pila y la potencia consumida en cada resistencia. Circuito A: Circuito B:

58 ACTIVIDADES EJERCICIO 18: En el siguiente circuito calcula: La resistencia equivalente. La intensidad total que recorre el circuito. La intensidad que recorre cada resistencia. El voltaje o diferencia de potencial en cada resistencia. La potencia entregada por la pila y la consumida en cada resistencia.

59 ACTIVIDADES EJERCICIO 19: En el circuito de la figura calcula; la resistencia equivalente, la intensidad que circula por cada resistencia, la caída de tensión en cada resistencia, la potencia entregada por la pila y la potencia consumida en cada resistencia. Calcula también la energía proporcionada por la pila en Kw.h sabiendo funciona 2 horas.

60 Producción de energía eléctrica La generación de electricidad comenzó cuando Alessandro Volta hizo su primera batería eléctrica.

61 Producción de energía eléctrica Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica puede alterar una brújula (que tiene una aguja inmantada). Lo mismo pasa si ponemos un imán natural, por lo que Oersted concluyó que un circuito cerrado es un imán artificial.

62 Producción de energía eléctrica Mr Michael Faraday tuvo una idea, si una corriente eléctrica puede generar un campo magnético, Puede un campo magnético crear una corriente eléctrica? Michael Faraday

63 Producción de energía eléctrica Por lo tanto Mr Michael Faraday descubrió que podemos crear electricidad cuando movemos un imán cerca de un circuito cerrado. Esta es la base del electromagnetismo. Gracias a este fenómeno, las centrales eléctricas pueden generar corriente eléctrica.

64 TIPOS DE CORRIENTE La eléctrica puede ser de dos tipos: La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor. En la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. (Del polo positivo al polo negativo, pasando por el circuito, según el sentido convencional de la corriente ) Las pilas, baterías, células fotovoltaicas y dínamos suministran corriente continua.

65 TIPOS DE CORRIENTE Se denomina corriente alterna (CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. Va cambiando de sentido y por tanto de signo continuamente, con tanta rapidez como la frecuencia de oscilación de los electrones (50 Hz). Se representa gráficamente mediante una onda senoidal. Este tipo de corriente es la que se genera en las centrales eléctricas.

66 Producción de energía eléctrica Hoy en día, las grandes centrales eléctricas emplean el descubrimiento de Faraday (leyes del electromagnetismo).

67 Producción de energía eléctrica Se usan otras energías como la eólica, la hidráulica, la térmica de combustión, la térmica nuclear etc, para mover una turbina que a su vez mueve el alternador que genera la corriente eléctrica alterna. turbina Generador

68 Distribución de la energía eléctrica Desde el generador de la central eléctrica se transmite la electricidad a nuestras casas pasando por diferentes transformadores elevadores y reductores de la tensión y por las líneas de alta, media y baja tensión. Línea de alta tensión Línea de baja tensión Transformador Transformador

69 Potencia eléctrica Qué diferencia hay entre una bombilla de 100 W y una de 7 W? Esta es una bombilla de bajo consumo porque consume menos energía (7 W) que una incandescente(100w) Lo sabemos porque W (vatio) es la unidad de la potencia eléctrica.

70 Potencia eléctrica El vatio (W) es la unidad de la Potencia Eléctrica y expresa la energía consumida por unidad de tiempo de un equipo eléctrico. P=V I P= Potencia (Vatios W) V= Voltaje (voltios V) I= Intensidad (Amperio A)

71 Potencia eléctrica En casa todos los enchufes tienen 230 Voltios, por lo que si sabemos la que la potencia de una bombilla de 100W podemos calcular la Intensidad a través de la bombilla. P= 100W V = 230 V P=V I P I= V 100 I= 230 I=0,43 A

72 Potencia eléctrica La electricidad que consumimos se mide en kwh y pagamos entre 0,1-0,15 cada Kwh.

73 Potencia eléctrica Un Kwh es la energía eléctrica que consumimos, se calcula multiplicando la potencia eléctrica del aparato por las horas de uso: E=P.t E=energía eléctrica (kw.h) P= Potencia eléctrica (W) t= tiempo (horas)

74 Potencia eléctrica Para calcular el coste de la energía consumida multiplicamos la energía consumida en kwh por el precio del kw.h que nos fija la compañía eléctrica que puede variar entre 0,1 0,15 cada kwh. Coste = E (kw.h). precio (euros/kw.h)

75 Potencia eléctrica EJERCICIO 20: Vamos a calcular cuánto tenemos que pagar cuando usamos una lavadora durante 2h si su potencia es de 1500W. P= 1500W = 1,5 KW t= 2 h E(energía consumida)= P.t= 1,5 KW.2h= 3 KW.h Coste= E. precio= 3KW. 0,1 euro/kw.h= 0,3 euros.

76 ACTIVIDADES DE REPASO Contesta a las siguientes preguntas: - Qué es la corriente eléctrica? - En qué tres tipos clasificas los materiales según su conductividad eléctrica? - Qué es el voltaje eléctrico? En qué unidades se mide? - Qué es la intensidad eléctrica? En qué unidades se mide? - Qué es la resistencia eléctrica? En qué unidades se mide? - La resistencia eléctrica depende de las dimensiones del conductor? Indica la fórmula que las relaciona. - En qué tipo de energía se puede convertir la corriente eléctrica según el receptor? Une con flechas:

77 ACTIVIDADES DE REPASO

78 ACTIVIDADES DE REPASO A qué dispositivo pertenece cada uno de los siguientes símbolos?

79 Cuáles de los montajes están en serie y cuáles en paralelo?

80 Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones y corrige las falsas.

81 Indica en las situaciones que se presentan en la tabla si funcionarán las lámparas y el motor A cerrado B abierto Motor Lámpara 1 Lámara 2 A abierto B cerrado A cerrado B cerrado

82 Calcula el valor de la intensidad V (V) R ( ) I (A)

83 Contesta a las siguientes preguntas: - En qué hecho se basó Michael Faraday en relación a la generación de corriente eléctrica? - En qué principio se basa la generación de corriente eléctrica? - Qué dos tipos de corriente eléctrica existen? Explica las diferencias entre ellas. - Cuál es el principio de funcionamiento de las centrales eléctricas? - Indica en el esquema los tipos de centrales que se ven y el nombre de los componentes que ves.

84 Contesta a la siguiente pregunta: - Indica en la imagen los elementos que forman parte de la red de distribución de la energía eléctrica.