TEMA 8: LA CORRIENTE ELÉCTRICA.

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1 TEMA 8: LA CORRIENTE ELÉCTRICA. 1. QUÉ ES LA ELECTRICIDAD? 2. CÓMO SE PRODUCE LA ELECTRICIDAD? 3. CORRIENTE ELÉCTRICA. 4. CONDUCTORES Y AISLANTES. 5. TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA. 6. EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA. 7. CIRCUITO ELÉCTRICO. 8. MAGNITUDES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA. 9. DISEÑO DE CIRCUITOS CON EL ORDENADOR: CROCODILE CLIPS. 10. ACTIVIDADES. 1. QUÉ ES LA ELECTRICIDAD? Las primeras observaciones sobre fenómenos eléctricos se realizaron ya en la antigua Grecia, cuando el filósofo Tales de Mileto ( a.c.) comprobó que, al frotar barras de ámbar 15 contra pieles curtidas, se producía en ellas características de atracción que antes no poseían. Es el mismo experimento que ahora se puede hacer frotando una barra de plástico con un paño; acercándola luego a pequeños pedazos de papel. Un tipo de partículas abandonan en unos casos la barra, por acción del frotamiento, y otras veces abandona el paño para pasar a la barra. La materia está constituida por átomos. A su vez, los átomos están formados por partículas aún más pequeñas: los protones y los neutrones, que se encuentran en el núcleo, y los electrones que se mueven alrededor del núcleo. En algunos materiales, los electrones pueden salir de los átomos y moverse libremente. Podemos decir que la corriente eléctrica es el paso de partículas con carga negativa, los electrones (e - ), a través de un hilo conductor (metal). 15 Es una piedra preciosa hecha de resina vegetal fosilizada, cuyo origen principal procede de restos de coníferas. 104

2 2. CÓMO SE PRODUCE LA ELECTRICIDAD? Dependiendo de la energía que se quiera transformar en electricidad, será necesario aplicar una determinada acción. Debido al Principio de Conservación de la Energía 16, siempre necesitaremos una fuente de energía primaria, para después transformarla en electricidad. Se podrá disponer de electricidad por los siguientes procedimientos: ENERGÍA Mecánica Química Magnética Luminosa Calorífica ACCIÓN Movimiento Rotativo Reacc. Química Magnetismo Luz Calor La forma de producción de electricidad se basa el funcionamiento de: ALTERNADOR: Similar a la dinamo 17 de una bicicleta, es un dispositivo capaz de transformar el movimiento rotativo en electricidad. (Produce Corriente Alterna / Corriente Continua) TURBINA: Dispositivo mecánico que transforma la energía cinética de un fluido, en movimiento rotativo y viceversa. Por el contrario, el Motor eléctrico es un dispositivo capaz de transformar la electricidad en movimiento. Alternador Turbina 3. CORRIENTE ELÉCTRICA. Se define como el desplazamiento de los electrones a través de un conductor. Siempre desde el material cargado negativamente, al cargado positivamente. 16 La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. 17 Es un generador eléctrico, que se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética. 105

3 Por convenio, se dice que la corriente eléctrica circula desde el cuerpo cargado positivamente al cargado negativamente. Para crear y mantener la corriente eléctrica (movimiento de electrones), deben darse dos condiciones indispensables: 1.- Una fuente de electrones o dispositivo para su generación (generador), pila, batería, etc. 2.- Un camino, sin interrupción, en el exterior del generador, por el cual, circulen los electrones. A este camino se le conoce como conductor. Además, suele existir un elemento llamado receptor, que es el que recibe los electrones y aprovecha la energía de su movimiento para conseguir el efecto deseado: luz, calor, etc. A todo este conjunto se le denomina circuito eléctrico. Según se permita el paso de corriente podemos tener los siguientes circuitos: Si los conductores permanecen unidos al generador y al receptor, se dice que es un circuito cerrado. Cuando algún tramo del conductor se interrumpe, al no existir conexión entre el generador y el receptor, los electrones no pueden desplazarse por el circuito y, en consecuencia, no se establece la corriente eléctrica, se dice entonces que es un circuito abierto. Circuito cerrado Circuito abierto 106

4 4. CONDUCTORES Y AISLANTES. Debido a que la estructura atómica de los materiales, no todos los cuerpos permiten el paso de la corriente eléctrica con la misma facilidad. CONDUCTORES: A los materiales que permiten este paso de electrones se les denomina materiales conductores. Entre ellos, destacan el oro y la plata; pero su elevado precio hace que sólo se empleen en aparatos electrónicos de precisión. Los materiales comúnmente empleados son el cobre y el aluminio. AISLANTES: Hay ciertos materiales que se oponen casi totalmente al paso de corriente eléctrica. Estos reciben el nombre de materiales aislantes. En estos materiales los electrones están fuertemente ligados a los átomos, también se conocen como no conductores o dieléctricos 18. Buenos ejemplos de aislantes son la madera, el plástico, el papel, la porcelana, etc. 5. TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA. Atendiendo al sentido del movimiento de los electrones y a su cantidad, se puede hacer la siguiente clasificación de corrientes eléctricas: 5.1 CORRIENTE CONTINUA (CC). En cada instante los electrones circulan en la misma cantidad y sentido. Es el tipo de corriente generada por una pila o una batería. 5.2 CORRIENTE ALTERNA (CA). Dependiendo del instante, los electrones circularán en un sentido o en otro, siendo también variable su cantidad. Es el tipo de corriente más empleada, por ejemplo en cualquier enchufe eléctrico de una vivienda. 6. EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA. Los efectos de la corriente eléctrica se pueden clasificar en: 1.- Luminosos. 2.- Caloríficos 3.- Magnéticos. 4.- Dinámicos. 5.- Químicos. 18 Materiales que no conducen la electricidad, por lo que se pueden utilizar como aislantes eléctricos. 107

5 Estos efectos suelen aparecer relacionados entre sí. Por ejemplo: una lámpara desprende calor y un calefactor eléctrico desprende luz. El efecto magnético es el utilizado en los electroimanes. Se puede conseguir un imán enrollando un conductor a una barra metálica, y haciendo circular una corriente eléctrica. El efecto dinámico consiste en la producción de movimiento, como ocurre con un motor eléctrico. 7. CIRCUITO ELÉCTRICO. Circuito Eléctrico es el conjunto de componentes unidos entre sí que permiten el paso de la corriente eléctrica o electricidad. En todo circuito eléctrico observamos los siguientes elementos: GENERADOR: Es el que genera o produce la electricidad. Los generadores que más usamos son las pilas o baterías. CABLES Y CONECTORES: Son los materiales que permiten el paso de la electricidad. El más utilizado es el cable de cobre. ELEMENTOS DE CONTROL: El más conocido y empleado es el interruptor que controla el paso o no de la electricidad. ELEMENTOS DE PROTECCIÓN: Son aquellos que protegen al circuito de sobrecargas o cortocircuitos. Por ejemplo, un fusible 19 es un elemento de protección al circuito, mientras que el revestimiento de los cables de cobre es un elemento de protección al usuario. RECEPTOR: Dispositivo eléctrico que queremos hacer funcionar, en el se transforma la energía eléctrica en algún otro tipo de energía. 7.1 ESQUEMA DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO. Elemento de protección Interruptor Lámpara o luz de señal Pila o batería Conductores (cables) 19 Dispositivos que permiten el paso de la corriente eléctrica hasta que ésta supera el valor máximo permitido. 108

6 7.2 TIPOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS. De acuerdo al tipo de conexión, tenemos tres tipos de circuito eléctrico: CIRCUITO ELÉCTRICO EN SERIE: En este tipo de circuito, la conexión es lineal; es decir, sigue una sola trayectoria desde el generador hasta llegar al receptor. Este tipo de circuito es muy limitado en cuanto a sus aplicaciones. CIRCUITO ELÉCTRICO EN PARALELO: Este tipo de conexión contempla dos o más derivaciones (desviaciones) de la trayectoria inicial. Con el circuito eléctrico en paralelo podemos hacer funcionar a más de un receptor, utilizando un solo generador. CIRCUITO ELÉCTRICO MIXTO: En la realidad, los circuitos eléctricos son mixtos, es decir, combinan una parte de conexión en serie con una parte de conexión en paralelo. 8. MAGNITUDES DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA. El flujo de una corriente continua está determinado por varias magnitudes relacionadas entre sí: INTENSIDAD DE CORRIENTE (I): Es la cantidad de electrones (cargas negativas) que pasan en un segundo por una sección determinada del conductor. Es como el tráfico de electrones en las carreteras del circuito eléctrico. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) de intensidad de corriente eléctrica es el AMPERIO (A). TENSIÓN ELÉCTRICA (V): Llamada también voltaje. Es la energía que impulsa a los electrones para que recorran el circuito y formen la corriente eléctrica. Esta energía nos la puede proporcionar una pila, una batería, un generador eléctrico, o el enchufe de la red eléctrica. Esta magnitud se mide en VOLTIOS (V). 109

7 RESISTENCIA (R): Los elementos pasivos oponen cierta resistencia al paso de corriente, produciendo una diferencia de potencial o voltaje, entre sus bornes 20 y disipan energía en forma de calor (consumen energía). La unidad de resistencia es el OHMIO (Ω). La relación entre estas tres magnitudes sigue la expresión de la Ley de Ohm : V = I En los circuitos en serie la intensidad es la misma en cualquier punto del circuito, pero el voltaje se reparte entre los distintos elementos. En los circuitos en paralelo la intensidad se reparte entre las diferentes ramas del circuito, pero el voltaje es el mismo en todos los sitios. EJEMPLO: Dado el siguiente circuito, calcula la intensidad de corriente que circula por él. R Ley de Ohm De la anterior expresión despejamos la intensidad, I: V = I R I = V R I = 9 30 I = 0, 3 A 9. DISEÑO DE CIRCUITOS CON EL ORDENADOR: CROCODILE CLIPS. 9.1 INICIO DEL PROGRAMA. Crocodile Clips es un programa didáctico de simulación de circuitos, especialmente útil para los alumnos de secundaria. Con él podemos aprender tanto los elementos que forman un circuito, cómo su funcionamiento y diseño. Para iniciar el programa basta con hacer doble clic sobre su icono, apareciendo un cuadro que nos informa sobre la versión, el cual podemos cerrar pulsando en el botón OK. 20 Cada uno de los terminales de metal en que suelen terminar algunas máquinas y aparatos eléctricos, y que se emplean para su conexión a los hilos conductores. 110

8 9.2 LA PANTALLA DEL PROGRAMA. Los elementos a destacar son los siguientes: Barra de Título Botones de Control Barra de Menús Barra de Herramientas Principal Barra de Desplazamiento Área de Diseño del Circuito 9.3 BARRA DE HERRAMIENTAS PRINCIPAL. En este apartado, vamos a describir los botones más importantes del programa, para poder construir nuestros circuitos. Estos botones se encuentran en la barra de herramientas Principal. Al pulsar sobre uno de ellos, la barra de herramientas cambia, mostrando una barra de herramientas nueva, con las opciones del botón seleccionado. Para poder volver a la barra Principal, basta con pulsar sobre la Flecha Arriba. Si queremos ELIMINAR o REPARAR un componente del circuito, debemos pulsar sobre el Cocodrilo. 111

9 9.4 SUMINISTROS DE ENERGÍA. Este botón nos permite situar una fuente de energía o de electrones, sobre nuestro circuito. Al pulsar sobre él nos aparece una barra nueva cuya opción más importante es la de Pila. 9.5 INTERRUPTORES. Este botón nos permite situar interruptores de corriente, sobre nuestro circuito. Al pulsar sobre él nos aparece una barra nueva cuyas opciones más importante son: Interruptores unipolares de una vía. Interruptores unipolares de dos vías. 9.6 COMPONENTES PASIVOS. Este botón nos permite situar elementos de protección, sobre nuestro circuito. Al pulsar sobre él nos aparece una barra nueva cuya opción más importante es la de Resistor. 9.7 SALIDAS DE LUZ. Este botón nos permite situar puntos de luz, sobre nuestro circuito. Al pulsar sobre él nos aparece una barra nueva cuyas opciones más importantes son: Luz de señal. Lámpara de filamento. 9.8 CONSTRUCCIÓN DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO. Para crear un circuto, primero debemos ir situando cada elemento sobre el Área de diseño. Seleccionamos un elemento y lo arrastramos, con el ratón, a la zona que nos interese. Esto se repite para cada elemento. 112

10 A continuación, debemos unir con los cables de conexión, todos los elementos del circuito. Esta operación la realizaremos de la siguiente forma: Hacemos clic sobre un extremo de un elemento. El puntero del ratón se muestra como una bobina de cable. Activada la bobina podemos llevar la conexión a todos los elementos que nos interesen, completando el circuito. Si queremos probar el circuito, basta con pulsar sobre los interruptores que hayamos puesto en él. Para modificar el valor de algún componente, basta con hacer clic sobre el número que indica dicho valor. Nos aparece entonces, un cuadro de diálogo donde podemos elegir un nuevo valor. 9.9 CONMUTADOR ELÉCTRICO. El conmutador realiza la misma función que el interruptor, pero permite controlar el punto de luz desde dos sitios distintos. Para ello necesitamos dos interruptores de doble vía. El esquema de conexión es el que se muestra en la siguiente figura. Interruptores conmutados 113

11 9.10 GUARDAR EL DISEÑO DEL CIRCUITO. Un vez completado el circuito, podemos guardarlo como un archivo de cualquier otro programa. Activamos el Menú Archivo y elegimos la opción Guardar Como. 114