TEMA 1 FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNITUDES ELECTRICAS LA CARGA ELECTRICA

Transcripción

1 LA CARGA ELECTRICA Carga eléctrica o cantidad de electricidad de un cuerpo es el exceso o defecto de electrones. UNIDAD DE CARGA ELÉCTRICA La unidad natural de carga eléctrica es la carga del electrón (igual y de signo contrario que la del protón, que tiene carga positiva). Por ser esta carga demasiado pequeña se utiliza como unidad el culombio, que se representa por la letra C. La carga de un culombio equivale a la carga de 6,5 x electrones. Aunque los protones estén cargados de electricidad del mismo nombre, no se repelen, ya que están ligados por fuerzas de carácter nuclear que anulan la repulsión. Los neutrones que comparten el núcleo con los protones, poseen la misma masa que éstos, pero no tienen carga eléctrica de ningún tipo. ACCIONES ENTRE CARGAS Las cargas del mismo signo se repelen y de signo contrario se atraen. 1

2 PARTES QUE CONSTITUYEN UN CIRCUITO ELECTRICO Hay elemento activos como las fuentes de energía (generadores de corriente alterna: alternadores y generadores de corriente continua: pilas y acumuladores), y elementos pasivos como las resistencias, las bobinas y los condensadores. Además un circuito contiene distintos aparatos de accionamiento, maniobra y protección, que nos permiten gobernar la corriente con mayor eficacia y seguridad. Interruptores, relés térmicos, relés electromagnéticos, fusibles. CORRIENTE ELECTRICA Los electrones circulan por el circuito desde el polo negativo del generador al positivo y, por el interior de éste, desde el polo positivo al negativo. Los antiguos científicos pensaron equivocadamente que no eran los electrones los que se movían, por lo que consideraron que la corriente eléctrica iba del cuerpo cargado positivamente, polo positivo, al cargado negativamente, polo negativo. Este sentido denominado convencional es el que más se ha utilizado hasta ahora, dado que en el se fundamentan muchas reglas del electromagnetismo y de otras materias afines.

3 INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA La intensidad de la corriente eléctrica es la cantidad de electricidad que recorre un circuito en la unidad de tiempo. UNIDAD DE INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA La unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica es el amperio. Así pues, cuando en un circuito se mueve una carga de un culombio en un segundo, se dice que la corriente tiene una intensidad de un amperio. Q I = t 1 Culombio 1 amperio = 1 Segundo MEDIDA DE INTENSIDAD Para medir la intensidad de corriente eléctrica se utiliza el amperímetro. 3

4 CLASES DE CORRIENTE ELECTRICA CORRIENTE CONTINUA Corriente continua es la proporcionan las baterías de acumuladores, pilas, dinamos y células fotovoltaicas. Una corriente continua se caracteriza porque los electrones siempre se mueven en el mismo sentido y con una intensidad constante. CORRIENTE ALTERNA La corriente alterna es la que producen los alternadores en las centrales eléctricas. Es la forma más común de transportar la energía eléctrica y de consumirla. Una corriente alterna se caracteriza porque el flujo de electrones se mueve en un sentido y en otro, y además el valor de la corriente eléctrica es variable. Su frecuencia es de 50 Hz o un periodo de 0,0 segundos, esto significa que la corriente cambia de sentido 50 veces en un segundo. 4

5 CONDUCTORES y AISLANTES Los cuerpos aislantes de la electricidad se caracterizan por impedir el paso de la corriente eléctrica a través de ellos. Este fenómeno se debe a que los electrones se encuentran ligados fuertemente a sus átomos y para arrancarlos es necesario aplicar mucha energía, someter el cuerpo a una elevada tensión. Son materiales aislantes la porcelana, el aceite mineral, barniz, vidrio, algodón, seda, papel, plástico, aire seco, etc. A diferencia de los aislantes, los conductores permiten con facilidad el movimiento de los electrones por su estructura molecular. Prácticamente todos los metales son buenos conductores, pero unos lo son mejor que otros. Son conductores el platino, la plata, el cobre, el oro, aluminio, el cinc, el estaño,, hierro, plomo, carbón. RESISTENCIA ELECTRICA Cuando los electrones circulan por un conductor, éstos tienen que moverse a través de todos los átomos, produciéndose un especie de rozamiento que se transforma en calor. Estos choques son menores en los buenos conductores que en los malos. Esta cualidad que tienen los materiales se denomina resistencia eléctrica. Se denomina resistencia eléctrica a la mayor o menor oposición que ofrecen los cuerpos conductores al paso de la corriente eléctrica. UNIDAD DE RESISTENCIA ELÉCTRICA La unidad de medida de la resistencia eléctrica es el ohmio Ω. 5

6 RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud, e inversamente proporcional a su sección y depende del tipo de material. L R = ρ S R: Resistencia del conductor en ohmios Ω L: Longitud del conductor en metros m. S: Sección del conductor en mm. Si el conductor tiene sección circular S = π r siendo r el radio de la sección. ρ: Letra griega rho. Coeficiente de resistividad, según el material y la mm temperatura Ω m A la inversa de la resistividad se le denomina conductividad γ (gamma) 1 γ = ρ RESISTIVIDAD La resistividad es un coeficiente que depende del tipo de material, si es buen conductor como el oro o el cobre, su valor es pequeño. Se representa por la letra griega ρ (rho). ρ S =R L esta expresada en unidades mm Ω m 6

7 RESISTIVIDAD (a 0ºC) Material ρ(ω* mm /m) Aluminio 0,030 Cobre 0,01785 Hierro 0,130 Latón 0,063 Plata 0,016 Zinc 0,061 La resistividad ρ de los materiales varía con la temperatura: En la mayoría de los metales, aumenta con la temperatura y disminuye con ella. En materiales como el carbono, disminuye al aumentar la temperatura. En algunos materiales a temperaturas extremadamente bajas (menos de 60ºC) la resistividad casi desaparece, y se vuelven superconductores. VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA CON LA TEMPERATURA La resistencia de los conductores metálicos aumenta al aumentar la temperatura. El carbón y los electrolitos disminuyen su resistencia con el aumento de la temperatura. R ( + ( t )) R1 1 t1 = α R : Resistencia a la temperatura t. R 1 : Resistencia a la temperatura t 1. α: Coeficiente de variación de la resistencia con la temperatura expresada en 1 0 C MATERIAL COEFICIENTE DE TEMPERATURA A 0ºC ORO 0,0035 PLATA 0,0036 ALUMINIO 0,00446 COBRE 0,0039 ESTAÑO 0,0044 7

8 TENSIÓN ELÉCTRICA La tensión eléctrica entre dos puntos de un conductor se define como el trabajo necesario para desplazar la unidad de carga entre uno y otro punto. A esta tensión también se le llama diferencia de potencial (d.d.p) entre dichos puntos. UNIDAD DE TENSIÓN ELÉCTRICA O VOLTAJE La unidad de tensión eléctrica o d.d.p es el voltio, que se representa por V MEDIDA DE TENSIÓN ELECTRICA La tensión eléctrica o diferencia de potencial entre dos puntos se mide con un aparato llamado voltímetro. F.E.M (FUERZA ELECTROMOTRIZ) Es la causa que mantiene una tensión eléctrica en bornes de un generador. La f.e.m es la tensión eléctrica originada en un generador, que impulsa a los electrones libres del borne negativo al positivo en el circuito exterior 8

9 LEY DE OHM La intensidad de corriente que circula por un conductor es directamente proporcional a la tensión eléctrica o diferencia de potencial entre sus extremos e inversamente proporcional a su resistencia. V I = R CAIDA DE TENSIÓN DE UN CONDUCTOR (c.d.t) Es la disminución de tensión como consecuencia de la resistencia que el conductor presenta al paso de una corriente eléctrica. V = R I 9

10 POTENCIA ELÉCTRICA Potencia es el trabajo desarrollado por unidad de tiempo. La potencia eléctrica es el producto de la tensión por la intensidad de corriente. P (potencia) = V (Tensión) * I (Intensidad) UNIDAD DE POTENCIA La unidad de potencia es el vatio, que se representa por la letra W. Se utiliza mucho un submúltiplo del vatio, el kilovatio kw. POTENCIA PERDIDA EN UN CONDUCTOR Al circular una corriente eléctrica por un conductor, hay una perdida de potencia, que el producto de la resistencia del conductor por el cuadrado de la intensidad de corriente. P = R I 10

11 ENERGIA ELÉCTRICA Energía es la capacidad para producir trabajo. La energía o trabajo es el producto de la potencia por el tiempo durante el cual actúa esa potencia. UNIDAD ELÉCTRICA DE ENERGIA E(energía) = P (Potencia) * t(tiempo) E = P t La unidad de energía es el vatio-segundo, que se llama julio y se representa por la letra J. La unidad que se utiliza en la práctica es el vatio-hora (Wh), se utiliza mucho una unidad múltiplo de la anterior, el kilovatio-hora (kwh) La energía electrica consumida en las instalaciones electricas es facturada por las compañias eléctricas en kilovatio hora, ya que el Julio es una unidad muy pequeña. 1kWh = 1kW 1h= 1000 W 3600 s = J CALOR PRODUCIDO EN UN CONDUCTOR (EFECTO JOULE) Al circular una corriente por un conductor, que presenta una resistencia, hay una pérdida de energía eléctrica, que se transforma íntegramente en energía calorífica. Este fenómeno se conoce como efecto Joule. E: Energía (J). R: Resistencia (Ω). I: Intensidad (A). t: Tiempo: (s) E = P t = R I t 1 Joule -> 0,4 calorías CORTOCIRCUITO Se llama cortocircuito a la unión de dos puntos, entre los cuales hay una 11

12 tensión eléctrica o d.d.p, por un conductor prácticamente sin resistencia, lo que origina según la ley de ohm, una intensidad de valor muy elevado. FUSIBLE Es una porción de un circuito eléctrico que se ha hecho de menor sección que el resto del circuito, con el fin que se funda por efecto Joule cuando la intensidad toma un valor muy elevado (sobreintensidad); interrumpiendo así el paso de la corriente eléctrica. Su finalidad es proteger contra sobreintensidades o cortocircuitos. FUSIBLE 1 CARGA 1

13 MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DEL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES Los múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades del SI se forman por medio de prefijos, que designan los factores numéricos decimales por los que se multiplica la unidad, y que figuran en la siguiente tabla. MULTIPLOS SUBMULTIPLOS FACTOR PREFIJO SÍMBOLO FACTOR PREFIJO SÍMBOLO exa E 10-1 deci d peta P 10 - centi c 10 1 tera T 10-3 mili m 10 9 giga G 10-6 micro µ 10 6 mega M 10-9 nano n 10 3 kilo k 10-1 pico p 10 hecto h femto f 10 1 deca da atto a 13