ELECTRICIDAD 2ºESO
LA CARGA ELECTRICA DE LA MATERIA
Los átomos están constituidos por dos zonas diferentes
- el núcleo, muy pequeño, donde esta concentrada casi toda la masa, que esta constituida por unas partículas llamadas protones con carga positiva y los neutrones sin carga, que se encuentran fijos en el centro del átomo.
- La corteza, muy grande en la parte externa, donde se agitan moviéndose a una altísima velocidad, otras partículas llamadas electrones muchísimo más pequeñas y menos pesadas que las anteriores (unas 2000 veces) y que tiene una carga del mismo valor que los protones pero de signo contrario, es decir negativa. Si imaginásemos que un electrón es una abeja, cada protón y neutrón sería una pelota de futbol-sala. Podríamos comparar un átomo con el espacio (superficie) que ocuparían revoloteando un enjambre de abejas en un radio de ¡1 Km! (corteza) alrededor de la colmena que estaría formada por varias decenas de balones de futbol-sala (núcleo). Entre ellos se cree que no habría nada (ni aire…)Parece ser por tanto que: ¡La materia está en su mayor parte hueca!
LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Vamos a ver cómo los electrones pueden desplazarse por el interior de un conductor de un átomo a otro y las condiciones necesarias para que esto ocurra.
Cuando a un átomo se le somete a fuerzas provocadas por campos eléctricos, sus electrones se ponen en movimiento saltando fuera del átomo al que pertenecen, y chocando con los electrones de otros átomos. Entonces los electrones quedan amarrados a esos nuevos átomos y los electrones desplazados vuelven a saltar fuera de dichos átomos y así sucesivamente. Por tanto, para que los electrones se pueden desplazar, es necesario que encuentren en su camino otros átomos con nuevos electrones libres a quienes empujar, y así sucesivamente.
Es decir el movimiento de los electrones libres los podemos comparar al movimiento que se produce cuando en una fila hecha con fichas de dominó empujamos la primera de ellas y ese impulso se transmite a través de todas hasta llegar a derribar la última. Esto ocurre por que hay fichas intermedias que transmiten el movimiento.
Denominamos corriente eléctrica al desplazamiento de los electrones en un material.
Por tanto cuando conectamos el cable de 1 metro de longitud de una bombilla, al enchufe de la red eléctrica en la pared, la corriente eléctrica que circula por el cable, no esta formada por electrones que se desplazan a lo largo de un metro de longitud, sino que hacen saltos diminutos de un átomo a otro muy cercano, transmitiéndose esos saltitos a lo largo de toda la longitud del cable (como en los videos de los record guiness de caidade fichas de dominó).
MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES
Los materiales que tienen electrones que pueden saltar libertad de un átomo a otro, son capaces de transmitir o conducir la corriente eléctrica se llaman conductores de la corriente électrica.Un ejemplo son los metales: plata, oro, cobre, aluminio, etc.
Los materiales aislantes, no pueden conducir la corriente eléctrica, al no haber electrones que puedan saltar con libertad de un átomo a otro. Ejemplos son el vidrio, la seda, la madera, la porcelana, el aire, el plástico, etc.
MÁGNITUDES ELÉCTRICAS
TENSIÓN O VOLTAJE
Si dejamos un coche de juguete en el punto más alto de una rampa, el cochecito rodará hasta la zona más baja. El movimiento del cochecito se produce porque existe entre el punto inicial y el punto final un cierto desnivel de altura.
Si tenemos dos depósitos de agua conectados con un tubo, no habrá una corriente de agua en el tubo, sino existe
y ninguno o pocos en otro.La energía eléctrica es la verdadera causa que origina el movimiento de los electrones de unos átomos a otros en un conductor. Es necesario por tanto un cierto “desnivel eléctrico”, que llamamos diferencia de potencial eléctrico, tensión o voltaje.
La tensión o voltaje es la cantidad de energía necesaria por electrón (unidad de carga), que tenemos que emplear en mover a los electrones. A la magnitud se le representa con la letra V, y su unidad de medida es el Voltio (que también se representa con la letra V).
Podemos imaginar a la tensión como a un “duende eléctrico” capaz de empujar con una rapidez vertiginosa a las cargas eléctricas y ponerlas en movimiento.
Cuando las tensiones a medir son muy grandes se utiliza un múltiplo, que es el kilovoltio (kV) (mil veces mayor) y el megavoltio o MV (un millón de veces mayor).
INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA
Vamos a establecer otro símil. Imagina que que los coches que circulan por una carretera son las cargas eléctricas. Si decimos que por una carretera circulan 30 coches, no nos damos idea de la cantidad de tráfico que circula, porque depende de lla rapidez con que se han desplazado. Si decimos que los 30 coches han circulado en 10 segundos, vemos que el tráfico es de 3 coches por segundo. Cuanto más intensidad de tráfico haya, más coches circularán en un determinado tiempo y viceversa.
Otro símil muy util es el del agua que fluye por las tuberías. Si decimos que los
30 litros han circulado en 10 segundos, vemos que el caudal de agua es de 3 litros por segundo. Cuanto mayor sea el caudal, más litros de agua circularán en un determinado tiempo y viceversa.
Lo mismo ocurre con la cantidad de carga o cantidad de electrones que circulan o se desplazan por el interior de un conductor. Para darnos idea de la grande o pequeña que es la corriente eléctrica se define así la magnitud:
La intensidad de corriente, es la cantidad de electrones que circulan en un segundo (unidad de tiempo) a través de la sección de un conductor. Se le representa con la letra I, y su unidad de medida es el Amperio (A),
Ocurre, que en la realidad, para que se iluminase algo una bombilla, o se ponga
en funcionamiento un motorcillo eléctrico, sería necesario que los atravesaran unas intensidades de aproximadamente unos 5.000.000.000.000.000 electrones / segundo. Como con estas cifras es pesadísimo trabajar se definió en el Sistema Internacional una unidad de corriente muy grande como es elAmperio, que agrupase a muchos electrones cruzando el conductor en la unidad de tiempo:
1 A = 1 Amperio =
seg
1
electrones
0.000
000.000.00
6.240.000.
de
carga
Cuando se trabaja con intensidades más pequeñas se utilizan submúltiplos como es el miliamperio o mA (mil veces menor) y el microamperio o µA (un millón de veces menor).
RESISTENCIA ELÉCTRICA
¿De qué depende la intensidad de corriente que circula por un conductor? Sigamos con nuestros similes. Imaginemos un depósito lleno con un nivel de agua. Posee un caño o tubería en el fondo. Cuanto más lleno esté el depósito más presión genera en el fondo y con más fuerza querrá impulsarse el agua a través de la tubería.
* Si disminuimos el nivel del depósito, al haber menor desnivel caería menos agua (el "chorro" tendría menos presión). Al aumentar el nivel del depósito, caería más agua (así el “chorro” saldría con mucha presión; la presión depende de la profundidad a la que estas sometido dentro del líquido, recuerda lo que pasa con tus oídos al bucear).
Con los electrones de un material vuelve a ocurrir algo similar. Cuanto mayor sea el desnivel eléctrico, con mayor vitalidad sucederán los sucesivos choques que tiene con los átomos que forman ese material... más colisiones habrá y mayor “caudal “ o “tráfico” de electrones fluirá.
Con los electrones de un material ocurre algo similar. Cuando los electrones intentan circular por un conductor, se encuentran con la oposición de los sucesivos choques que tiene con los átomos que forman ese material... Cuanto más fino y más largo sea el conductor, más colisiones habrá y menor será el “caudal” o “tráfico” de electrones.
Como conclusión la cantidad de agua que cae del depósito, depende del desnivel (altura del depósito), pero también depende de las dimensiones de la tubería (grosor y longitud del tubo). Por tanto se define una nueva magnitud eléctrica
Se denomina resistencia eléctrica a la oposición de los materiales al paso de la corriente. Se representa por la letra R y se mide en Ohmios (Ω).
Si bien el amperio es una unidad bastante grande que contiene un numero elevado de electrone, el ohmio es una unidad bastante pequeña y los materiales incluso aislante poseen cierto numero de ohmios. Cuando las resistencias a medir son muy grandes se utiliza un múltiplo, que es el kiloohmio (kΩ) (mil veces mayor) y el megaohmio o MΩ (un millón de veces mayor).
EL CIRCUITO ELÉCTRICO
Volvamos al símil hidráulico. Si del depósito cae agua y una corriente de agua atraviesa la tubería es porque alguien o algo subió primero el agua allí (por ejemplo una bomba). Continuamente se debe crear un desnivel en el deposito. Si no el depósito se vaciaría y dejaría de haber una corriente de agua saliendo de la tubería. Para ello una solución es cerrar un circuito, tomando agua de la que sale por la tubería y cae al suelo y volviéndola a subir al depósito.
Un circuito eléctrico básico consta básicamente de un generador y un hilo conductor que se conecta a un interruptor, para abrir y cerrar el circuito, y a un receptor (bombilla, motor…)
Un generador consta de dos polos o bornes: uno positivo (+) y otro negativo (-). Para que la bombilla del circuito de la figura, se encienda es necesario que haya una corriente o un transporte de electrones del (-) del generador, al (+) del mismo, a través de la bombilla (entrando por la rosca y saliendo por el casquillo o viceversa).
En el símil hidráulico, es el generador quien hace el papel de bomba. El generador tiene la capacidad de generar energía eléctrica en forma de tensión eléctrico o voltaje. Podríamos imaginarlo como un duende que ayuda a que los electrones salvan un cierto desnivel (“como los salmones” que nadan contracorriente subiendo el cauce del río), a la vez que ese duende retira los electrones acumulados y repone los electrones ausentes. Así el generador cierra el circuito: hace que todos los electrones que llegan al borne positivo (+) pasando por la bombilla a través del circuito externo, sean ahora transportados de nuevo al
borne negativo (-), ahora por el interior de la pila, venciendo el desnivel eléctrico.
El generador crea una tensión o desnivel eléctrico, que es la causa de la circulación de la corriente eléctrica en el circuito.
EL SENTIDO REAL Y CONVENCIONAL
DE LA CORRIENTE
Durante los avances del siglo XIX, no se conocía que la corriente eléctrica es el resultado del movimiento de los electrones y que el sentido real de las cargas eléctricas negativas a través del circuito es desde el borne negativo hasta el borne positivo del generador, y por dentro del generador desde el borne positivo hasta el borne negativo.
Se pensaba que era debido al movimiento de cargas positivas desde el polo positivo al negativo. Por ello se define el sentido convencional de la corriente eléctrica al contrario que antes: a través del circuito es desde el borne positivo hasta el borne negativo del generador, y por dentro del generador desde el borne negativo hasta el borne positivo. Es este el sentido que a partir de ahora detallaremos en los circuitos para la I.
ELEMENTOS DE UN CIRCUITO
GENERADORES Y FORMAS DE PRODUCIR ELECTRICIDAD
Hasta hoy en día solo existen 3 formas de producir energía eléctrica:
Transformando la energía química de los compuestos químicos en energía eléctrica. Las pilas ybaterías (o pilas recargables) usan metales y ácidos, y las celdas de hidrógeno
usanel gas hidrógeno y el oxígeno del aire.
Transformando la energía luminosa de los paneles solares en energía eléctrica. Estos paneles constan de células fotovoltaicas construidas con materiales semiconductores, que al incidirles la luz liberan electrones. Como el voltaje que crea cada célula es muy pequeño se unen muchas en serie para formar un panel.
Transformando la energía electromagnética
de las máquinas electromagnéticas en energía eléctrica. Son las dínamos (C.C) y los
alternadores (A.C), construidas con bobinas conductoras en movimiento e imanes.
CONDUCTORES
Los hilos conductores y conectores transportan la
corriente eléctrica de unos elementos a otros. Suelen ser de cobre, aluminio o latón. Su resistencia eléctrica es muy baja. Para pocos metros de hilo casi despreciable o casi nula.
RECEPTORES: EFECTOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA
Los electrones abandonan el generador, transportando con ellos energía y recorren el circuito. A su paso pueden encontrar elementos en los que gastan parte de esa energía, que se aprovecha para producir ciertos efectos, como encender una bombilla o poner en marcha un motor, entre otros.
Los receptores transforman la energia eléctrica en otro tipo de energía que nos resulte útil. Su resistencia eléctrica es considerable.
CALOR: Cuando los electrones están en movimiento por un conductor, chocan contra los átomos de los materiales por donde circulan y, debido a esto, parte de la energía que transportan se convierte en calor y se calienta el conductor. Este fenómeno se denomina
Efecto Joule. ¡Esto es malo y es bueno! Es malo porque se pierde energía en los cables. Sin embargo, es bueno porque puede aprovecharse en nestro favor, para producir calor.
La conversión de energía eléctrica en energía térmica o calor se realiza através de las resistencias eléctricas
(hilo conductor enrrollado en espiral). Se usan en tostadoras, secadores de pelo, planchas, calentadores de agua…
LUZ: la conversión de energía eléctrica en energía luminosa se realiza de varias formas
temperatura (habrás notado que las resistencias eléctricas también emiten una luz rija al calentarse, pero no es suficiente para iluminar). Si el cable es muy delgado, como ocurre con el filamento de wolframio en las lámparas incandescentes, este se calienta tanto (3000 ºC) que emite luz. Sin embargo gran parte de la energía se transforma en calor (más de las ¾ partes). La ampolla de vidrio contiene un gas inerte que no reacciona con nada (gas noble como argón). Si no el filamento al calentarse reaccionaría con el oxigeno del aire y ardería estropeándose.
La lámpara halógena es una variante de la lámpara incandescente dentro de un gas inerte y una pequeña cantidad de halógeno (como yodo o bromo), mejorando el rendimiento del filamento y aumentando su vida útil.
Fluorescencia: Algunos gases emiten luz cuando son sometidos a descargas eléctricas en el interior de los
tubos fluorescentes. Un tubo de vidrio fino está revestido interiormente con diversas sustancias químicas compuestas llamadas fósforos, aunque generalmente no contienen el elemento químico fósforo y no deben confundirse con él. El tubo contiene además una pequeña cantidad de vapor de mercurio y un gas inerte, habitualmente argón o neón, a una presión más baja que la presión atmosférica (por eso estallan al romperse). En cada extremo del tubo se encuentra un filamento hecho de wolframio o tungsteno, que al calentarse al rojo contribuye a la ionizaciónde los gases (por eso al encender el tubo fluorescente se produce una descarga y un parpadeo). Los fósforos de la pared interna del tubo, emiten luz visible al recibir una radiación ultravioleta que emiten los átomos de gas de mercurio, cuando la corriente de electrones descargada entre los filamentos ioniza al gas.
Su gran ventaja frente a otro tipo de lámparas, como las incandescentes, es su altaeficiencia energética pues ya solo una fracción de la energía se transforma en calor (menos de las ¼ parte).
Las lámparas de bajo consumo o LFC (lámpara fluorescente compacta), es un tipo de lámpara que aprovecha la tecnología de los tradicionales tubos fluorescentes para hacer lámparas de menor tamaño que puedan sustituir a las lámparas incandescentes con pocos cambios en la armadura de instalación y con menor consumo.
En comparación con las lámparas incandescentes, las LFC tienen una vida útil más larga y consumen menos energía eléctrica para producir la misma cantidad de luz. Como desventajas, muchas de ellas no alcanzan su máximo brillo de forma inmediata y es más problemático deshacerse de las viejas, pues hay que llevarlas a lugares específicos, ya que contienen residuos tóxicos.
inconvenientes como su elevado costo inicial. Tienen la mejor eficiencia energética.
MAGNETISMO: la conversión de energía eléctrica en energía magnética, se realiza con un electroimán. Un
electroimán no es más que un cable enrrollado o bobina alrededor de un núcleo de material magnético (hierro). Cuando circula corriente por la bobina se genera un campo magnético que imanta al nucleo de hierro, creándose un imán.
MOVIMIENTO: la conversión de energía eléctrica en energía cinética (un tipo de energía mecánica)se realiza através de los motores eléctricos.Su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y repulsión entre un imán (o un electroimán) y un hilo conductor colocado en su campo de influencia, que consta de muchas vueltas constituyendo una bobina y por el que se hace circular una corriente eléctrica.
Un sistema de escobillas y un colector de delgas evita que el hilo se enrolle sobre el eje al girar la bobina.
Si el eje del motor eléctrico se hace girar con suficiente velocidad se convierte en una dínamo.
ELECTRÓLISIS: la conversión de energía eléctrica en energía química se realiza através de un proceso químico electrolítico o electrólisis.
Con él se pueden depositar por ejemplo átomos de metales en la superficie de otros metales ( cromado, galvanizado, plateado…) o para separar los metales de los minerales fundidos.
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN
Son elementos que protegen a los receptores cuando hay subidas inesperadas de tensión o corriente. El más básico es el fusible.
Un fusible consta de un filamento muy fino que soporta una intensidad determinada. Su funcionamiento es muy simple. Por ejemplo, si el aparato que deamos proteger no puede soportar una intensidad mayor de 0,5 A, intercalamos en el circuito un fusible que se funda a esa intensidad. Si aumenta la intensidad por encima de ese valor, el fusible se calienta tanto que se funde, con lo que se interrumpe el paso de la corriente eléctrica. De esta forma, el fusible se funde protegiendo así al parato. Solo tendremos que cambiar el fusible.
ELEMENTOS DE MANIOBRA
Son elementos que controlan y dirigen el paso de la corriente eléctrica hasta los receptores y generadores, a través de los conductores.
INTERRUPTORES: Sirven para abrir (OFF) o cerrar (ON) el camino. Tienen dos posiciones (ON y OFF) y dos terminales. Hay de muchos tipos.
PULSADORES: Son elementos que al pulsarlos cierran el circuito (ON). Tienen dos posiciones (ON y OFF) y dos terminales. Llevan un muelle, de forma que cuando se sueltan desconectan el circuito (OFF).
CONMUTADORES: Son elementos que al mismo tiempo que abren un circuito, cierran otro. Tienen dos posiciones (1 y 2) y tres terminales, uno de ellos es el común (C). Conmutan y reparten la corriente entre dos ramales, pero solo uno de ellos funcionará ( o 1 , o 2, pero nunca los dos a la vez).
REPRESENTACIÓN Y SIMBOLOGÍA DE UN CIRCUITO
Para representar circuitos, los tecnólogos se han puesto de acuerdo en unos simbolos universales. En el cuadro siguiente se muestran los símbolos de los elementos estudiados:
Cuando se representan hilos y cables conductores, en los cruces hay que diferenciar entre sin conexión (derecha) y con conexión (izquierda).
Un esquema de un circuito eléctrico es una representación gráfica en la que se utilizan los simbolos de los elementos que componen el circuito.
Los elementos de un circuito pueden conectarse de dos maneras:
• En paralelo, es decir, cada elemento va a un recorrido, con lo que todos ellos tienen la misma entrada y salida.
• Cuando la conexión no es serie ni paralelo, se denomina mixta.
LEY DE OHM
La Ley de Ohm, indica que se cumple la siguiente relación matemática entre intensidad, voltaje y resistencia, (fijate en el triangulo de la derecha que ayuda a recordarlas)
I V R R
I V R
V
I = ⇒ = ⋅ ⇒ =
es decir la corriente eléctrica aumenta con el voltaje y disminuye con la resistencia.
Vamos a utilizar nuevamente un símil, para analizar con más detalle las tres expresiones matematicas de la ley de Ohm. Para ello volveremos a recurrir al simil de nuestro depósito lleno con un nivel de agua y con un caño o tubería en el fondo. Otro simil que puedes ser de mucha ayuda para reflejar lo mismo es el de un duende empujando una vagoneta por el suelo. El voltaje estará representado por la fortaleza de nuestro duende, la intensidad por la cantidad de electrones que el duende debe mover y la resistencia por la rugosidad del suelo por donde debe arrastar a los electrones.
1º CASO: VOLTAJE FIJO. Si el nivel de agua del depósito (voltaje) no cambia y modificamos las dimensiones de la tubería (resistencia), pensemos en lo que ocurre al
caudal de agua (intensidad). Si la tubería fuese muy fina y larga, saldría poco agua. Si la tubería fuese muy gruesa y corta, saldría mucho agua.
Si el tamaño y fortaleza del duende no cambia (voltaje)
y modificamos la rugosidad del suelo (resistencia), pensemos en lo que ocurre a la carga de la vagoneta (intensidad). Si el suelo fuese muy rugoso, empujaría poca carga. Si el suelo fuese muy liso, empujaría mucha carga
Matemáticamente se cumplirá que para cuando no varía la tensión o desnivel eléctrico: si duplicamos la resistencia eléctrica, habrá doble intensidad de corriente; y al contrario, si reducimos a la mitad la resistencia eléctrica, habrá doble intensidad de corriente. Esto se explica ya que cuando dos magnitudes A y B cumplen K(constante) = A · B, entonces decimos que son inversamente proporcionales. Por tanto como se cumple que V(fijo) = I · R diremos que I y R son inversamente proporcionales para una tensión fija.
ESTO ES LO QUE OCURRIRÁ EN UN CIRCUITO SERIE. 2º CASO: RESISTENCIA FIJA. Si las dimensiones de la tubería no cambian (resistencia) y alteramos el nivel del depósito (voltaje), pensemos en lo que ocurre al chorro (intensidad). Si disminuimos el nivel del depósito, al haber menor desnivel caería menos agua (el "chorro" tendría menos presión). Al aumentar el nivel del depósito, caería más agua (pues el "chorro" tendría más presión).
Si la rugosidad del suelo no cambia (resistencia) y
modificamos el tamaño y fortaleza del duende (voltaje), pensemos en lo que ocurre a la carga de la vagoneta (intensidad). Si el duende fuese muy grande y fuerte, empujaría mucha carga. Si el duende fuese pequeño y muy débil, empujaría poca carga.
Matemáticamente se cumplirá que cuando se mantiene la resistencia eléctrica fija o constante, no alterando el conductor o receptor: si duplicamos la tensión , circulará el doble de intensidad de corriente; si reducimos a la mitad la tensión, la intensidad de corriente también será la mitad. Esto se explica ya que cuando si dos magnitudes A y B cumplen
K(constante) = B A
, entonces decimos que son directamente proporcionales. Por tanto como se cumple que R(fijo) = I V
diremos que V e I son directamente proporcionales para una resistencia fija. 3º CASO: INTENSIDAD FIJA. Para mantener el
mismo caudal de agua (intensidad), si quisiéramos con una tubería fina y larga (resistencia)., tener tanta agua como con una tubería gruesa y corta, deberíamos aumentar el nivel del depósito (voltaje). Así el chorro aunque fuese estrecho saldría muy veloz. Y al revés, si quisiéramos con una tubería gruesa y corta tener tanta agua como con una fina y larga, deberíamos disminuir el nivel del depósito. Así el chorro aunque fuese voluminoso saldría lentamente.
Si no cambia la carga de la vagoneta (intensidad)
y modificamos el tamaño y fortaleza del duende (voltaje), pensemos en lo que ocurre a la rugosidad del suelo (resistencia). Si el duende fuese muy grande y fuerte, empujaría mucha carga. Si el duende fuese pequeño y muy débil, empujaría poca carga.
Matematicamente esto se traduce en que cuando se mantiene fija la intensidad de corriente, entonces si la resistencia se duplica, el voltaje o desnivel eléctrico deberá también duplicarse; si la resistencia se reduce a la mitad, para que circulen la misma intensidad de corriente, el voltaje también deberá reducirse a la mitad. Esto se explica ya que
cuando dos magnitudes A y B cumplen K(constante) = B A
, entonces decimos que son directamente proporcionales. Por
tanto como se cumple que I(fijo) = R V
diremos que V y R son directamente proporcionales para una intensidad
de corriente fija.
CONEXIONES DE RECEPTORES: SERIE Y PARALELO
¿Cómo debemos conectar los receptores cuando son más de uno?
¿Es ventajosa la conexión en paralelo? Si conectamos 5 bombillas a la pila, observamos con sorpresa que lucen igual que si ponemos una sola. Sin embargo es lógico pues cada una de ellas está conectada a los polos de la pila. El “truco” está en que la pila se va a agotar cinco veces antes. Así que no hay ventaja. Se puede comparar con un símil hidráulico.
CORTOCIRCUITO
Si unimos con un cable los bornes de una pila, haciendo cortocircuito durante unos segundos, aparentemente no ocurrirá nada. Sabemos que los electrones si no encuentran obstáculo alguno en su camino (sólo la resistencia del material del conductor, que es muy pequeñita), la corriente eléctrica será muy grande. Por tanto el duende tiene que hacer un gran esfuerzo, y empieza a fatigarse (reactivos químicos agotados). La pila se agota y hay que recargarla si se puede.
Se genera un cortocircuito cuando existe un camino cerrado entre los dos polos de una pila, positivo (+) y negativo (-) que no atraviese receptores y llamaremos sobrecarga a la intensidad enorme de corriente que se genera a través del cortocircuito.
SERIE PARALELO
CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS
Se conectan los receptores (lámparas, motores, timbres, etc.), uno a continuación de otro.
Los elementos se disponen de forma que cada uno de ellos está conectado al olo positivo y al polo negativo de la pila.
Se reparten el voltaje de la
pila entre ellos. Tres bombillas en serie conectadas a una pila de 4,5 V, cada una recibe solo 1,5 V, por lo que lucen muy poco.
Todos disponen del mismo voltaje de la pila. Si conectamos tres bombillas en paralelo, cada una de ellas está en contacto con los polos de la pila y reciben 4,5 V, todas lucen mucho.
Si se funde una bombilla, o la desconectamos, las demás dejan de lucir. Esto es lógico, ya que el circuito se interrumpe y no pasa la corriente.
Si se funde una bombilla, o la
desconectamos, las demás siguen luciendo.
Analicemos el circuito de la figura 1. Las bombillas R1 y R2 están en
paralelo. Sufrirían el mismo voltaje (el de la pila). Dependiendo de los valores que tomen R1 y R2 en ohmios, se repartiría la intensidad de la pila en dos fracciones
determinadas por la ley de ohm, y ambas bombillas lucirían pues serían atravesadas por intensidad I1≠ 0 A e I2 ≠ 0 A. Una mayoría de los electrones
circulará por el camino más cómodo (por ejemplo R1, si R1 es menor que R2) y
una minoría circulará por el camino más complicado (por ejemplo R2, si R1 es
menor que R2), puesto que todos ofrecen resistencia.
En el circuito de la figura 2 la bombilla nº 2 es sustituida por un conductor. Entonces se ha creado un cortocircuito por el recorrido exterior. Como los conductores ofrecen una resistencia casi nula al paso de la corriente, la sobrecarga por ese cortocircuito valdrá
∞ →
→ =
0 2
2 R
V
I A
y la corriente a través de la bombilla 1 será de 0 A, pues todos los electrones elegirán pasar por el itinerario de resistencia nula (situación excepcional) y ninguno decidirá pasar por el itinerario AB a través de R1
(observar que hemos “puenteado” los extremos de la bombilla R1).
En el circuito de la figura 3 hemos añadido en serie a la pila la bombilla nº 3. Entonces ya no existe hay cortocircuito posible por el recorrido exterior. Sin embargo la bombilla R1 no luciría a la vez que sí
luciría la bombilla R3. En efecto la corriente a través de la bombilla 1 será
de 0 A, pues todos los electrones que atraviesan a la pila y a R3, elegirán
pasar por el itinerario de resistencia nula de la derecha (situación excepcional) y ninguno decidirá pasar por el itinerario AB a través de R1
(observar que hemos “puenteado los extremos de la bombilla R1). Diríamos
que la bombilla R1 esta cortocircuitada, no que existe un cortocircuito.
CONEXION EN SERIE DE PILAS
Cuando se conectan varias pilas en serie, realizamos una conexión de forma que el borne positivo del uno este conectado con el negativo del siguiente, la tensión final que se obtiene es la suma del voltaje de cada uno de las pilas colocadas.
Se consiguen tensiones más altas, pero como la capacidad de mover a los electrones de cada generador original es menor, y se gastan rápidamente,
el conjunto tambien se gasta más rapidamente.
Si el borne positivo del uno este conectado con el también positivo del siguiente, entonces se restan. Esto es lógico pues si una pila eleva los electrones un cierto desnivel eléctrico, alcanzando una altura, por ejemplo de 10 m, y la otra pila actúa como si descendiesen los electrones una altura de 7 m, en definitiva lo que ambas pilas hacen es vencer un desnivel eléctrico total de 3 m. Este tipo de conexión no tiene sentido, pues desaprovechamos energía inútilmente. NUNCA DEBES HACERLA.
CONEXION EN PARALELO DE PILAS
Cuando se conectan varias pilas en paralelo, realizamos una conexión de manera que unimos por un lado todos los polos positivos y, por otro, todos los polos negativos.
Cuando los generadores o pilas conectados en paralelo sean todos iguales, es decir que tengan la misma tensión entre sus bornes,
entonces la tensión de la conexión es la misma que la de uno cualquiera de ellos.
parte de los electrones totales hasta el desnivel eléctrico marcado (que para todos ellos es el mismo) y la energía que debe suministrar es menor. Todos los electrones vuelven a aglutinarse en el nudo opuesto de los bornes negativos para seguir circulando por el circuito.
Si todos los generadores no son iguales entonces la situación es compleja, y no se estudia en E.S.O.
EJERCICIOS
1.- Respecto del siguiente circuito
a) Responde a las siguientes preguntas: • ¿Cómo están asociadas R2 y R3?
• ¿Cómo están asociadas R1 y R4?
• ¿Cómo están asociadas R1 y R2?
• ¿Cómo están asociadas R3 y R4?
• ¿Cómo están asociadas R1 y R2?
• ¿Cómo están asociadas R2 y R4?
b) Responde a las siguientes preguntas: • Si cerramos Ia ¿luce R1?
• Si cerramos Ia e Id ¿luce R1?¿y R2?
• Si cerramos Ia, Id e Ic ¿luce R4?¿y R2?¿y R3?
• Si cerramos todo ¿qué luce?
2.- Respecto del siguiente circuito
c) Responde a las siguientes preguntas: • ¿Cómo están asociadas R2 y R3?
• ¿Cómo están asociadas R1 y R4?
• ¿Cómo están asociadas R1 y R2?
• ¿Cómo están asociadas R3 y R4?
• ¿Cómo están asociadas R1 y R2?
• ¿Cómo están asociadas R2 y R4?
d) Responde a las siguientes preguntas: • Si cerramos Ia ¿luce R1?
• Si cerramos Ia e Id ¿luce R3?¿y R4?¿ y R1?
• Si cerramos Ia, Ib e Ic ¿luce R4?¿y R2?¿y R3?
• Si cerramos todo ¿qué luce?
3.- Indica si los siguientes circuitos tiene algún cortocircuito, y que funcionaría:
a) b) c)
4.- Determine la corriente que pasa por un circuito eléctrico que se encuentra conectado a 50 Volts y presenta una resistencia de 450Ω.
5.- Cual es el voltaje que alimenta a un circuito por el que pasan 8.5amperios de corriente y presenta una resistencia de 100 Ω.
6.- El voltaje que entrega una pila es de 9 voltios y la corriente es de 0.008 amperios, determine la resistencia que presenta el circuito.
7.- Una ducha eléctrica esta siendo alimentada por 220 voltios y la resistencia es de 400 Ω, determine la corriente que circula a través de ella.
8.- ¿Cual debe ser la resistencia que presenta el embobinado de un motor que se alimenta de 9 voltios en corriente directa y pasa una corriente de 0.425 amperios?
9.- Cual es el valor de una resistencia por la que circula una corriente de 0.005 A cuando el voltaje aplicado es de 2.0 V
10.- Dibuja el esquema eléctrico de un circuito alimentado por una pila y con un motor accinado por un interruptor en paralelo con un timbre accionado por un pulsador.
12.- Dibuja el esquema eléctrico de un circuito alimentado por una pila y un interruptor que hace funcionar a la vez una bombilla y un timbre.
13.- Halla el voltaje o tensión equivalente de las siguientes asociaciones de generadores de c.c.
(P.D.: se supone que cada símbolo que contiene a los puntos suspensivos es un único generador)
a) b) c)
d) e)
