3) ¿Por qué la energía eléctrica se transmite en alta tensión, y no en baja como se la utiliza? 4) ¿Por qué hay enchufes de tres patas, si para que circule la corriente bastaría con sólo dos

13  55 

Texto completo

(1)

Rela, A. y Sztrajman, J. B. (1999)

Física 2.

Óptica,

electricidad y magnetismo. Buenos Aires, Aique.

Capítulo 4: Circuitos eléctricos. Electricidad en movimiento.

Las fuerzas de origen eléctrico de intensidad suficiente como para que se les den aplicaciones prácticas son, generalmente, las electrodinámicas; es decir, las que provienen de cargas eléctricas en movimiento.

Recordemos que las primeras observaciones de fenómenos eléctricos en los cuerpos frotados, hace miles de años, eran puramente electrostáticas, pues intervenían cargas en reposo o con escasa movilidad.

Hasta el siglo XIX se habían construido máquinas generadoras electrostáticas con las que se podían experimentar diversos efectos: pero en ninguno de ellos aparecían fuerzas importantes, sino apenas la necesaria para levantar una pluma o hacer girar un molinillo: la investigación de la electricidad se reducía, entonces, al estudio de las cargas eléctricas.

A comienzos del siglo XIX cobró importancia, en cambio, el estudio de la circulación de las cargas. En 1775 Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745-1827) inventó el electróforo, el conocido electroscopio de hojuelas metálicas, que sirve para determinar si un cuerpo posee o no carga eléctrica.

En 1791 Luigi Galvani (1737-1798) publicó un polémico trabajo sobre la electricidad animal, basado en sus experimentos con ranas recién sacrificadas. Observó que los músculos se sacudían cuando se los tocaba con objetos metálicos conectados a un generador electrostático, y también

sin que funcionara dicha máquina, siempre que se emplearan dos metales diferentes. Dedujo que los tejidos animales generaban corrientes eléctricas.

Volta estudió críticamente ese trabajo pionero de Galvani, reprodujo con cuidado sus experimentos y determinó que para generar una tensión eléctrica no era imprescindible la presencia de tejidos orgánicos: bastaba con intercalar un papel humedecido en agua salada entre dos metales diferentes. Para resaltar esos efectos, apiló discos de bronce y de hierro con papel embebido en ácidos diluidos y construyó así, en el año 1800, la primera pila eléctrica, que es una fuente de energía eléctrica de origen químico.

En los mismos años, André Ampere (1775-1836) observó que la circulación de una corriente eléctrica producía efectos magnéticos, y ayudó con su descubrimiento a que Michael Faraday (1791-1867) aplicara en 1831 ese principio a la construcción del primer motor eléctrico y el primer generador de corriente eléctrica.

En este capítulo nos ocuparemos de la electrodinámica, o sea de las leyes y aplicaciones de los circuitos eléctricos.

Circuito de un repetidor de llamada telefónica, que hace sonar una bocina adicional, generalmente más potente que la del teléfono. Se emplea en ambientes ruidosos, o para saber si alguien levantó el tubo de otro aparato en paralelo. Las líneas indican conexiones eléctricas (a través de conductores metálicos) entre transistores, capacitores y otros elementos componentes del repetidor, representados por sus símbolos.

(2)

PARA IR PENSANDO

1)

¿Es posible encender y apagar una misma lámpara desde dos lugares diferentes?

2) ¿Existen materiales que conduzcan la corriente eléctrica sin ninguna resistencia?

3)

¿Por qué la energía eléctrica se transmite en alta tensión, y no en baja como se la utiliza?

4)

¿Por qué hay enchufes de tres patas, si para que circule la corriente bastaría con sólo dos conexiones?

5)

Cuando una persona se electrocuta, ¿hay un fogonazo, y a la víctima se le riza el cabello, o se le transparenta el esqueleto?

TEMAS DE ESTE CAPÍTULO

Voltímetros y amperímetros: medición de la tensión y de la corriente.

Conexión en serie: igual corriente para todos los componentes del circuito.

Conexión en paralelo: igual tensión para todos los componentes del circuito.

Ley de Ohm: cuando la corriente es proporcional a la tensión.

Volts, amperes, ohms y watts: unidades eléctricas usuales.

Primera ley de Kirchhoff conservación de la carga eléctrica.

Segunda ley de Kirchhoff conservación de la energía en circuitos.

Corriente continua y alterna: polaridad fija o cambiante.

Ejemplos de circuitos: aplicación de componentes.

Medición de tensión y corriente

Las fuentes de energía eléctrica más comunes (como las pilas y los generadores de las centrales) tienen una diferencia de potencial prácticamente constante entre sus extremos, con independencia —entre ciertos límites— de cuánto consuma lo que se conecte entre ellos.

Según qué se conecte a los terminales de una pila (por ejemplo una lámpara o una radio), circulará más o menos comente, pero la tensión será siempre la misma. Por ejemplo, un voltímetro conectado a una pila de 1,5 V de linterna indicará un volt y medio en cualquiera de las condiciones que indica la figura.

Pila de Volta (1800) Cada uno de los elementos apilados genera aproximadamente un volt y medio. La pila de Volta fue el primer generador de corrientes eléctricas importantes, y sirvió como herramienta de investigación mucho antes de que se le encontrara utilidad general.

La tensión de una pila es casi independiente de la corriente que hace circular. Si se exige mucha corriente (o escasa, pero durante mucho tiempo) a una pila, entonces sí disminuye la tensión.

Circuito eléctrico: recorrido de una corriente eléctrica.

Tensión: diferencia de potencial

Una corriente de un ampere equivale al pasaje de una carga de un coulomb (6,24 trillones de electrones) en un segundo.

(3)

Los voltímetros toman muy escasa corriente; eso se simboliza con trazos muy delgados en los esquemas. Por eso el conectar o desconectar un voltímetro no afecta el funcionamiento de un circuito.

Los amperímetros, en lo que respecta al funcionamiento de un circuito, equivalen idealmente a un trozo de cable o a una conexión directa, por eso se los representa con un trazo grueso.

Si se retira un amperímetro de un circuito, hay que reemplazarlo por un cable (si es que se desea mantener inalterado el funcionamiento). En cambio, si se retira un voltímetro, no hay que hacer ningún cambio.

GLOSARIO:

Una tensión de un volt equivale a una energía potencial de un Joule por cada coulomb de carga.

Por carga se entiende la carga eléctrica, medida en coulombs o ampere-segundos y asociada a la

cantidad de electrones que tiene un cuerpo por exceso o por defecto en relación con la que corresponde a su estado neutro. Pero también se llama carga al acto de consumir energía eléctrica, y también a cualquier artefacto conectado a una fuente. Por ejemplo, se habla de que al atardecer aumenta la carga o consumo en la red eléctrica, o se dice que una instalación está muy cargada, en el sentido de que hay demasiados artefactos unidos a ella, aunque sea electrostáticamente neutra.

Cortocircuito: conexión directa entre los bornes de una fuente de energía eléctrica. Da lugar a corrientes muy intensas y, a veces, a chispas o proyección de metal fundido. Por extensión, también se llama cortocircuito a cualquier conexión directa entre los bornes de un componente, aunque no dé lugar a corrientes intensas.

Conexión en serie y paralelo

Las dos maneras básicas de conectar elementos en un circuito se denominan conexiones en serie y en paralelo.

Recibe el nombre de conexión en serie el circuito formado por varios elementos, de modo que la misma corriente que sale de uno de ellos,

entra en el siguiente.

Los amperímetros se conectan en serie.

Cuando se conectan pilas en serie, las tensiones se suman o se restan, según la polaridad.

Nunca conecten un amperímetro directamente a los bornes de una fuente: equivaldría a unirlos con un conductor y producir un cortocircuito.

(4)

La conexión en paralelo es llamada también derivación, shunt, bypass o puente. En esta conexión todos los elementos del circuito comparten en común el mismo par de bornes y tienen aplicada la misma tensión.

Los voltímetros se conectan en paralelo.

Cuando se conectan varias pilas en paralelo, la tensión es igual a la de una sola de ellas. Sin embargo, aumenta la corriente máxima que pueden suministrar, o la duración de esas fuentes.

Para evitar que se dañen, sólo se deben conectar en paralelo pilas de la misma tensión; de otro modo la pila de mayor tensión se descargaría sobre las otras casi tan rápidamente como si se la cortocircuitase.

Se llama batería al conjunto de cualquier clase de elementos; por ejemplo de instrumentos de percusión, de armas antiaéreas, de utensilios de cocina. A pesar de que la palabra pila ya significa, por si misma, un conjunto de elementos apilados, es costumbre dar ese nombre sólo a las fuentes de un solo elemento electroquímico, aunque no tengan nada apilado, y el de baterías a las compuestas por varios de ellos. Por ejemplo, las baterías de acumuladores eléctricos de 12 V para automóvil están formadas por seis celdas en serie de 2 V cada una.

Puesto que las lámparas, planchas, computadoras y cualquier otro artefacto necesitan, para funcionar correctamente, de una tensión constante (que en nuestro país es de 220 V), se deben conectar a tomacorrientes en paralelo con la línea de distribución.

La conexión correcta de un artefacto requiere que uno de sus bornes esté unido a uno de los bornes de la línea; que el otro borne del artefacto esté unido al otro borne de la línea y que, además de cumplirse esa condición, no exista una conexión directa o cortocircuito entre ambos bornes de la línea o del artefacto. Si no se satisfacen esos requerimientos, el aparato no funcionará, o lo hará de manera anormal.

6)

Los círculos cruzados de la figura representan lámparas, la línea en zigzag es el calefactor de un secador de cabello, la figura en forma de 8 representa el ventilador del mismo artefacto, y las dos rectas verticales, los dos polos de la línea de alimentación. Indiquen qué conexiones son correctas, y cuáles no.

7)

¿Cómo deberían conectarse la llave de la pared y el artefacto del techo para que con uno de los interruptores se encienda la luz y, con el otro, el ventilador?

(5)

Ley de Ohm: tensión y corriente proporcionales

Si a un cuerpo se le aplican diferentes tensiones, circularán por él, en general, distintas corrientes. Para una gran variedad de materiales, se cumple, con bastante aproximación, que la corriente es directamente proporcional a la tensión. A la constante de proporcionalidad, en amperes/volts, se la llama conductancia. El recíproco de la conductancia, expresado en volts/amperes, es la resistencia eléctrica.

La unidad A/V se llama siemens y se simboliza con la letra s. La unidad V/A es el ohm, y su símbolo es la letra griega .

Los nombres ohm y siemens rinden homenaje a dos autores de importantes trabajos en electrotecnia, Georg Simon Ohm (1789-1854) y Werner von Siemens (1816-1892); el símbolo (omega mayúscula) recuerda, por su pronunciación, al primero de los nombrados. Antiguamente al siemens se lo llamaba mho, y se lo representaba con una omega invertida.

La ley de Ohm establece la proporcionalidad entre la tensión aplicada a un cuerpo y la corriente que circula por él.

Sin embargo, hay materiales que se apartan mucho de la proporcionalidad entre la tensión aplicada y la corriente que circula. Por ejemplo, los diodos1 o rectificadores de silicio presentan una fuerte alinealidad para tensiones de alrededor de medio volt.

El cristal de silicio de un diodo rectificador no cumple la ley de Ohm. Entre cero y medio volt, la corriente varía en forma aproximadamente cuadrática con la tensión, en vez de hacerlo linealmente.

La ley de Ohm no es, entonces, una ley universal comparable a la de conservación de la energía, o a la de gravitación. Es sólo una regla práctica válida, sin gran exactitud, para una gran variedad de materiales, pero no para todos. Es comparable, en ese aspecto, con la ley de Hooke para los cuerpos elásticos, que establece la proporcionalidad entre fuerza y deformación, que no todos los cuerpos cumplen.

Tensión, corriente, resistencia y potencia

Estas cuatro magnitudes son ampliamente utilizadas en todo tipo de circuitos:

U (V): Tensión eléctrica o diferencia de potencial. Sus unidades son las de energía sobre carga; 1 V (volt) = 1 J/C

I (A): Corriente eléctrica, o intensidad. Sus unidades son las de carga sobre tiempo;

1 A (ampere) = 1 C/s

R (): Resistencia eléctrica. Sus unidades son las de tensión sobre corriente; 1  (ohm) = 1 V/A

P (W): Potencia eléctrica. Tiene unidades de energía sobre tiempo; 1 W (watt) = 1 J/s = 1 V.A

1

Los diodos son componentes electrónicos que permiten el paso de la corriente eléctrica en un solo sentido.

(6)

Consideremos una corriente I que circula por un objeto de resistencia R conectado a una fuente de tensión U, de la que toma una energía E en el intervalo de tiempo t. La carga que circula en ese intervalo vale Q = I. t. La energía que sale de la fuente de alimentación vale Q.U (recordemos que U es la energía por unidad de carga).

La potencia se obtiene al dividir la energía por el tiempo; así resulta: P = E/t = U.I.t /t = U.I

Si tenemos presente, además, que R = U/I resultan las siguientes expresiones:

I

U

R

U

I

R

R

U

I

P

U

I

R

U

P

2

P

I

2

R

Para identificar el valor de los resistores (a veces llamados resistencias) se emplean cuatro bandas coloreadas. La primera indica la primera cifra. La segunda, la segunda cifra. La tercera, la cantidad de ceros que hay que agregarle al número de dos cifras obtenido con las dos primeras franjas. La cuarta banda indica la precisión. En la figura, un resistor de 1200 ± 10%.

La correspondencia entre números colores se puede recordar con ayuda de una frase como la siguiente: No me río nada, aunque vengan avisitarme grandes bufones.

GLOSARIO:

Se conoce como efecto Joule el hecho de que una corriente que circula a través de una resistencia transforma energía eléctrica en calor. La potencia transformada vale P = I2.R o P = U2/R.

Resistor: Componente de un circuito cuya única función es la de ofrecer resistencia al paso de la

corriente. Se los usa para regular la cantidad de corriente en los circuitos.

Ejercicios

8)

¿Qué resistencia tiene una tostadora de 1 kW? ¿Qué bandas identificarían al resistor equivalente a la resistencia de la tostadora?

9)

¿Cuántos amperes toma de la línea un calefón eléctrico que calienta un caudal de agua de cinco litros por minuto desde 20°C hasta 40°C? ¿Por qué calienta? ¿Qué potencia tiene el calefón?

Ayuda: tener en cuenta que la cantidad de energía que necesita el agua está determinada por E = Ce-agua m T, que Ce-agua = 1 cal /ºC.g y que 1 cal = 4,2 J

10)

¿Qué resistencia eléctrica tiene una persona?2

11)

¿Qué potencia disipa un resistor de 100 k conectado a los 220 V de la red eléctrica domiciliaria? ¿Qué bandas lo identificarían?

12)

¿Entre qué valores oscila la resistencia de un resistor identificado con una banda amarilla, dos negras y una dorada?

¿Los artefactos de una vivienda se conectan en paralelo o en serie?

¿Cómo puede comprobárselo? 3

2

Este ejercicio no se puede resolver con los datos de su enunciado; es necesario hacer la medición con un multímetro. Además, el valor de la resistencia dependerá de la superficie de contacto y de la humedad de la piel.

3

(7)

Las dos leyes de los circuitos eléctricos

Para analizar cualquier circuito eléctrico se utilizan dos reglas prácticas, conocidas como leyes de Kirchhoff.

Gustav Kirchhoff (1824-1887) trabajó en colaboración con Robert Bunsen (1811-1899). Aunque la ley que enunciaron no establece un hecho nuevo u original desde el punto de vista físico, resulta muy útil y general para resolver casos prácticos de circuitos. Primera ley de Kirchhoff: las corrientes suman cero

Si un circuito es electrostáticamente neutro (o sea, que no acumula cargas como cuando se frotan objetos), la suma de las corrientes que entran en cualquiera de sus partes tiene que igualar la suma de las corrientes que salen de ese mismo lugar.

La suma de las corrientes que entran a la zona sombreada es igual a la suma de los corrientes que salen de ella: 7A + 6 A + 1 A = 10 A + 4 A.

Como caso particular, la zona o parte considerada de un circuito podría estar constituida sólo por un punto de unión de conductores, sin ningún componente4. Las partes de un circuito que consisten solamente en puntos de unión se denominan nodos.

Si convenimos en considerar positivas las corrientes entrantes en un nodo, y negativas las salientes, podemos enunciar la primera ley de Kirchhoff de esta otra manera:

La suma algebraica de corrientes en un nodo es siempre nula.

La primera ley de Kirchhoff es, en definitiva, la ley de conservación de la carga eléctrica.

Segunda ley de Kirchhoff: las tensiones suman cero

Se llama malla de un circuito a cualquier camino que parta de un punto, pase por conductores y componentes y vuelva al mismo punto. ¿Eres capaz de encontrar las siete mallas que se pueden imaginar en este circuito?

Si medimos las tensiones entre los extremos de todos los componentes que, en serie, constituyen una malla, la suma de esas tensiones vale siempre cero. (Suponemos que, al medirlas, mantenemos siempre igual la polaridad del voltímetro.)

En este ejemplo, es: 5V + 6V —8V —3V = 0V.

La segunda ley de Kirchhoff afirma, entonces: La suma de tensiones de los componentes de una malla es siempre igual a cero.

La segunda ley de Kirchhoff es la ley de conservación de la energía, aplicada a los circuitos eléctricos.

4

(8)

Resistencia y capacidad equivalentes

Cuando dos resistores se conectan entre sí, en serie o en paralelo, presentan una resistencia equivalente. La resistencia equivalente es la resistencia que debería tener un único resistor para reemplazar a los otros dos sin que se altere el resto. De manera análoga, existe el concepto de capacidad equivalente.

Las dos leyes de Kirchhoff permiten obtener fácilmente la resistencia y la capacidad equivalentes para ambos tipos de conexión:

Con la ayuda de un multímetro, podemos experimentar el efecto que tienen las conexiones en serie y en paralelo sobre la resistencia total de un circuito. Si usamos como resistores nuestros propios cuerpos, la resistencia variará cuando nos tomemos de las manos en diversas combinaciones... 5

Resistores en paralelo. Se suman sus conductancias.

Veamos por qué...

En una conexión en paralelo la tensión es la misma, y las corrientes individuales de cada componente se suman para obtener la corriente total. Tenemos, así:

Como

1 1

R

U

I

y

2 2

R

U

I

I

total resulta





1 1 2 1 2 1

1

1

R

R

U

R

U

R

U

I

I

I

total

Como

R

total

I

total

U

resulta

U

R

R

U

R

total





1 1

1

1

y entonces 2 1

1

1

1

R

R

R

total

o, más sencillamente, en función de la conductancia (¿Qué era?) G:

Siendo

I

1

UG

1 y

I

2

UG

2

I

total resulta

I

total

I

1

I

2

U

(

G

1

G

2

)

Resultando entonces

(

1 2

)

(

G

1

G

2

)

U

G

G

U

U

I

G

total

total

Resistores en serie. Se suman las resistencias.

Veamos por qué...

En una conexión en serie la intensidad de corriente es siempre la misma. Tenemos entonces:

Como

1 1

R

U

I

y

2 2

R

U

I

resulta

U

1

I

R

1 y

U

2

I

R

2

Como

U

U

1

U

2

IR

1

IR

2

I

(

R

1

R

2

)

resultando entonces

R

total

R

1

R

2

5

(9)

Capacitores en paralelo. Se suman las capacidades

Mediante razonamientos semejantes a los empleados para el caso de las resistencias, obtenemos:

Como

U

Q

C

1

1

y

U

Q

C

2

2

Q

total resulta

Q

total

Q

1

Q

2

U

C

1

C

2

Y entonces

C

1

C

2

Q

U

C

total

Capacitores en serie. La suma de las inversas de las

capacidades es la inversa de la capacidad total.

Como

1 1

U

Q

C

y

2 2

U

Q

C

resultan

1 1

C

Q

U

y

2 2

C

Q

U

Entonces 2 1 2 1

1

1

1

C

C

Q

U

U

Q

U

C

total

resultando entonces

total

C

C

C

1

1

1

2 1

Las leyes de Kirchhoff se cumplen siempre en todo circuito electrostáticamente neutro, con independencia de cuáles sean los componentes particulares. Por esa razón es posible resolver los siguientes ejercicios sin saber, necesariamente, nada sobre diodos ni transistores.

13)

Determinen las corrientes I1 , I2 e I3

14)

Determinen las tensiones U1, U2 y U3.

Uno de sus desperfectos más frecuentes en los multímetros digitales es que se les queme un fusible como consecuencia de errores de conexión cuando se lo usa como amperímetro. Generalmente tienen en su interior un fusible de 1 A y otro de 10A.

15)

Calculen el valor de la tensión señalada con un signo de interrogación. No faltan datos.

16)

Calculen el valor de la corriente señalada con un signo de interrogación. No faltan datos.

(10)

Corriente continua y alterna

Las pilas tienen sus polos positivo y negativo siempre en el mismo sitio, y se las llama por eso de corriente continua. La polaridad de los cables de la línea domiciliaria, en cambio, permuta en el tiempo, y se dice que la línea es de corriente alterna. En nuestro país las polaridades de los cables de las líneas se alternan 50 veces por segundo, es decir que cambia con una frecuencia de 50 Hz (Hertz); en los Estados Unidos y en el Brasil, entre otros países, la frecuencia de la corriente alterna es de 60 Hz.

Antiguamente la energía eléctrica se distribuía en corriente continua, pero desde hace más de medio siglo se prefiere la alterna por la ventaja de poder transformar la tensión, por la mayor simplicidad constructiva de los motores de corriente alterna en comparación con los de continua, y porque la alterna es menos peligrosa que la continua en relación con las chispas y los incendios.

Fotografía de un farol callejero tomada con la cámara en bulbo y en movimiento veloz. La sucesión de manchas responde a la alternancia de la tensión de alimentación.

Una chispa en corriente continua tiende a mantenerse; en cambio los arcos6 de corriente alterna se apagan con facilidad, porque se interrumpen muchas veces por segundo.

Tensión continua y alterna. La polaridad de la pila es siempre a misma, y el valor de la tensión es constante. La polaridad de los contactos del tomacorriente, en cambio, se invierte 50 veces por segundo. Esto significa que en un segundo se producen 50 cambios de positivo a negativo e igual cantidad de negativo a positivo.

El valor de la tensión alterna varía según la siguiente función:

s

t

V

U

220

2

cos

2

50

1

El valor de

s

1

50

2

se llama pulsación.

El valor máximo de la tensión alterna vale

2

220

V

, aproximadamente 311 V. A pesar de esta circunstancia, a esa tensión de 311 V maximales se la considera de 220 V eficaces porque, aplicada a un resistor, genera en él, al cabo del período de un ciclo, una potencia igual a la que se generaría con una tensión continua de 220 V aplicada durante el mismo tiempo.

VIVO Y NEUTRO

Si tocamos (¡no lo hagan!) uno de los contactos de un tomacorriente de la línea domiciliaria de distribución de energía eléctrica sin estar bien aislados del suelo, sentiremos una sacudida eléctrica. En cambio el otro borne no nos producirá ninguna molestia. Al primero de esos contactos se lo llama vivo, y al otro, neutro. El polo vivo de la línea tiene tensión o diferencia de potencial con respecto a tierra; el neutro tiene apenas unas fracciones de volt, o unos pocos volts de tensión con respecto a tierra. Esto ocurre porque la compañía eléctrica conecta deliberadamente uno de los dos cables a tierra en el transformador.

6

(11)

Hay quienes llaman positivo al vivo y negativo al neutro, pero es una denominación errada: cada una de las dos líneas tiene, en algún instante, cualquiera de las polaridades, que se alternan 50 veces por segundo.

Normalmente la empresa distribuidora de energía eléctrica conecta a tierra, en la fuente, uno de los dos cables de la red.

La razón por la que la empresa de distribución eléctrica conecta a tierra una de las dos líneas domiciliarias es la de brindar más seguridad personal contra los artefactos defectuosos.

Supongamos que no se efectuara esa conexión a tierra y que la empresa distribuidora nos proveyera de dos líneas con 220 V entre sí, pero aisladas de tierra y sin tensión con respecto a ella. Si estuvieran todos los artefactos de todos los vecinos en perfecto estado entonces podríamos tocar, descalzos, cualquiera de los bornes de un toma-corriente, sin percibir molestia alguna.

Existe, en teoría, la posibilidad de aislar ambos cables de tierra; en este caso la tensión de cualquiera de ellos con respecto a tierra, sería nula.

¿Por qué conduce la tierra? El suelo está compuesto por rocas, minerales y sedimentos que, cuando están secos, son bastante aislantes de la electricidad. El agua de las lluvias, embebida en las capas superiores del suelo y almacenada en las napas subterráneas arenosas presenta, junto con las sales disueltas, una gran conductancia. Cuando el suelo es muy seco y las lluvias son escasas, para hacer conexiones a tierra eficientes es necesario cavar zanjas y distribuir en ellas muchos metros de cable cubierto con sal. Aunque el suelo salado y húmedo dista mucho de conducir como un metal, el planeta en su conjunto, por su enorme tamaño, equivale a muchísimos conductores en paralelo, cuya conductancia iguala y supera la de cualquier cable metálico ordinario.

Pero, ¿qué ocurriría si fallara la aislación de un artefacto de un vecino y se conectara accidentalmente, por ello, una de las líneas a tierra? El efecto de esa derivación accidental a tierra sería el de convertir instantáneamente en un vivo el otro cable de la línea.

Derivación accidental a tierra en un sistema de distribución de dos líneas aisladas.

Puesto que siempre habrá, en un barrio populoso, más de un artefacto eléctrico con fallas de aislación, los dos cables se tornarán vivos de manera errática; a veces, un artefacto defectuoso dará corriente a quien lo toque y otras veces no, de manera impredecible y dependiendo del estado de todos los demás consumos.

Una conexión accidental a tierra en una vivienda ocasionaría fogonazos en un artefacto defectuoso de otra casa, situada quizás en otra manzana. La compañía prefiere definir entonces, de una vez para siempre, cuál será el cable que tendrá tensión con respecto a tierra, y cuál no.

(12)

CUESTIONARIO

17)

¿Cuáles de las siguientes afirmaciones se desprenden del texto anterior?

a) El vivo y el neutro de lo instalación eléctrica corresponden a los polos positivo y negativo, respectivamente.

b) Las compañías eléctricas conectan uno de los cables de distribución a tierra para ahorrar conductores eléctricos.

c) Sería posible, aunque peligroso, no conectar ninguno de los dos cables de distribución a tierra.

d) El cable llamado neutro cambio de polaridad muchas veces por segundo

18)

Un velador da corriente a quien lo toca cuando está apagado. ¿A qué se debe ese fenómeno?

ACCIDENTES ELÉCTRICOS

La circulación de corrientes intensas a través del cuerpo humano es dolorosa y perjudicial, y a veces causa la muerte. Los nervios trabajan normalmente con corrientes eléctricas débiles con las que envían las señales sensitivas y motoras. El pasaje de una corriente miles de veces mayor que las que genera el propio organismo contrae violentamente los músculos y altera el funcionamiento del corazón, que puede fibrilar o paralizarse.

En el caso de que una persona se desvanezca al sufrir un contacto eléctrico y parezca no respirar, conviene apartarla inmediatamente (con precaución, para que quien acude en auxilio no resulte también electrocutado) del origen de la descarga, y aplicarle a la vez masaje cardíaco y respiración artificial.

Para reanimar personas electrocutadas conviene alternar la aplicación de presión sobre el pecho, con la respiración boca a boca. Se coloca a la víctima sobre el suelo boca arriba, con un zapato u otro objeto debajo del cuello para mantener abiertas las vías respiratorias. Se compruebo que la lengua no esté obstruyendo la garganta (si así fuero, se la tira hacia afuera) y, sin demora, se aplican series de tres apretones bien fuertes sobre el esternón, seguidos de una aplicación de aire en la boca mientras se le aprieta la nariz para poder inflar bien los pulmones. Se pretende que la sangre le circule, aunque sea mínimamente, y que esa sangre se oxigene al pasar por los pulmones, porque el cerebro no puede resistir más que dos o tres minutos sin circulación de sangre oxigenada.

Modelo hidráulico de la electricidad (deliberadamente no se incluye)

REVISIÓN

19)

¿De qué manera se conecta un voltímetro para medir la tensión sobre una resistencia? ¿En serie o en paralelo?

20)

¿De qué manera se conecta un amperímetro para medir la corriente que atraviesa una resistencia?

21)

¿Qué resistencias internas deberían tener, idealmente, un voltímetro y un amperímetro?

22)

Por una resistencia de 100 Ohms pasa una corriente de 2A. ¿Cuál es la caída de tensión en la resistencia y qué potencia consume?

23)

¿Con que principios de conservación se relaciona cada una de las leyes de Kirchhoff?

24)

¿De qué manera se puede improvisar una resistencia de 100 k si se dispone de dos resistores de 200 k?

(13)

EJERCICIOS

26)

¿Qué resistencia equivalente presentan dos resistencias de 300  y 600  conectadas en paralelo?

27)

Dos resistores de 1000  y 500  se conectan en paralelo entre sí y en serie con una resistencia de 1000  ¿Qué resistencia presenta el conjunto?

28)

Una resistencia de 50 k está disipando una potencia de 200 mW ¿Qué corriente la atraviesa?

29)

En el circuito de la figura, la corriente I es de 3 A. ¿De qué intensidad son las corrientes I1 e I2?

30)

Tres resistores iguales, de 330 k, se conectan formando un triángulo equilátero. ¿Qué resistencia se mediría si se conecta un téster entre dos vértices de dicho triángulo?

31)

¿Cuál es la diferencia de potencial entre los extremos del dispositivo X del circuito de la figura?

32)

Estimen la resistencia que presenta un televisor a partir del conocimiento de la potencia que consume. La potencia suele estar indicada en una chapita detrás del aparato.

CUESTIONES

33)

El filamento de una lámpara incandescente de 220 V y 40 W debería tener de

acuerdo con la ley de Ohm, una resistencia R = U/I = U/(P/U) = U2/P = (220 V)2/40

= 1210 ohms. Sin embargo, cuando le medimos su resistencia con un multímetro (¡desconecten la lámpara antes de hacer esa medición!), leemos sólo 30 ó 40 . ¿A qué se debe? En este caso, ¿no vale la ley de Ohm?

34)

De una caja cuyo interior es inaccesible salen tres cables. Las resistencias medidas entre los cables son las siguientes: RAB = 100 ; RBC = 100  y RCA = 100 . ¿Qué resistencias podría haber adentro? ¿Por qué?

35)

Las luces de giro de un coche funcionan con una lentitud anormal, una de las luces de freno no enciende y, además, al pisar el pedal de freno se apaga la luz de giro. ¿Cómo se explica ese endemoniado defecto?

36)

¿Cuál de las lámparas iguales de la guirnalda, de 12 V cada una, enciende con mayor intensidad, en el supuesto de que los cables de conexión sean muy delgados y presenten, por ello, una resistencia importante? (La pregunta es capciosa e invita al error)

37)

Una persona introduce un buscapolos en uno de los agujeros (A) de un tomacorriente, y la lámpara de neón del buscapolos no enciende, mientras que cuando lo introduce en el otro agujero (B) sí lo hace. Entonces se puede afirmar que el agujero A (elijan las opciones correctas):

a) es el neutro; b) es el vivo;

c) es el positivo; d) es el negativo;

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