UD 1 ELECTRICIDAD 3ESO CAST 15 16

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(1)ELECTRICIDAD. Luis García Molina. I.E.S. Serra Perenxisa (Torrente). 1.

(2) I. LEY DE OHM: fórmulas serie y paralelo. -II. ENERGÍA ELÉCTRICA -III CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA. -IV.-ELECTROMAGNETISMO. INTRODUCCIÓN. 2.

(3) CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Y ÁTOMOS La materia está formada por átomos (hecha de núcleo y electrones) La corriente eléctrica se está moviendo electrones. Los electrones en el átomo están dispuestos en capas. Para ser una corriente eléctrica los electrones de la capa de valencia deben saltar a la capa de la conductora, desde donde pueden saltar a otros átomos. Al saltar, dejan huecos en la capa de valencia que puede recibir nuevos electrones entrantes. LOS Materiales conductores tienen muchos electrones de conducción adecuados y agujeros, así que puede haber corriente eléctrica. LOS Amateriales aislantes no tienen capa de conducción de electrones debido a que la capa de valencia está llena, sin huecos y así que no hay movimiento de los electrones. Los Materiales semiconductores tienen electrones y huecos contados. Estos materiales se dopan con otros átomos que añaden electrones o agujeros. El resultado es que podemos generar una corriente eléctrica "a la carta".. ELECTRONES CAPA DE CONDUCCIÓN. Capa de valencia. NÚCLEO. 3.

(4) GENERADORES DE QUIMICOS PILAS •. Los generadores químicos generan corriente eléctrica a partir de pon er en contacto dos compuestos químicos diferentes: el que da los elecrons y el que los recibe. Son las pilas y baterías. Algunas pueden recargarse enchufandose a la corriente. • Baterías de zinc-carbono. (Batería normal) • Baterías de zinc-mercurio (pilas de botón) • Batería de óxido de plomo-Sulfato de plomo(baterías de coche) • La batería de níquel-cadmio. • Batería de hidrógeno • Batería de iones de litio (Li-ion) • Batería de níquel-metal híbrido (NiMH) electrones. Electrólito. Una sustancia que da electrones. Una sustancia4 que tiene electrones.

(5) motor. II.2 BATERÍA ELÉCTRICA DESCARGA En estas células, el elemento de ánodo (XH) se separa de la siguiente manera: XH X + H+ + e • Los electrones (e-) se utilizan para mover el motor • El ion positivo (H +) migra hacia el cátodo a través de una membrana intermedia (electrolito) En el cátodo, los iones positivos y electrones están se acoplan con un elemento (Y) para formar YH. Y + H + eYH. e-. eH +. proceso descarga. H +. XH. Y X. YH. XH. YH. X. Y. H +. H +. proceso Carga. eRECARGA. Con el voltaje de un generador de electricidad el proceso se ánodo invierte y la batería está lista (XH) para ser utilizada de nuevo TIPOS: •Batería de iones de litio (Li-Ion) •Batería de níquel e hidruro metálico (NiMH). ecátodo + (Y) 19.

(6) GENERADORES electromagnéticos: ALTERNADOR •. Interación entre la electricidad y el magnetismo: Si movemos un cable de metal conductor entre dos imanes, los elecrones del metal se ponen en movimiento, generando una corriente eléctrica.. N Cable eléctrico. N Cable eléctrico. electrones electrones IMÁN. S •. S. Todo lo que tenemos que hacer es conseguir algo que hace girar el alambre. 5 ACT 4: ¿Cómo podemos hacer girar el alambre para generar electricidad?.

(7) La ley de Ohm Para entender la ley de Ohm tenemos que revisar las 3 magnitudes físicas fundamentales de la electricidad ... • ACTIVIDAD 0.1:Complete el siguiente cuadro. Magnitud y símbolos. Definición. Unidad de medida y el símbolo. Instrumento de medición y el símbolo. Las instrucciones para medir. Intensidad (I) Voltaje (V) Resistencia (R). •. Recuerde que la ley de Ohm: – Más tensión más intensitiy. – Más RESISTENCIA menor intensidad. – Todo esto se expresa en una fórmula físico-matemática que George Simon Ohm descubrió:. V I = R. 7.

(8) I. LEY DE OHM: fórmulas serie y paralelo. -II. ENERGÍA ELÉCTRICA -III CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA. -IV.-ELECTROMAGNETISMO. DE I.1-Ley de Ohm: FÓRMULAS CIRCUITOS EN SERIE. 8.

(9) conexión en serie •. La conexión en serie es poner los receptores en una fila. Es decir, la salida de la primera está conectada a la entrada de la siguiente. intensidad. ½ Vtotal. ½ Vtotal. Vtotal. > Intensidad: La I a través de las lámparas es la misma y es igual a la intensidad total del circuito.. ITotal = I1 = I2. > Resistencia: La R total de las dos lámparas a la vez es la suma de las resistencias de cada bombilla separado.. RTotal R =1 + R2. > Voltaje: la energía de la batería se comparte entre los bombillas, dependiendo de cada valor de resistencia. Cuanta más resistencia, utiliza más energía.. vTotal = V1 + V2. Imágenes: clips Cocodrile.

(10) LA LEY DE OHM PUEDE SER APLICADA A CADA ELEMENTO DEL CIRCUITO POR SEPARADO O EN TODO EL CIRCUITO A LA VEZ.. Bombilla 1. Bombilla 2. -Si aplicamos la ley a la bombilla 1:. Vbomb1 Ibombilla1 = Rbomb1. -Si aplicamos la ley a la bombilla 2:. Vbomb2 Ibombilla2 = Rbomb2. -Si aplicamos la ley a EL CIRCUITO TOTAL:. Vtotal Itotal = Rtotal 11. Imágenes: clips Cocodrile.

(11) •. ACTIVIDADES 1.1:a) Calcular, utilizando la ley de Ohm, el valor de la tensión total de la batería en el siguiente circuito: Mientras hablamos voltaje total para el circuito de hacerlo todos tenemos que calcular el valor de la resistencia del total de todo el circuito (de las dos bombillas a la vez). 100 Ω. •. 200 Ω. Itotal = 0,03 A b) Ahora calcula la tensión con cada bombilla por separado. Mientras hablamos ahora de la tensión de cada bombilla EN PARTICULAR, debemos calcular la resistencia de Cada bombilla.. • C) Verifica que la suma de la tensión de cada bombilla es igual a total. ACTIVIDAD 1.2: Realiza los mismos cálculos que el problema anterior para un circuito de 3 BOMBILLAS EN SERIE, 1200 Ω, 3400 Ω y 10.800 Ω resistencia respectivamente. La intensidad total es la misma, 0,03 A.. 12.

(12) I. LEY DE OHM: fórmulas serie y paralelo. -II. ENERGÍA ELÉCTRICA -III CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA. -IV.-ELECTROMAGNETISMO. DE I.2-Ley de Ohm: FÓRMULAS CIRCUITO PARALELO. 13.

(13) conexión en paralelo ½ I total YOtotal. YOtotal ½ I total. Vtotal Vtotal. •. •. •. intensidad se divide entre los dos caminos. Cuanto mayor es la resistencia de cada bombilla, menor intensidad pasa a su través. Resistencia: ELa R total se calcula utilizando esta extraña fórmula. Debe ser menor que la más pequeña de las resistencias. El voltaje de cada bombilla es el mismo que el total del circuito.. Imágenes: clips Cocodrile. ITotal = I1 + I2+ ... + In 1 RTotal. = 1 + 1 + .. + 1 R1 R2 Rn. vTotal= V1 = V2= ... = Vn.

(14) LA LEY DE OHM PUEDE SER APLICADA A CADA ELEMENTO DEL CIRCUITO POR SEPARADO O EN TODO EL CIRCUITO A LA VEZ. Bombilla 1. Bombilla 2. -Si aplicamos la ley a la bombilla 1:. Vbomb1 Ibombilla1 = Rbomb1. -Si aplicamos la ley a la bombilla 2:. Vbomb2 Ibombilla2 = Rbomb2. -Si aplicamos la ley a EL CIRCUITO TOTAL:. Vtotal Itotal = Rtotal 11. Imágenes: clips Cocodrile.

(15) •. ACTIVIDAD 1.3 : Vamos a utilizar la ley de Ohm para un circuito conectado en paralelo: – Calcula utilizando la ley de Ohm la corriente que fluye a través de la bombilla 1. – Calcula la intensidad de la bombilla 2. – Calcular los voltajes de las lámparas 1 y 2. – Calcula ahora la corriente total en el circuito.. 100 Ω 200 Ω. •. ACTIVIDAD 1.4 : Realice los mismos cálculos que el anterior pero para un circuito CASO similar pero con 3 BOMBILLAS EN PARALELO, resistencias 1000 Ω, 2500 y 7250 Ω Ω arespectivamente. 18. Imágenes: clips Cocodrile.

(16) Conexión mixta Para resolver los circuitos mixtos que tenemos que mirar a la distribución global de las resistencias. • Si la estructura general está en serie primero calcular el valor de las resistencias equivalentes de las resistencias en paralallel. A continuación, realice los cálculos finales en serie. 1.5 Actividad a) Calcule el valor de la resistencia total del circuito b) ¿Cuál es el paso total de corriente a través del circuito?. •. Si la estructura general está en paralelo primero calcular el valor de resistencies equivalentes de resistencias en serie en cada rama. A continuación, realice los cálculos finales en paralelo. 1.6 Actividad a) Calcule el valor de la resistencia total del circuito b) ¿Cuál es el paso total de corriente a través del circuito?. Imágenes: clips Cocodrile.

(17) I. LEY DE OHM: fórmulas serie y paralelo. -II. ENERGÍA ELÉCTRICA -III CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA. -IV.-ELECTROMAGNETISMO. II-ENERGÍA ELÉCTRICA. 20.

(18) ELECTRICIDAD •. •. Las bombillas utilizan la electricidad para producir luz. La luz es energía de la luz.. Los motores eléctricos utilizan la energía eléctrica para producir el movimiento. El movimiento es energía cinética.. •. Estufas eléctricas utilizan la electricidad para producir calor. El calor es energía térmica. 21. Imágenes: clips Cocodrile.

(19) CONSUMO DE ENERGÍA •. ¿En qué unidades se mide la energía eléctrica?. •. Podemos ver en nuestra factura de la luz en casa. Al final del mes que pasamos en nuestra casa una cierta cantidad de energía. – (Este gasto es independiente de si se ha hecho en un solo día o durante todo el mes). •. LA ENERGÍA ELÉCTRICA SE MIDE EN Kilovatios-hora (KW x h) – Otras unidades de energía: calorías (cal), julio (J). E = P x t E: Energía (KW x h) P: potencia eléctrica (KW) t: Tiempo (horas). E = V x I x T E: Energía (Julio) V: voltaje (V) I: intensidad (A) T: Tiempo (seg). E = R x I2 x t E: Energía (Julio) R: Resistencia (ohmios) I: intensidad (A) T: Tiempo (seg) 22.

(20) CONSUMO DE ENERGÍA. ACTIVIDAD 2.1: Calcula la potencia consumida por un circuito formado por una batería de 9V y 4 resistencias en serie, 120, 240, 300 y 1230 ohmios respectivamente. ACTIVIDAD 2.2: Calcula la cantidad de electricidad del hogar ha consumido este mes: – Una gama de 150 W ha estado en 5 horas. – El refrigerador (300 W) ha estado en 90 horas. – La televisión (70 W) ha estado en 20 horas. – 7 bombillas (100 W) han sido 70 horas cada uno. ACTIVIDAD 2.3: Pregunta en tu casa por la factura eléctrica. Analízala. ¿Cuántos kilovatios hora de energía x usted ha consumido? ¿Cuánto cuesta cada Kw x h? ¿Cuánto pagó en total? ¿De dónde proviene la diferencia? 23.

(21) I. LEY DE OHM: fórmulas serie y paralelo. -II. ENERGÍA ELÉCTRICA -III CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA. -IV.-ELECTROMAGNETISMO. III-ENERGÍA ELÉCTRICA. 24.

(22) Diferencia entre la energía y la potencia •. Una estufa "A" gasta 1000 calorías de energía térmica (calor) durante 6 horas. La estufa "B" gasta esas mismas 1.000 calorías en sólo 1 hora. • A) ¿Cuál de las dos estufas ha gastado más energía eléctica? • B) ¿Cuál de las dos estufas tiene más potencia? – Efectivamente, lo que normalmente interesa conocer no es la cantidad de energía eléctrica que gasta una estufa o una bombilla, sino su potencia, es decir cuánta energía gasta en la unidad de tiempo.. • Por lo tanto: – Potencia eléctrica es la cantidad de energía gastada aparato eléctrico en una unidad de tiempo.. E(Energía). P =. Unidad: vatios (W). t(Tiempo). 25.

(23) Potencia eléctrica: FÓRMULAS • La fórmula para calcular la potencia eléctrica es:. P = V x I • Como hicimos con la ley de Ohm se pueden hacer dos comentarios: – 1) La fórmula sirve igualmente bien para todo un circuito para un dispositivo en particular. • Si es el circuito entero pondremos los valores de V, I totales • Si es para un aparato ponemos los valores de V e I del aparato. – 2) Hay otra manera de escribir la misma fórmula.. P = R x I2. (Esto es porque como V = R x I sustituyendo este valor en la primera fórmula V, es P = (R x R) x R, que es igual a P = R x I2) 26.

(24) Energia Electrica ACTIVIDAD 3.1: Dado el siguiente circuito eléctrico formado por dos bombillas en serie, que tienen una resistencia de 100Ω cada una: – – – – –. a) Calcula la potencia de la bombilla1 con la primera fórmula b) Calcula la potencia de la bombilla2 con la segunda fórmula c) Calcula la potencia del circuito.. I = 0,045 A. ACTIVIDAD 3.2: Dado el siguiente circuito eléctrico formado por dos bombillas en paralelo, que tienen una resistencia de 100Ω cada una: – – –. a) Calcula la potencia de la bombilla1 con la primera fórmula b) Calcula la potencia de la bombilla2 con la segunda fórmula c) Calcula la potencia del circuito.. I = 0,09 A. I = 0,09 A. 27.

(25) I. LEY DE OHM: fórmulas serie y paralelo. -II. ENERGÍA ELÉCTRICA -III CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA. -IV.-ELECTROMAGNETISMO. IV-ACTUAL Y CORRIENTE ALTERNA. 28.

(26) Generadores Corriente continua Las pilas y las dinamos son generadores de un tipo de corriente eléctrica llamada corriente continua. – Estos generadores mantienen un voltaje constante, todo el rato igual. – Como la fuerza que mueve a los electrones es todo el rato igual, los electrones se mueven siempre a la misma velocidad y en el mismo sentido.. electrones. 29 Imágenes: clips Cocodrile.

(27) Generadores Corriente alterna El conjunto turbina-alternador son generadores de un tipo de corriente eléctrica llamada corriente alterna. – Estos generadores mantienen un voltaje variable. Su energía cambia con el tiempo. Primero crece hacia positivo, después decrece hacia lo mismo pero en sentido inverso. – Como la fuerza cambia así, los electrones van acelerando hacia un lado, paran y aceleran hacia el otro lado.. electrones. 30 Imágenes: clips Cocodrile.

(28) •. ACTIVIDAD 4.1: Mira estos dos diagramas que representan la variación de tensión (eje Y) con el tiempo (eje X) y decir que le da corriente continua y corriente alterna que.. V. V. t. t. 31.

(29) cosas de la corriente alterna 1.Las centrales eléctricas y nuestras casas generan y usan alterna en vez de continua. ¿Por qué? – Porque el transporte de largas distancias es más barato y eficaz porque se hace a voltajes elevadísimos.(hasta 400.000 V!!) - Para reducir las pérdidas de potencia por el camino: pérdidas de potencia= R x I2 conviene bajar I para dismuir las pérdidas. - Para reducir las caídas de tensión por el camino: pérdidas de tensión = R x I conviene bajar la I para bajar las caídas. Así, para bajar la intensidad, manteniendo la potencia… me conviene subir mucho V !!. PARA SUBIR V, SÓLO SE PUEDE HACER CON TRANSFORMADORES USANDO CORRIENTE ALTERNA. p I = V 32.

(30) cosas de la corriente alterna – 2. GENERACIÓN Y TRANSPORTE DE LA CORRIENTE CONTINUA. –. – –. La corriente eléctrica alterna se genera en los alternadores de las diferentes centrales eléctricas. El generador consta básicamente d'una turbina que mou el generador electromagnètic o alternador. La diferència entre les centrals elèctriques (eòlica, solar, nuclear, tèrmica etc.) És el tipus de font d'energia natural que mou la turbina. El corrent elèctric altern es transporta des de la central elèctrica fins a les nostres cases a través de la xarxa de transport. Aquesta xarxa es divideix en tres trams: alta tensió (200.000-400.000 V), mitja tensió (10.000 V) i baixa tensió (220 V).. La red de media tensión. BAJA TENSIÓN Red. Transformador 2. transformador de 1. T. Red de transporte ALTO VOLTAJE. turbina alternador. T. T. transformador de 3. 33.

(31) cosas de la corriente alterna – 3. TRANSFORMACIÓN DEL VOLTAJE DE LA CORRIENTE ALTERNA – Los transformadores son los aparatos que elevan la tensión y bajan la tensión o voltaje. • Los que están en la red de transporte,junto a las torres de gran tensión son muy grandes. • Los que están dentro de un electrodoméstico o aparato electrónico para bajar la tensión de 220 V a lo que necesite el aparato (5V) son pequeños. 34.

(32) cosas de la corriente alterna 4. RECTIFICACIÓN DE LA CORRIENTE ALTERNA EN CONTINUA Los aparatos electrónicos usan corriente continua y a unos 5 V. Algunos la obtienen de su pila o batería. Pero muchos se conectan al enchufe doméstico, que como sabes es de corriente alterna y a unos 220V. Ya sabemos que el voltaje se baja con un transformador. Necesitamos unos aparatos que pasen la corriente alterna a continua. LOS RECTIFICADORES. Los rectificadores están compuestos por un puente de diodos y un condensador. Aquí tienes el esquema de un rectificador.. Afuera, en continua. Puente de diodos. alternador. condensador. 35 Imágenes: clips Cocodrile.

(33) cosas de la corriente alterna • Se utiliza corriente alterna industria de fase 5.El. – Si en vez de poner esto:. Imágenes: clips Cocodrile. M. M. M. – Ponemos esto:. Nos ahorramos un montón de cables (más barato alrededor) y funciona igual de bien. 36 Se llama, ya que utiliza tres fases o 3 cables de fase..

(34) cosas de la corriente alterna • 6.Vocabulario diagrama de corriente alterna sinusoidal:. V. 1 ciclo. 1 ciclo. Amplitud. t Período. – Frecuencia: El número de ciclos que ocurren en 1 segundo. Es f = 37 50 Hz es de 50 ciclos por segundo que!.

(35) • • • • • • • •. ACTIVIDAD 4. 2: Respuestas A) ¿Cuál es la salida? B) ¿Qué ventajas tiene que explicar por qué usar? C) ¿Qué dispositivos utilizan corriente continua? D) ¿Qué dispositivos utilizan corriente alterna? E) ¿Cuál es la corriente alterna trifásica? F) ¿Cuáles son las ventajas? g) Indique en el diagrama de lo que es la amplitud, período, ciclo y la frecuencia?. V. t 38.

(36) I. LEY DE OHM: fórmulas serie y paralelo. -II. ENERGÍA ELÉCTRICA -III CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA. -IV.-ELECTROMAGNETISMO. VI-ELECTROMAGNETISMO. 39.

(37) EL MAGNETISMO •. El MAGNETISMO es la propiedad que tienen algunos materiales de atraer materiales férricos y atraer-repeler a otros imanes. ¿POR QUÉ HAY MAGNETISMO? El magnetismo se produce por UNA ORDENACIÓN DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS DE LOS ÁTOMOS del material.. Material normal. + Material magnético. +. + + -. -. S. + -. N. Como puedes intuir, electriciad y magnetismo están provocadas por el movimiento de los electrones. Por eso: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO ESTÁN RELACIONADAS. La unión de ambas se llama ELECTRO-MAGNETISMO. 37. EXISTEN 3 RELACIONES-INTERACCIONES ENTRE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO.

(38) INTERACCIÓN 1 Interacción 1 entre electricidad y magnetismo: Un conductor con corriente eléctrica se comporta como un imán. electrones. +. -. =. S. N. Aprovechando este efecto se construyen ELECTROIMANES: imanes con cables eléctricos en forma de bobina (aumentan el poder magnético). +. =. S. N 38.

(39) INTERACCIÓN 2 Interacción 2 entre electricidad y magnetismo: Al mover un cable eléctrico sin corriente en el campo de influencia de un imán, se genera (induce) una corriente eléctrica en el cable.. S. electrones. •. N. S. N =. Como el cable no se mueve no ocurre nada. Como el cable sí se mueve los electrones se ponen en movimiento. Por eso se construyen GENERADORES ELÉCTROMAGNÉTICOS de corriente eléctrica con cables eléctricos e imanes (que suelen ser electroimanes). 39.

(40) INTERACCIÓN 3 Interacción 3 entre electricidad y magnetismo: Un imán (o electroimán) puede mover a otro.. S. N. S. Los opuestos se atraen. Por eso se construyen. S. Polos iguales se repelen. MOTORES ELÉCTRICOS. Combinando rotor de imán tiene un turno. con electroimanes. eje. cepillo +. colector. rotor estator +. 43.

(41) • • • • •. ACTIVIDAD 5. 1: Contesta A) Explica la interacción 1 entre electricidad y magnetismo B) ¿Cómo funciona un electroimán? C) Explica la interacción 2 entre electricidad y magnetismo D) ¿Cómo funciona un generador electromagnético? E) Explica la interacción 3 entre electricidad y magnetismo F) ¿Cómo funciona un motor eléctrico?. 41.

(42) Finalizado 45.

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