INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD
1. RESEÑA
HISTÓRICA
Hace muchos siglos, los griegos se dieron cuenta de un curioso fenómeno: al frotar un objeto de ámbar con un trozo de lana, el objeto atraía las motas de polvo. A este fenómeno lo llamaron electricidad. En la actualidad sabemos que hay sustancias, como los plásticos y los vidrios, que también tienen esa propiedad de producir un fenómeno de electrización y que, al frotarlos con un paño de algodón o de lana, son capaces de atraer objetos pequeños, como trocitos de papel o cabellos.
La electricidad es una de las formas de energía más usada por el ser humano; la mayoría de las maquinas y aparatos que diariamente usamos, funcionan gracias a la electricidad. Sin embargo, la utilización de la energía eléctrica no va más allá de los últimos cien años.
2. LA CARGA ELÉCTRICA
La materia está constituida por átomos, y éstos, a su vez, por otras partículas más pequeñas que poseen carga eléctrica: los
electrones, que tienen carga eléctrica negativa y son los responsables de los fenómenos eléctricos, y los protones, que tienen carga positiva. Otras partículas constituyentes del átomo, pero que no tienen carga eléctrica, son los neutrones.
Protón. Tienen carga positiva y están en la parte central del átomo, que se llama núcleo.
Neutrón. Tiene el mismo tamaño que el protón y también está en el núcleo pero sin carga.
Electrón. Es muy pequeño y tiene muy poca masa, prácticamente ninguna. Tiene carga negativa y da vueltas alrededor del núcleo del átomo.
Los protones y los electrones tienen una propiedad que conocemos como carga eléctrica.
A las cargas eléctricas les ocurre lo siguiente:
Las cargas del mismo tipo se repelen, es decir, se separan.
Las cargas de distinto tipo se atraen, se acercan.
3. ELECTRICIDAD ESTÁTICA
La electricidad es la propiedad que aparece en los cuerpos (o materia en general), causada por la atracción o repulsión de sus partes, debida a la interacción entre los electrones cargados negativamente y a los protones cargados positivamente. Se manifiesta en reposo en forma de electricidad estática o en movimiento en forma de corriente eléctrica.
4. CORRIENTE ELÉCTRICA
Al igual que ocurre con el agua que fluye por una tubería, los electrones pueden moverse a través de ciertos materiales. Cuando lo hacen están creando corriente eléctrica. La corriente eléctrica es el flujo (movimiento, desplazamiento) de carga eléctrica (electrones), a través de un material conductor (metálico), generalmente un cable.
Para que las cargas eléctricas (en este caso, los electrones) se desplacen desde un punto hasta otro, debe existir “algo” que las obligue a moverse. La causa de la corriente eléctrica es la existencia de los llamados polos eléctricos, los cuales son dos:
Polo negativo: Punto desde el cual parte la corriente eléctrica y donde existe una gran cantidad de electrones.
Polo positivo: Punto hasta el cual llegan la corriente eléctrica y donde existe poca cantidad de electrones.
5. MATERIALES AISLANTES Y CONDUCTORES
La corriente eléctrica no pasa con la misma facilidad por todos los cuerpos, circula mejor a través de unos materiales que de otros. Podemos distinguir dos tipos de materiales:
Conductores son los que presentan muy poca resistencia al paso de la corriente eléctrica, es decir, permiten que los electrones puedan moverse en el interior de dicho material. Son materiales conductores: los metales, cobre, plata, aluminio, etc.
Aislantes son aquellos que se oponen casi totalmente al paso de la corriente eléctrica, es decir, los electrones no tienen movilidad, no permiten el paso de la corriente eléctrica. Son aislantes: los plásticos, la madera, el papel, la porcelana, la cerámica. Usamos estos materiales para protegernos de la corriente. Por eso los mangos de los destornilladores son de madera o plástico.
Semiconductores: Son aislantes bajo determinadas condiciones y conductores en otras. Forman parte de la inmensa mayoría de los componentes electrónicos actuales y son principalmente el silicio (Si) y el germanio (Ge)
6.
7.
EL CIRCUITO ELÉCTRICO
Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos que unidos de forma adecuada permiten el paso de la
corriente eléctrica (electrones). La función de un circuito eléctrico es convertir la energía eléctrica del generador en otro tipo de energía - mecánica, luminosa, sonora, calorífica, etc. - mediante un receptor -motor, lámpara, zumbador, resistencia, etc.-.
El circuito más sencillo es aquel que tiene un generador (pila), un receptor (por ejemplo, una bombilla) y cables conductores. También podemos añadir un elemento de control, por ejemplo, un interruptor.
En este ejemplo, tenemos un circuito sin emplear símbolos.
Este esquema sí emplea símbolo para construir el mismo circuito.
COMPONENTE DEFINICION EJEMPLO ELECTRICO SIMBOLO
Generador
Elemento eléctrico
que proporciona la
energía eléctrica. La
fuerza con la que los
generadores
“impulsan” los
electrones se llama
tensión.
Pila (Corriente continua)
Batería (Corriente continua)
Dinamo
Fuente de alimentación (Corriente alterna)
Alternador (Corriente alterna)
Conductor
Encargado de unir los
elementos eléctricos
y permitir el paso de
la electricidad
Cable o hilo conductor
Receptor
Elemento que
transforma la energía
eléctrica en otro tipo
de energía que nos
sea útil.
Bombilla (luminosa)
Resistencia (calorífica)
Motor (mecánica)
Zumbador (sonora)
Elementos de
control.
Elementos de
mando y
maniobra
Elementos que abren
y cierran el circuito,
permitiendo o no el
paso de la corriente
eléctrica
Interruptor permite el paso de la corriente
permanentemente cuando se actúa sobre él.
Pueden tener dos posiciones.
Abierto: interruptor no deja pasar la corriente.
Cerrado: el interruptor deja pasar la corriente.
Pulsador: permite el paso de la corriente de
modo temporal cuando se actúan sobre él.
Cuando se deje de actuar sobre él, ya no
permite el paso de la corriente.
Conmutador simple: se usa para desviar la
corriente por un camino o por otro. Al tiempo
que abre un circuito, cierra otro.
Elementos de
protección
Detectan las
variaciones de la
tensión de un circuito
e interrumpen el paso
8.
MAGNITUDES ELECTRICAS
Miden propiedades que poseen los circuitos eléctricos. Gracias a las magnitudes podemos medir y entender los fenómenos que ocurren en los circuitos eléctricos.
8.1.
CORRIENTE ELÉCTRICA
Cuando se unen dos cuerpos con distinta carga a través de un elemento conductor, se produce un movimiento de electrones desde el que tiene exceso de carga negativa hacia el de exceso de carga positiva. Ese movimiento es lo que conocemos como corriente eléctrica: flujo o movimiento ordenado de electrones en el interior de un conductor para lograr el equilibrio electrónico entre dos puntos con distinta cantidad de carga eléctrica.
Nosotros no podemos contar la cantidad de electrones que circulan por un conductor puesto
que es una cantidad muy
grande, por eso, para medir la corriente eléctrica
que circula por un conductor
se utiliza una magnitud que es la Intensidad de Corriente Eléctrica, o simplemente Intensidad o Corriente eléctrica.
INTENSIDAD CORRIENTE (I)
Siendo Q la cantidad de carga eléctrica (culombios) y T el tiempo. La Intensidad de corriente es el numero de electrones que atraviesan un hilo conductor en la unidad de tiempo. La intensidad de corriente eléctrica se mide en Amperios.
8.2.- LA RESISTENCIA ELÉCTRICA (R)
Todos los conductores no conducen la corriente eléctrica de igual forma, hemos visto anteriormente que existen materiales (aislantes) que no dejan pasar la corriente eléctrica. La dificultad que opone un conductor de electricidad al paso de ésta.
Depende de varios factores:
• Del grosor; cuanto más delgado mayor resistencia.
• De la longitud del conductor; a mayor longitud mas resistencia.
• Del tipo de material. Unos materiales ofrecen más resistencia que otros. A esta propiedad de cada material se le conoce como resistividad.
La unidad de resistencia es el Ohmio ( ).
8.3. EL VOLTAJE (V)
¿Qué provoca el movimiento de los electrones en un conductor? Para que en por un conductor circule una corriente eléctrica, es necesario que entre sus extremos haya una diferencia de carga eléctrica, de manera que los electrones circularán desde donde hay más cantidad hasta donde hay menos.
A esta diferencia de carga eléctrica se le llama diferencia de potencial o diferencia de voltaje y es la fuerza que provoca la corriente eléctrica o movimiento de electrones en un conductor.
de un ohmio.
Para conseguir en un circuito eléctrico una diferencia de voltaje se necesita un generador, en el taller utilizaremos una fuente de alimentación o unas pilas. En las centrales eléctricas esta diferencia de voltaje se genera en el alternador.
8.4 ENERGÍA ELECTRICA (E)
En nuestras casas pagamos el “recibo de la luz” dependiendo de la cantidad de energía eléctrica que hayamos consumido durante los dos meses anteriores. Pagaremos más o menos dependiendo de que hayamos tenido más o menos electrodomésticos conectados durante un tiempo dado. Esta energía eléctrica que nosotros consumimos se ha producido en algún tipo de central de producción de energía. Allí han transformado otra forma de energía en
energía eléctrica.
La unidad de energía eléctrica más utilizada es el KWh, y se define como la energía consumida por un aparato de potencia 1 KW durante una hora.
8.5. POTENCIA ELÉCTRICA (P)
Es la energía eléctrica que circula por un circuito en un tiempo dado. Mide la cantidad de energía eléctrica que un receptor consume en un tiempo dado.
Su unidad es el vatio, un múltiplo del watio es el Kilowatio, 1 KW = 1000 W.
Dado un receptor eléctrico (bombilla, motor, resistencia) sometido a un voltaje V y que circula una corriente I, la potencia que consume es igual a P:
MAGNITUD DEFINICIÓN UNIDAD DE
MEDIDA
FORMULA MATEMATICA
Intensidad (I)
El número de electrones o carga eléctrica que recorre la sección del conductor en la unidad de tiempo
Amperio (A) =
Culombio/sg I = V / R
Voltaje (V)
La diferencia de carga eléctrica entre dos puntos distintos de un circuito o entre dos cuerpos cargados eléctricamente
Voltio (v) V = I x R
Resistencia
(R) La oposición al paso de electrones Ohmio (Ω) R = V / I
Energía (E) Potencia consumida por la unidad de
tiempo KWh E = P x t
Potencia (P)
Capacidad para realizar el trabajo de llevar carga eléctrica de un punto a otro.
Vatio (w) P = V x I E = P x t
9. LEY DE Ohm
La ley de Ohm para corriente continua relaciona las tres magnitudes anteriores y dice lo siguiente: “En un circuito eléctrico, la cantidad de corriente que circula por él, depende de la tensión de la pila y de la resistencia del propio circuito”.
la formula de la ley de Ohm es la fórmula básica de los circuitos eléctricos y relaciona las tres
magnitudes eléctricas fundamentales, voltaje, intensidad y resistencia.
Conectamos una resistencia R a una fuente de tensión de voltaje V, por la resistencia circula una corriente de intensidad de corriente I.
10. CONEXIÓN DE COMPONENTES EN SERIE Y PARALELO
Circuito en serie Circuito en paralelo
10.1. ASOCIACIÓN en SERIE
Dos o más elementos se encuentran conectados en serie cuando la salida de uno de ellos se conecta con la entrada del siguiente.
En serie, al aplicar al conjunto una diferencia de potencial, todas ellas son recorridas por la misma
intensidad de corriente.
La resistencia equivalente a n resistencias montadas en serie es igual a la suma de dichas resistencias.
Se reparte la tensión de la pila entre ellos. Porejemplo, si la pila es de 6 V y tenemos tres bombillas en serie, cada bombilla luce con una tensión de 2 V (3·2=6)
Si conectamos cinco bombillas en serie (por ejemplo), observamos con sorpresa que lucen muy poco que si ponemos una sola. Y si ponemos más bombillas en serie, menos lucirán.10.2. ASOCIACIÓN en PARALELO
Dos o más elementos se encuentran en paralelo cuando se encuentran conectados entre los mismos puntos eléctricos. En paralelo, tienen dos terminales comunes, de modo, que al aplicar al conjunto una diferencia de potencial, UAB, todas las resistencias tienen el mismo voltaje, UAB. Así que la resistencia equivalente
de una asociación en paralelo es igual a la inversa de la suma de las inversas de cada una de las resistencias.
Todos los receptores tienen la misma tensión que la de la pila.
Si conectamos cinco bombillas en paralelo (por ejemplo), observamos con sorpresa que lucen igual que si ponemos una sola.11. CIRCUITOS PRÁCTICOS
6.1. Apagar y encender una luz desde dos sitios o más.
Punto de luz conmutado. Punto de luz triple conmutado.
11.1. Un motor gira en ambos sentidos mediante un conmutador simple y dos pilas.
12
FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR ELÉCTRICO DE CC.
Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en energía mecánica (energía de movimiento).
Los motores de corriente continua sirven también como generadores si mediante medios mecánicos los hacemos girar convierten la energía mecánica en energía eléctrica.
Principio de funcionamiento.
Un motor eléctrico aprovecha el “efecto motor”. Este efecto es la fuerza que se produce sobre un cable eléctrico cuando por éste, próximo a un campo magnético (imán), circula corriente eléctrica.
Dependiendo de la dirección de la corriente la fuerza se produce en un sentido u otro.
Funcionamiento del motor
Un motor eléctrico está formado por unos imanes permanentes.
Entre medio de los electroimanes hay una “bobina”, conjunto de cables por los que circula la corriente eléctrica, esta bobina está construida sobre el eje que vemos girar en el exterior del motor.
Cuando conectemos una pila a la bobina, circulará corriente eléctrica, de manera que por el “efecto motor” se produce una fuerza sobre la bobina que hace girar el eje.
Recuerda que el sentido de la fuerza depende de el sentido de la corriente, por eso el motor tiene un sistema para que cuando un cable de la bobina pase enfrente de un polo la corriente por el cable tenga siempre el mismo sentido. Para eso se conecta la bobina a la pila a través del colector y las escobillas.
El colector gira unido a la bobina y las escobillas están fijas.
Dependiendo de que conectemos el positivo de la pila en una de las conexiones o lo hagamos al revés el motor gira en un sentido o en el otro.
Efecto generador
