ÍNDICE DE LA UNIDAD:
Bloque I: Repaso de electricidad.
1. La corriente eléctrica
2. Elementos de un circuito eléctrico.
3. Magnitudes eléctricas.
3.1. Voltaje.
3.2. Intensidad.
3.3. Resistencia.
3.4. Potencia eléctrica.
4. Ley de Ohm.
5. Simbologías eléctrica.
6. Circuitos eléctricos. Tipos y medición de magnitudes eléctricas.
1. La corriente eléctrica.
Unidad 1: Electricidad
Símil con un circuito hidráulico.
Circuito de c.c.
Circuito de c.a.
1. La corriente eléctrica.
Unidad 1: Electricidad
Símil con un circuito hidráulico.
2. Elementos de un circuito eléctrico.
Elementos de un circuito
•Generadores: Son los elementos encargados de suministrar la energía al circuito, creando una diferencia de potencial entre sus terminales que permite que circule la corriente eléctrica. Los elementos que se encargan de esta función son: las pilas, baterías, dinamos y alternadores.
•Conductores: Son materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica, por lo que se utilizan como unión entre los distintos elementos del circuito. Generalmente son cables formados por hilos de cobre trenzado y recubiertos por un aislante plástico.
•Receptores: Son los componentes que reciben la energía eléctrica y la transforman en otras formas más útiles para nosotros como: movimiento, luz, sonido o calor.
Algunos receptores muy comunes son: las lámparas, motores, estufas, altavoces, electrodomésticos, máquinas, …
•Elementos de control: Estos elementos nos permiten maniobrar con el circuito conectando y desconectando sus diferentes elementos según nuestra voluntad. Los elementos de control más empleados son los interruptores, pulsadores y conmutadores.
•Elementos de protección: Estos elementos tienen la misión de proteger a la instalación y sus usuarios de cualquier avería que los pueda poner en peligro. Los más empleados son los fusibles, automáticos, térmicos y los interruptores diferenciales de protección.
2. Elementos de un circuito eléctrico.
Pila
Fusible
Motor
Bombilla
Interruptor
Cable
RECEPTORES
GENERADOR
ELEMENTOS DE CONTROL
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN
CONDUCTOR
2. Elementos de un circuito eléctrico.
GENERADORES
Son dispositivos que originan y proporcionan la energía necesaria
para que circule la corriente eléctrica en un circuito.
Pilas
2. Elementos de un circuito eléctrico.
Sirven para unir los elementos del circuito y les hace llegar la
electricidad.
Cables
CONDUCTORES
La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los conductores tienen cargas libres y que pueden moverse con facilidad. Los átomos de la materia están constituidos por un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran a gran velocidad cargas eléctricas negativas.
En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial (o tensión eléctrica) entre los extremos del conductor.
2. Elementos de un circuito eléctrico.
ELEMENTOS DE CONTROL
Son dispositivos que sirven para dirigir o interrumpir a voluntad el
paso de la electricidad.
Interruptor
Pulsador
2. Elementos de un circuito eléctrico.
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN
Son dispositivos que detectan las subidas de tensión e interrumpen el paso de la electricidad para evitar que los elementos del circuito de más valor o las personas que los manejan sufran daños.
La labor del interruptor diferencial es algo más compleja, su función básica es la de proteger a las personas de los contactos indirectos
El interruptor magneto-térmico protege contra sobrecargas y cortocircuitos, provocando la desconexión de la fuente de alimentación cuando circula a través de él, una intensidad de valor mayor a la nominal del propio interruptor.
El principio del fusible está basado en que al ser construido mediante una aleación metálica al circular una corriente elevada o sobreintensidad que exceda el valor predeterminado del fusible se funde interrumpiendo el circuito protegiéndolo.
2. Elementos de un circuito eléctrico.
ELEMENTOS RECEPTORES
Son dispositivos a los que llega la
electricidad
y la transforman en otro tipo de energía ( luz, calor, sonido, movimiento,…)Bombilla
Motor
Resistencia
Métodos de electrización
¿En qué unidad
se mide
la carga eléctrica?
Charles Coulomb
(1736 – 1806) Físico francés
3. Magnitudes eléctricas
Carga eléctrica (Q). El culombio (C).
La unidad de carga eléctrica, en el Sistema Internacional de Unidades, se denomina culombio (símbolo C). Así un culombio se corresponde con la carga de 6,24 × 1018 electrones aproximadamente.
La carga de un electrón vendrá dada por la siguiente expresión y equivale a 1.6 x 10-19 culombios.
El culombio (símbolo C) se define como la cantidad de carga que a la distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerza de 9x109 N.
Interacción de cargas. Cargas del mismo signo se repelen y de distinto signo se atraen.
Alessandro Volta
(1745-1827) Inventor de la pila voltaica
Voltaje
3. Magnitudes eléctricas
Diferencia de potencial, tensión o voltaje (V)
La tensión, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica. La diferencia de potencial también se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro.
Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de electrones.
Pilas ideadas por Alessandro Volta
El voltio o volt (símbolo V), es la unidad derivada del SI para el potencial eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje
Voltaje
3. Magnitudes eléctricas
Intensidad de corriente (I).
La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C·s-1 (culombios sobre segundo), unidad que se
denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se aprovecha en el electroimán.
La corriente eléctrica está definida por convenio en el sentido contrario al desplazamiento de los electrones.
André-Marie Ampère
(de 1775 - † 1836), fue un matemático y físico francés, uno de los
descubridores del
electromagnetismo
Voltaje
3. Magnitudes eléctricas
Resistencia eléctrica (R).
Se denomina resistencia eléctrica, simbolizada habitualmente como
R, a la dificultad u oposición que presenta un cuerpo al paso de una corriente eléctrica para circular a través de él.
En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en
ohmios, que se designa con la letra griega omega mayúscula, Ω.
Georg Simon Ohm
(Alemania, 1789-1854) Físico alemán. Descubridor de la ley de la electricidad que lleva su nombre
Voltaje
3. Magnitudes eléctricas
Ejemplos de cálculo de resistencias eléctricas.
1. Calcula el valor de las resistencias:
1. Calcula el valor de la resistencia de un cable:
Calcular la resistencia que ofrece, al paso de la corriente eléctrica, un alambre de aluminio, de 1 metrode longitud, con una sección transversal de 0,1 mm2.
Voltaje
3. Magnitudes eléctricas
Potencia eléctrica (W).
Se denomina potencia eléctrica al cociente entre la energía disipada por un elemento y el tiempo que este está activo y se simbolizada como W.
En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en vatios, que se designa con la letra doble uve, w. Su denominación (watio) viene en honor del británico James Watt inventor de la máquina de vapor.
James Watt
(1736-1819)
Ley de Joule
Potencia Intensidad de corriente
voltaje
Energía
Tiempo
Potencia
La energía disipada por un elemento viene dada por el efecto Joule, que determina que una corriente circulando por un elemento provoca un calentamiento del mismo.
Voltaje
3. Magnitudes eléctricas
Potencia eléctrica (W).
James Prescott Joule
1818 - 1889 físico inglés nacido en
Salford, Manchester.
El efecto Joule fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente". Matemáticamente se expresa como
En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, las tostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente como soldadoras, etc., en los que el efecto útil buscado es, precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente.
Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón por la que los aparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que disminuya el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos como podían ser los circuitos integrados o las bombillas incandescentes que producen más energía calorífica que lumínica.
La unidad internacional de energía y trabajo, el Julio , fue bautizada en su honor.
E = I
2× R × t
Unidad de energía en Julios
Unidad 1: Electricidad
Equivalencias energéticas:
1 caloría (cal) = 4,184 julios (J) 1 julio (J) = 0,239 caloría (cal)
Voltaje
4. Ley de Ohm
Ley de OHM.
Voltaje
4. Ley de Ohm
Ley de OHM.
E = I
2× R × t
Unidad de energía en JuliosLa Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar
matemáticamente en la siguiente ecuación:
donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que: •I= Intensidad en amperios (A)
•V = Diferencia de potencial en voltios (V) ó (U) •R= Resistencia en ohmios (Ω).
Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando la resistencia del conductor varía con la temperatura, y la temperatura del conductor depende de la intensidad de corriente y el tiempo que esté circulando.
V = I x R
V
R =
I
V
I =
R
video
Voltaje
4. Ley de Ohm
Ejercicios Ley de OHM.
1. Calcular la caída de tensión entre los extremos de una resistencia de 50 Ω por la que circula una intensidad de 0,05 A. Sol. (2,5 v)
2. Calcular la intensidad que circula por un circuito de 100 Ω de resistencia conectado a una fuente de tensión de 10 v. Sol ( 0,1 A)
3. Calcular la intensidad que circula por un cable de acero de 100 m de longitud y 0,5 mm2
de sección, sabiendo que entre sus extremos se aplicó una tensión de 100 v. Datos: racero= 0,25 Ω.mm2/m sol. ( 2 A)
Voltaje
5. Simbología
Simbología de elementos eléctricos
1. GENERADORES DE TENSIÓN
Pila
Batería
Toma de corriente alterna
2. CONDUCTORES ELÉCTRICOS 3. ELEMENTOS DE CONTROL
4. RECEPTORES ELÉCTRICOS 5. ELEMENTOS DE PROTECCIÓN 6. ELEMENTOS DE MEDICIÓN
Fusible
Timbre
Zumbador
Pulsador
Voltaje
6. Circuitos Eléctricos
Conexión de generadores
Asociación en serie
Figura 1.
Colocar las pilas en serie supone colocar un polo en contacto con el contrario (+ con - y - con +).
En esta 2ª foto las pilas parece que están en paralelo, pero si miramos el cableado interno veremos que la base de una pila (-) está conectada con la cabeza de la otra (+).
Colocándolas en serie logramos un sistema que tiene un voltaje suma de las dos, pero que también añade al circuito la suma de las resistencias internas de las pilas.
Si queremos obtener 6 V de tensión (voltaje o ddp) debemos colocar en serie 4 pilas de 1,5 V, y para tener 9 V, dos pilas de 4,5 V.
Figura 2.
No debes poner nunca una pila usada en serie con pilas nuevas, ni mezclar tipos de pilas.
Si lo haces baja el rendimiento de las pilas nuevas al sumar ya desde el inicio una resistencia mayor a la que corresponde a una pila nueva. Recuerda que las pilas, al mismo tiempo que dan energía, ofrecen una resistencia al paso de la corriente, resistencia que aumenta al envejecer la pila y hace disminuir el voltaje que entregan.
VT = V1+V2+V3+…+VN
Voltaje
6. Circuitos Eléctricos
Conexión de generadores
Asociación en paralelo
Figura 3.
Colocar las pilas en paralelo supone colocar los polos iguales conectados entre sí (+ con + y - con -). Colocándolas en paralelo el sistema tiene un voltaje igual al voltaje suministrado por una de las baterías, pero
aumentamos la duración del sistema y su capacidad de corriente aumenta tantas veces como baterías conectadas tengamos.
Voltaje
6. Circuitos Eléctricos
Conexión de Resistencias
Asociación en serieRESISTENCIAS EN SERIE
Al conectar en serie, colocamos una resistencia "a continuación" de la otra, en este caso solo existe un camino que recorre todos los elementos del circuito desde un polo
de la fuente al contrario, por ello la intensidad que recorre el circuito es idéntica en todos los puntos del mismo.
Por lo tanto conociendo la intensidad que sale de la fuente conoceremos la intensidad de cada resistencia y aplicando la ley de Ohm para cada resistencia podremos obtener la caída de tensión en cada una.
Para poder calcular la intensidad que sale de la fuente (IT) necesitaremos calcular la
resistencia equivalente, es decir, la resistencia que introducida en el circuito en vez de R1y R2, no modifique los valores de la intensidad. Conociendo la tensión generada por la fuente(VT) y sabiendo que la resistencia total o equivalente RT o Re = R1 + R2 , aplicando la ley de Ohm IT= VT/ RT
De donde se deduce que I1 = I2 = IT y aplicando la ley de Ohm para cada resistencia podemos calcular la caída de tensión en cada una de ellas:
V
1= I·R
1V
2= I·R
2 , de donde se obtiene que:V
e= V
1+ V
2Llegamos, usando la ecuación de arriba a: Ve= V1+ V2 => I·Re= I·R1+ I·R2 y, sacando factor común obtenemos:
I·Re= I·(R1+ R2), que tras simplificar I, nos permite obtener:
Re= R1+ R2
Es decir, la resistencia equivalente a varias resistencias en serie, es la suma de ellas.
Las resistencias podemos agruparlas de varias formas: en serie, en paralelo o derivación y
mixto.
Voltaje
6. Circuitos Eléctricos
Conexión de Resistencias
Asociación en serieVoltaje
6. Circuitos Eléctricos
Conexión de Resistencias
Asociación en paraleloRESISTENCIAS EN PARALELO
Al conectar en paralelo, colocamos conectadas por sus extremos a un mismo punto, llamado nodo (en la figura A y B), tal y como vemos en la figura:
En la figura observamos que la intensidad, I, que circula por ambas resistencias se bifurca en dos valores, I1e I2, que dependerán de los valores de las resistencia. Por otro lado, vemos como ambas resistencias están sometidas a la misma diferencia de potencial V. Queremos calcular la resistencia equivalente, es decir, la resistencia que introducida en el circuito en vez de R1 y R2, no modifique los valores de la intensidad, de forma que la intensidad que pase por la equivalente sea la suma de , I1e I2 . Debemos tener en cuenta que, como la equivalente sustituye a ambas, la diferencia de potencial de la equivalente, debe ser la misma que la de R1 y R2. Luego, IT = I1 + I2
Para poder calcular la intensidad que sale de la fuente (IT) necesitaremos calcular la
resistencia equivalente, es decir, la resistencia que introducida en el circuito en vez de R1y R2, no modifique los valores de la intensidad. Conociendo la tensión generada por la fuente(VT)
y sabiendo que la resistencia total o equivalente 1/RT = 1/R1 + 1/R2 , de donde se obtiene que RT = 1 / ( 1/R1 + 1/R2 ), aplicando la ley de Ohm: IT= VT/ RT
Sabiendo que las resistencias tienen la misma tensión y esta es igual a su vez a la generada por la fuente se deduce que VT = V1= V2 aplicando la ley de Ohmpara cada una de las resistencias individuales:
V1/R1=I1 V2/R2=I2
Es decir, el inverso de la resistencia equivalente a varias resistencias en paralelo, es la suma de los inversos de dichas resistencias.
Voltaje
6. Circuitos Eléctricos
Conexión de Resistencias
Unidad 1: Electricidad
Voltaje
6. Circuitos Eléctricos
Conexión de Resistencias
Asociación mixtaRESISTENCIAS EN CONEXIÓN MIXTA
Los circuitos mixtos son aquellos que tienen tres o más receptores y en cuya asociación concurren a la vez los dos sistemas anteriores , en serie y en paralelo.
Voltaje
6. Circuitos Eléctricos
Cálculo de la potencia eléctrica de un receptor
La potencia eléctrica de cada resistencia o receptor se calcula multiplicando la intensidad que circula por el por la caída de tensión que provoca.
