1 Conocimientos Basicos de Electric Id Ad

1º CFGS Automoción SESC 1document.doc

CONOCIMIENTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD

SUMARIO

Estructura atómica de la materiaCuerpos conductores, semiconductores y aislantesCorriente eléctrica

Circuito eléctrico básicoTipos de corriente eléctrica

Magnitudes eléctricas fundamentalesCarga eléctricaIntensidad de corrienteTensiónResistencia

Ley de OhmAplicación de la Ley de Ohm a un circuito abiertoAplicación de la Ley de Ohm a un circuito cerradoAplicación de la Ley de Ohm a un circuito cerrado considerando la resistencia interna de los generadores

Agrupación en serieAgrupación en paraleloAgrupación mixtaCálculo de la sección de los conductoresTrabajo eléctricoPotencia eléctricaRendimientoEfecto JouleLeyes de Kirchhoff

Circuitos de mallasPuente de Wheatstone

Puente de hilo


CONOCIMIENTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD

Estructura atómica de la materia

MATERIATodo aquello que tiene peso y ocupa espacio

Estados de la materia

SÓLIDO

LIQUIDO

GASEOSO

La materia está constituida por moléculas

MOLÉCULALa parte más pequeña de la materia que puede existir en estado libre conservando las mismas propiedades

Las moléculas están constituidas por átomos

ÁTOMO

La menor partícula que es capaz de intervenir en una combinación química

Estructura que forma la unidad básica de todo elemento

Átomo: en griego: sin división

Las moléculas

pueden estar constituidas

por

Un átomo

(Gases nobles y algunos metales preciosos)

He, Ne, A, Kr, Xe, RnAu, Ag

Varios átomos

Iguales (generalmente dos) O2, N2, H2

Desiguales H2O, FeO2, ClNa

El átomo es una especie de sistema solar constituido por una serie de partículas elementales fuertemente interrelacionadas entre sí

Zonas del átomo

NúcleoProtones Carga positiva (+)

La mayor parte de la masa del átomo (*)

Neutrones Sin carga eléctrica

Corteza Electrones Carga negativa (-)

(*) Masa protón = Masa neutrón = Masa de 1.837 e–


PARTÍCULA MASA (gr) CARGA (Culombio) SIGNO

NEUTRÓN 1,6744 x 10-24 - Neutro

PROTÓN 1,6721 x 10-24 1,602 x 10-19 +

ELECTRÓN 0,911 x 10-27 1,602 x 10-19 —

UNIDAD DE MASA ATÓMICA (u.m.a.) = 1,664 x 10-24 gr.

(Calculada a partir del Carbono 12)Masa Neutrón = 1,087 u.m.a.Masa Protón = 1,073 u.m.a.

CARGA ELÉCTRICA ELEMENTAL = ELECTRÓN VOLTIO (e.v.)La carga del electrón y del protón: 1,602 x 10-19 Culombio

Cargas eléctricas de igual signo se repelen y de distinto signo se atraen

Un átomo eléctricamente neutro tiene igual nº de protones que de electrones

Los electrones (e- ) son partículas elementales giran a gran velocidad alrededor del núcleo y son los causantes de todos los fenómenos eléctricos

“Electrón” en griego significa “ámbar” (fósil de resina)Tales de Mileto

Fenómenos eléctricos al frotar un trozo de ámbar

Los electrones se distribuyen en la corteza del átomo en capas u órbitas a distintos niveles del núcleo, y en ellas caben un cierto número concreto de ellos

Electrones

Protones+Neutrones


Nº máximo de electrones en cada nivel de energía

CAPAS Subcapas Nº de e– Nº de e– total de la capa

1 K 1s 2 2

2 L2s 2

82p 6

3 M3s 2

183p 63d 10

4 N

4s 2

324p 64d 104f 14

5 O5s 2

185p 65d 10

6 P6s 2

126p 66d 4

7 Q 7s 2 2

Características de los niveles de energía:

o La atracción que ejerce el núcleo sobre los electrones es más débil según las capas sean mas alejadas

o El nivel exterior se denomina capa de valencia y contiene como máximo 8 e– (solo se pueden llenar las subcapas s y p)

o Del nº de electrones alojados en la capa de valencia dependen las propiedades químicas y eléctricas del átomo

o Los e– de la capa de valencia son los que intervienen en los fenómenos eléctricos y químicos

o Un átomo con 8 e– en la capa de valencia adquiere una configuración de estabilidad

o El penúltimo nivel no puede contener mas de 18 e– (llenan sus tres primeras subcapas: s,p, d)


Tipos de átomos según nº de electrones en la órbita de valencia

Nº de electrones

en la órbita de valencia

TendenciaSe

convierten en

Características Ejemplos

1Tienden a perderlos Iones +

Buenos conductores de la electricidad

Cobre (Cu), Plata (Ag)2 Hierro (Fe)3 Aluminio (Al)

4Indiferentemente tienden a ganar o perder 4e- Iones + ó - Semiconductores Silicio (Si)

5 Tienden a ganar 3, 2 ó 1 electrón para completar la órbita

Iones - Materiales aislantesFósforo (P)

6 Azufre (S)7 Iodo (I)

8 Capa periférica completa y estable Gases noblesNeon (Ne), Argón (A), Henón (Xe)


Cuerpos conductores, semiconductores y aislantes

CONDUCTORES

o Constituidos por átomos con 1, 2 ó 3 e–– en la capa periféricao Están ligados de forma débil al núcleoo Tienen tendencia a perderlos y convertirse en iones positivos o Se denominan electrones libreso Pueden pasar del átomo en el que están a otro próximoo El hueco que dejan puede ser ocupado por otro electrón libreo El átomo que pierde un electrón libre, queda desequilibrado

eléctricamente (con carga +) y atrae un electrón libre cercano

o El movimiento de electrones libres es desordenado, salvo que se aplique una fuerza eléctrica

SEMICONDUCTORES

o Tienen 4 e– en la capa periféricao Se comportan como conductores en determinadas

circunstancias y como aislantes en otraso Los afectan factores como la luz, la temperatura, la

composición química, etc.o El tipo de comportamiento puede depender del tipo de

impureza que contengan

AISLANTES

o Constituidos por átomos con 5, 6 ó 7 e– en la capa periféricao Esos e– tienen poca movilidad salvo que se apliquen grandes fuerzas

eléctricas

o Tienen tendencia a ganar e– para completar la capa y se convierten en iones positivos

Iones

Si un átomo (o grupo de átomos) pierde o gana uno o mas electrones se convierte en ion

ION

PositivoHa perdido electrones y en cómputo global de e– y protones hay un exceso de cargas positivas

NegativoHa ganado electrones y en cómputo global de e– y protones hay un exceso de cargas negativas


Corriente eléctrica

En un cuerpo conductor los electrones libres tienen un movimiento desordenado en todas direcciones

Si a un cuerpo conductor le aplicamos en un extremo una fuerza exterior de tipo eléctrico que provoque un exceso de electrones (potencial negativo), y en el otro extremo aplicamos un potencial positivo que suponga falta de electrones, podemos hacer saltar los electrones libres del conductor de su órbita hasta la órbita externa de otro átomo contiguo en la dirección del extremo con potencial negativo hacia el de potencial positivo.

Este electrón libre del conductor desplazado provocará un desequilibrio eléctrico en el átomo en el que estaba alojado (momentáneamente positivo) por lo que tendrá tendencia a capturar otro electrón libre. En el nuevo átomo también se ha creado un desequilibrio al tener un electrón de más con lo que tendrá una mayor tendencia a desprenderse de él y alojarlo en otro átomo cercano. De esta forma recobraría el equilibrio eléctrico y el proceso continuará en el nuevo átomo.

Electrones libres saldrían por el extremo del conductor conectado al potencial positivo y entrarían por el extremo conectado al potencial negativo.

De esta forma se ha establecido un flujo electrónico en una determinada dirección, denominado corriente eléctrica en el interior del conductor.

En el conductor habrá siempre el mismo nº de electrones ya que si entra alguno por un extremo (el de potencial negativo) ha de salir otro por el extremo conectado a potencial positivo.

“Corriente eléctrica es el movimiento ordenado de electrones a través de un conductor”

Para que persista este movimiento electrónico ordenado es necesario que se mantenga el potencial positivo en un extremo del conductor y negativo en el otro extremo.

También se puede decir que establecemos una diferencia de potencial (d.d.p.) entre los extremos del conductor.

Un generador (del tipo que sea) es capaz de establecer esa d.d.p. y por eso decimos que tiene fuerza electromotriz (f.e.m.)

Circuito eléctrico básico

Conjunto de elementos para que pueda circular la corriente eléctrica:

o Generador de corrienteo Receptoro Interruptoro Conductores

El generador de corriente es capaz de crear un impulso electrónico que provocará una corriente eléctrica a través de un conductor

Un generador es algo que es capaz de producir fuerza electromotriz (f.e.m.)

Esta fuerza electromotriz provoca una diferencia de potencial (d.d.p.) entre sus bornes:

POSITIVO: defecto de electrones NEGATIVO: exceso de electrones


La fuerza electromotriz es la energía eléctrica que se transforma en el interior de un receptor en:

Energía calorífica Energía luminosa Energía mecánica Energía química

El interruptor establece o no la continuidad del circuito dejando pasar la corriente o no

La unión entre generador y receptor se debe hacer a través de hilos de material conductor tanto desde el generador hasta el receptor como desde este al generador

Antiguamente se creía que lo que se desplazaba dentro de un conductor eran cargas positivas por lo que se definió la circulación eléctrica de positivo a negativo.

Aunque actualmente se conoce que lo que en realidad se desplaza son los electrones (cargas negativas), se conserva el antiguo sentido de la corriente (sentido técnico de la corriente)

Sentido real o electrónico Sentido técnico

Tipos de corriente eléctrica

CORRIENTE CONTINUA

o La fuerza eléctrica se aplica de manera constante y en el mismo sentido

o Los electrones circulan ininterrumpidamente por el conductor y siempre en la misma dirección

CORRIENTE ALTERNA

o La fuerza eléctrica cambia constantemente de sentido

o Los electrones son empujados unas veces en un sentido y otras en sentido contrario

50 Hz(50 veces por

seg.)

- + - +

V

t

12

t

V

220

-220

CORRIENTE CONTÍNUA12 V

CORRIENTE ALTERNA220 V


MAGNITUDES ELÉCTRICAS FUNDAMENTALES

Carga eléctrica ( q )

La carga eléctrica elemental es la carga del electrón

Unidad de carga en el Sistema Internacional Culombio ( C )

Intensidad de corriente ( I )

Definición

“Cantidad de electricidad (carga eléctrica) que circula por un conductor en la unidad de tiempo”

I Intensidad Amperio

q Carga eléctrica Culombio

t Tiempo Segundo

Unidades

Unidad de intensidad en el Sistema Internacional Amperio ( A )

“1 Amperio es la corriente continua que al pasar por una disolución de nitrato de plata (NO3Ag) deposita 0,001118 gramos de plata por cada segundo”

Submúltiplos:

miliamperio ( mA ) 1 mA = 0,001 Amicroamperio ( A ) 1 A = 10-6 A

Aparatos de medida de intensidad

AmperímetroSe debe instalar en serie intercalado en el circuito

Galvanómetro Amperímetro muy sensible

Pinza Amperimétrica Amperímetro que no necesita ser intercalado en el circuito

A

I

Siguiendo con el sentido técnico de la corriente, la intensidad tiene ese mismo sentido:

de + a –


Amperio-hora

De la ecuación de intensidad se deduce que la cantidad de electricidad que atraviesa un circuito es:

amperio-hora es por tanto un múltiplo del culombio:

1 amperio-hora = 3.600 Culombios

Tensión (E)

Definición

“ Fuerza de tipo eléctrico capaz de hacer circular los e- por un circuito de forma ordenada”

sinónimos de tensión: Diferencia de potencial (d.d.p.) Voltaje

El origen de la tensión está en los generadores de corriente, capaces de crear una diferencia de potencial entre sus bornes. Al aplicar esta ddp a un circuito, se produce una circulación ordenada de cargas eléctricas y por tanto, una intensidad de corriente

Sentido convencional de la corriente:La corriente eléctrica va desde un punto con > potencial a otro de < potencial

Sentido realLos e- se desplazan desde un punto con potencial – a otro con potencial +

Unidades

(Sistema Internacional) Voltio (V)

Múltiplos SubmúltiplosKilovoltio KV 1 KV = 103 V Milivoltio mV 1 mV = 10-3 V

Megavoltio MV 1 MV = 106 V Microvoltio V 1 V = 10-6 V

Aparato de medida

VOLTÍMETROMide la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuitoSe monta en derivación:

V

V

Un generador eléctrico

pruduce f.e.m.

La f.e.m. crea una d.d.p. entre los

bornes del generador

La d.d.p. aplicada a un circuito provoca

una corriente eléctrica


RESISTENCIA (R)

Definición

“Dificultad de un cuerpo para ser recorrido por la corriente eléctrica”

Unidades

Óhmio ()

“Resistencia a 0 ºC de una columna de Hg de 1 mm2 de sección y 106,6 cm de longitud”

Múltiplos Submúltiplos

Kiloohmio K 1 K = 103 Miliohmio m 1 m = 10-3 Megaohmio M 1 M = 106 Microohmio 1 = 10-6

Resistencia de un conductor

R Resistencia del conductor ρ Resistividad específica del material Ω * mm2 / mL Longitud del conductor mS Sección del conductor mm2

A > longitud > resistenciaA > sección < resistencia

Resistividad específica de un material (ρ) (Letra griega, llamada rho)

Definición:

“La resistencia que presenta al paso de la corriente eléctrica un conductor de 1 metro (m) de longitud y una sección de 1 milímetro cuadrado (mm2) fabricado con ese material”


Observaciones:

Las aleaciones tienen mayor resistividad que los elementos en estado puro; las impurezas aumentan la resistividad

La resistividad aumenta con la temperatura

El Constantan es una aleación de Cobre y Níquel con una característica eléctrica interesante: su resistencia eléctrica prácticamente no sufre variaciones con la temperatura. Por ello se emplea para fabricar resistencias patrón.

Aparato de medida

OHMETROMide la resistencia entre dos puntos de un circuitoSe monta en derivaciónLa medida ha de hacerse a circuito abierto


Ley de Ohm

OHM (Georg Simon), físico alemán (Erlangen 1789-Munich 1854). Enunció en 1827 las leyes fundamentales de las corrientes eléctricas e introdujo las nociones de cantidad de electricidad y de fuerza electromotriz

Georg Simon Ohm, en base a comprobaciones experimentales llegó a la siguiente ley:

I Intensidad Amperio

E Tensión Voltio

R Resistencia Ohmio

Otras formas de expresar la Ley de Ohm

Nueva definición de Amperio:“La intensidad que circula por un circuito que dispone de una d.d.p. de 1 voltio y tiene 1 de resistencia”

Cortocircuito:

Agrupación en serie

VR

I

VR

IRcResistencia de

contacto


Varios componentes están conectados en serie cuando se disponen uno a continuación de otro

Característica fundamental:La intensidad es la misma para cada resistencia (la totalidad de la carga pasa por cada uno de ellos)La corriente al pasar por cada resistencia produce una caída de tensión

Cálculo de la resistencia resultante: circuito equivalente

Aplicando la Ley de Ohm a cada una de las resistencias del circuito en serie:

Sumando miembro a miembro las tres ecuaciones

En el circuito equivalente se cumple

la resistencia equivalente será pues:

E

R1

I

R2

R3

AB

C

D

RT

I

E

AD


Aplicación de la Ley de Ohm a un circuito abierto

Consideraciones: La intensidad es la misma para todo el circuito Tal como circula la intensidad, el potencial a la entrada de una resistencia es > que a la

salida (caida de potencial) En este caso, de la forma que está situado el generador, aumenta el potencial que

recibe

Aplicando la Ley de Ohm a cada tramo:

sumando miembro a miembro las ecuaciones (la 3ª multiplicada por –1)

despejando la intensidad

A B C D ER1 R2 R3

e

I


Aplicación de la Ley de Ohm a un circuito cerrado

Consideraciones: La intensidad I que recorre el circuito

es única y lo hace por todos los elementos

Es necesario establecer un sentido predeterminado para la intensidad I

Aplicando la Ley de Ohm a cada uno de los tramos:

Sumando miembro a miembro las ecuaciones (la 4ª multiplicada por –1)

Despejando la intensidad Las fem se considerarán + se colaboran en el sentido establecido de al intensidad I

Aplicación de la Ley de Ohm a un circuito cerrado considerando la resistencia interna de los generadores

Consideraciones: r1 y r2 son las resistencias internas

de los generadores La intensidad I que recorre el circuito

es única y lo hace por todos los elementos

Es necesario establecer un sentido predeterminado para la intensidad I

Aplicando la Ley de Ohm a cada uno de los tramos:

Sumando miembro a miembro las ecuaciones

Despejando la intensidad Las fem se considerarán + se colaboran en el sentido establecido de al intensidad I

e1

r1

R2

A

e2

r2

R1

D C

B

I

e1

A

e2

R2

R1

D C

B

I


Agrupación en paralelo (derivación)

Los extremos de los componentes se unen entre sí en puntos comunes

Características esenciales: Todos los componentes

tienen la misma d.d.p. entre sus extremos

Al llegar a la bifurcación al intensidad se reparte entre los distintos ramales

Cálculo de la resistencia resultante. Circuito equivalente:

Apliquemos la Ley de Ohm a cada uno de los ramales del circuito superior y al circuito equivalente:

Teniendo en cuenta que:

Y que

Si todas las resistencias tienen el mismo valor (R): siendo n el nº de resistencias iguales

conectadas en derivación

R1

R2

R3

B A

I3

I2

I1

I

e

RTI

e

B A


Circuito con 2 resistencias en derivación

(Producto sobre suma)

Agrupación mixta

Determinados elementos en serie y otros en paralelo

En 1º lugar se resuelve el conexionado en derivación y luedo la agrupación en serie

R1

R2

R3

B A

I3

I2

I1

I

e

R4

R1

R2

B A

I2

I1

I

e

R1

R2

R3

B A

I2

I1

I

e


Consideraciones a cerca de los dos tipos básicos de conexionado

Agrupación en serie Agrupación en paralelo

Los elementos se conectan uno a continuación del otro

La intensidad que recorre todos los elementos es la misma

La resistencia del conjunto aumenta (suma de todas las resistencias)

Cada elemento produce una caída de tensión proporcional a su resistencia y a la intensidad del circuito

La suma de todas las caídas de tensión coincide con la d.d.p. entre los extremos

Los elementos se conectan con los extremos en común La d.d.p. es idéntica para cada elemento La inversa de la resistencia equivalente es la suma de

las inversas de las resistencias conectadas en desivación

La resistencia total es tanto menor cuanto mayor es el número de resistencias conectadas

La resistencia total es menor que la resistencia mas pequeña conectada

La intensidad que lleag al punto común se bifurca en cada uno de los ramales proporcionalmente a la resistencia

La intensidad del circuito aumentará al aumentar el número de elementos conectados

Cálculo de la sección de los conductores

Conductores eléctricos

Son los “caminos” por donde circula la corriente eléctrica.

Para que la corriente eléctrica llegue a los distintos aparatos consumidores del vehículo, tenemos que establecer un camino desde uno de los bornes del generador hasta el aparato que queremos hacer funcionar y debemos cerrar el circuito estableciendo otro camino desde éste hasta el otro borne del generador.

Parte de este camino de “retorno” lo hacemos en los vehículos automóviles a través del chasis metálico y por tanto conductor.

Partes de un conductor: Parte conductora

Es por donde circula la corriente eléctricaPuede estar constituida por un único alambre de cobre (conductor monofilamento), pero en la mayoría de los casos en automoción está formado por múltiples hilos de cobre de pequeño diámetro que le confieren al cable gran flexibilidad (conductor multifilamento)En algunos casos estos hilos pueden estar estañados

Parte aislanteConstituye una funda que protege la parte conductora de contactos no deseados que desviaría la corriente eléctricaPuede ser de plástico o goma y estar formado por una o varias capasLa necesidad de mayor o menor aislamiento depende de la tensión (voltaje) de la corriente a conducir

Resistencia de un conductorEs la característica fundamental del mismoEs la mayor o menor oposición del conductor al paso de la corriente eléctrica

Depende de: El material con el que esté fabricada la parte conductora (resistividad)

Hay materiales mas conductores que otros (ver tabla de resistividad) La sección de la parte conductora

Cuanto mayor sea la sección, menos resistencia opondrá al paso de la corriente La longitud del conductor


A mayor longitud, mayor es la dificultad que tendrá la corriente eléctrica en atravesar el conductor

Caída de tensión provocada por un conductorLos conductores se conectan en serie con los receptores y por tanto están sometidos a las

leyes de este tipo de circuitos.La resistencia de un conductor provoca una caída de tensión en el circuito eléctrico que

depende de la intensidad de la corriente y de la resistencia del conductor (ley de Ohm)

SIMBOLO SIGNIFICADO UNIDADVc Caída de tensión del conductor Voltio (V)I Intensidad Amperio (A)

Rc Resistencia del conductor Ohmio ()

Esta caída de tensión es indeseable, ya que resta potencial al aparato consumidor que es el que nos interesa. Por ello, debemos hacer que sea lo más pequeña posible.

Para una intensidad determinada, reduciremos la caída de tensión debida a los conductores reduciendo la resistencia de los mismos.

Para reducir la resistencia del conductor podremos actuar de alguna de las siguientes formas:

1. Disminuyendo la resistividad del materialLo conseguiríamos utilizando un material más conductor, pero esta opción supondría un aumento muy considerable del costo de la instalación

2. Disminuyendo la longitudA la hora de diseñar el recorrido del cableado de una instalación, debemos elegir el camino mas corto. Sin embargo no podremos reducir todo lo que queramos, encontrándonos con una longitud mínima

3. Aumentando la secciónEsto lo conseguiremos aumentando el diámetro del cable o el número de hilos conductores

Cálculo de la sección de un conductor por caída de tensión admisible

En algunos casos las instalaciones eléctricas tienen definida una caída de tensión máxima admisible para el cableado.

Se suele expresar como una fracción de la tensión nominal. En general se tolera una caída de tensión en el cable del 3 % de la tensión nominal. (Para el cable de lanzamiento del motor de arranque se admite un 4 %)

Será necesario calcular la sección del conductor para que su resistencia no provoque en el circuito una caída de tensión superior a la máxima permitida.

Cálculo de la sección de un conductor por densidad de corriente admisible

En otros casos, la sección de los conductores de un circuito vendrá definida por la densidad de corriente admisible.

Se expresa en la máxima intensidad que puede circular por mm2 de sección de conductor. Suele ser de 2 a 3 A/ mm2

Si superamos esa densidad de corriente, se produciría un calentamiento excesivo de los conductores además de una excesiva caída de tensión

Vc = I x Rc


Trabajo eléctrico

Se dice que para desplazar una determinada carga eléctrica Q a lo largo de un cuerpo provocando una d.d.p. E entre los extremos, es necesario realizar un trabajo eléctrico T. Para que esto ocurra será necesario aportar una determinada cantidad de energía eléctrica.

1 Julio = 1 Culombio x 1 VoltioSi no se produce caída de tensión entre los extremos del cuerpo (resistencia 0) no habrá consumo de energía y por tanto el desplazamiento de las cargas se realiza sin trabajo

La energía eléctrica consumida por un aparato puede transformarse en:Energía calorífica (calor) resistenciaEnergía mecánica motorEnergía química cuba electrolítica, batería

Potencia eléctrica

Significa la velocidad con la que realiza el trabajo eléctrico: “el trabajo eléctrico desarrollado en la unidad de tiempo”

Unidad de potencia:

Múltiplos: Kilovatio (Kw) = 1.000 wMegavatio (Mw) = 106 w

Expresión de la potencia en función de la tensión y la intensidad

Por tanto:

Otra definición de vatio:“1 w es la potencia consumida en un tramo de un circuito eléctrico por el que circula una intensidad

de 1 A y entre sus extremos hay una d.d.p. de 1 V”

Otra unidad de potencia: Caballo de Vapor (CV) = 736 w

Otra unidad de trabajo eléctrico (energía eléctrica): el Kilovatio-hora (Kw-h)

1 Julio = 1 vatio x 1 seg. ; 3.600 Julio = 1 vatio x 3.600 seg. ; 3.600 Julio = 1 vatio x 1 hora3.600.000 Julio = 1.000 vatio x 1 hora ; 3.600.000 Julio = 1 Kw x 1 h

1 Kilovatio-hora (Kw-h) = 3,6 106 Julio“1 Kw-h es la energía consumida por un elemento de 1 Kw de potencia funcionando durante 1 h”

Rendimiento

En el funcionamiento de una máquina eléctrica podemos definir:Potencia absorbida Wa La proporcionada a la máquina para que funcionePotencia útil Wu La desarrollada por la máquinaPotencia disipada Wd Perdida en rozamientos, calor, etc.

Se define el rendimiento () de una máquina eléctrica como la relación entre la potencia absorbida y la potencia útil proporcionada por la máquina:

El rendimiento de una máquina se suele expresar en %La potencia de un equipo indicada como característica suele ser la potencia absorbida


El rendimiento puede expresarse también en términos de trabajo eléctrico (energía eléctrica):

Efecto Joule

Experimentalmente se demuestra que el paso de una corriente eléctrica por un cuerpo que tiene exclusivamente resistencia óhmica se transforma íntegramente en calor.

El trabajo eléctrico (en julios) consumido por la resistencia será (tras aplicar la Ley de Ohm):

aplicando el equivalente mecánico del calor:

La energía eléctrica consumida por una resistencia se transforma en energía calorífica según la expresión:

Aplicaciones del efecto Joule en automoción

Calentadores para calefacciónCalentadores dieselEncendedor de cigarrillosLámparas de incandescenciaFusibles

Efectos indeseables:Cortocircuitos Resistencias de contactoCortocircuito interno en una batería

RI

e

B A


Leyes de Kirchhoff

1ª Ley de Kirchhoff (Ley de los nudos o de las corrientes concurrentes)

Nudo: confluencia de varios conductores con contacto eléctrico (episure)

“La suma algebraica delas corrientes que confluyen en un nudo es igual a 0”

Es necesario establecer un criterio para el signo de las intensidades. Por ejemplo:

Positivas intensidades que “entren” en el nudoNegativas intensidades que “salgan” del nudo

O bien:“La suma de las intensidades que entran en un nudo es igual a la suma de las que salen”

Ejemplo: I = 0

I1 + I2 - I3 - I4 - I5 = 0

I1 + I2 = I3 + I4 + I5

2ª Ley de Kirchhoff (Ley de las mallas o de los contornos cerrados)

Malla Recorrido cerrado que permite volver al mismo punto de partida. Una malla puede ser una parte de un circuito más complejo o constituir un circuito

por sí misma

“En una malla la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices presentes en ella es igual a la suma de todas las caídas de tensión que se producen al circular la corriente”

Para aplicarla es necesario fijar de antemano un sentido de circulación como positivo

Las f.e.m. que colaboren en el sentido prefijado serán +, las que se opongan –Las intensidades que coincidan con el sentido prefijado serán +, las que no –

Ejemplo:

Ei = IiRi

E1 – E2 + E3 = I1R1 – I2R2 – I3R3 + I4R4

Circuitos de mallas

Para la resolución de circuitos complejos compuestos de mallas es necesario obtener tantas ecuaciones como incógnitas haya. Para ello se podrá aplicar:

La 1ª Ley a todos los nudos menos 1La 2ª Ley a todas las mallas del circuito

El sentido inicial asignado a las intensidades se modificará si los resultados obtenidos son negativos

R3

R2R4

R1

I1

I2

I4

I2

E1

E4

E2

+

I1

I2

I3

I4

I5


Puente de Wheatstone

Aplicaciones: medición de resistencias desconocidas con cierta precisión

RA, RBResistencias fijas de valor conocido

RVResistencia variable de valor conocido

G Galvanómetro

RX Resistencia a medir

Operación de equilibrado del Puente de Weatstone:

Se cierran los interruptores Se eligen adecuadamente las

resistencias RA y RB y se regula RV hasta que el galvanómetro no acuse paso de corriente alguna

B y D están al mismo potencial La intensidad que circula por AB es la

misma que la que circula por BC La intensidad que circula por AD es la

misma que la que circula por DC

Dividiendo las ecuaciones anteriores:

En la práctica, RA y RB son resistencias intercambiables de valores a elegir entre 10, 100 ó 1.000 , según interese; y la resistencia variable RV lo es entre amplios límites.De esta forma el valor de RA/RB puede tomar valores de 1, 1/10, 1/100, 10 ó 100, y al multiplicarlo por el valor de RV obtenido en la operación de equilibrado, proporciona un amplio campo de medidas

G

RA RB

RXRV

A

B

C

D

G

RA RB

RXRV

A

B

C

D

I1I1

I2

I2


Puente de hilo

Es una modificación del puente de Wheatstone. Consigue una mayor rapidez en las operaciones de equilibrado y determinación del valor de la resistencia desconocida.Se basa en un hilo metálico calibrado en forma de arco y un cursor móvil apoyado en este.

Eligiendo adecuadamente R y desplazando el cursor a lo largo del hilo calibrado se consigue equilibrar el puente, de forma que no circule corriente por G

expresando la resistencia de cada tramo de hilo calibrado en función de su resistividad, sección y longitud:

GRXR

RA

RB LB

LA

A

D

C

BI1

I2

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