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8/10/2019 Conceptos basicos de electricidad - TECSUP.pdf
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Conceptos Fundamentales de la
Electricidad
Unidad 01
Fundamentos de Electrotecnia
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Conceptos fundamentales de electricidad
Tension,corriente,Resistencia
Leyes fundamentales de la electricidad Ley de Ohm
Leyes de Kirchhoff
Circuitos de corriente continua
Serie,paralelo,mixto
Circuitos de corriente alterna: RC,RL,RLC
Parmetros Elctricos
Potencia ElctricaEnergia electrica.Eficienia elctrica
Circuitos trifasicos: simetricos y asimetricosU01 Conceptos Fundamentales de la Electricidad 2
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INTRODUCCINLa electricidad es una de las formas de energa que mas
ventajas y comodidades aporta a los seres humanos en laactualidad.Con ella conseguimos que funcionen, entre otras, lassiguientes aplicaciones:Luz con lmparas elctricas, calor con cocinas, hornos y
calefacciones, fro con frigorficos y equipos de aireacondicionado; fuerza motriz con motores (ascensores,vehculos elctricos, electrodomsticos, etc.), y muchas masaplicaciones que con el paso de los aos aparecern.
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Conocer los conceptos fundamentales de la electricidad.
Conocer las diversas formas de generacin de tensin elctrica
Comprender las diferencias entre tensin continua y alterna
OBJETIVOS
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EL TOMO
En el ncleo se encuentran los protones y neutrones. En la corteza se
encuentran los electrones, recorriendo trayectorias circulares o elpticas(rbitas).
Todo tomo tiene un nmero de protones igual al nmero de electrones.
Los electrones de la ltima orbita forman los electrones de valencia.
En fsica y qumica, tomo (Del latnatomum, y ste del griego ,indivisible) es la unidad ms pequea de unelemento qumico que mantiene su identidado sus propiedades, y que no es posible dividirmediante procesos qumicos.
El tomo es la partcula mas pequea de un elemento que an mantiene laspropiedades qumicas de ste.A la combinacin de dos o ms tomos iguales o diferentes se le denomina:molcula.
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La diferencia entre uno y otro elemento radica, bsicamente, en lacantidad de protones y electrones que tenga el tomo en el ncleo y enlas rbitas, respectivamente.
Hidrgeno Carbono Cobre
1 protn 6 protones 29 protones
1 electrn 6 electrones 29 electrones
EL TOMO
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ESTRUCTURA ATMICAEl ncleo positivo atrae a los electrones orbitales, peroestos no caen al ncleo debido a la fuerza centrifuga
(hacia fuera) creada por su movimiento orbital y elelectrn est en equilibrio.
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La fuerza centrfuga es ms dbil en los electrones de las orbitasms alejadas del centro.El cobre tiene un electrn de valencia, que puede ser arrancado dela rbita por una dbil fuerza, esto hace que sea buen conductor.Los mejores conductores son el cobre, el oro y la plata por quetienen un nico electrn de valencia.
EL TOMO
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+ + (Repulsin)
Protn Protn
- - (Repulsin)
Electrn Electrn
+ - (Atraccin)
Protn Electrn
CARGA ELECTRICATodo objeto cuyo nmero de electrones sea distinto al de protones
tiene carga elctrica. Si tiene ms electrones que protones la cargaes negativa. Si tiene menos electrones que protones, la carga espositiva.Cargas elctricas de distinto signo se atraen y cargas elctricas deigual signo se repelen.
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COMO SE CARGANLOS CUERPOS?
Carga por Friccin.La friccin como ya se sabe, traemuchas cosas por descubrir una de
ellas es la transferencia deelectrones de un material a otro, nospodemos dar cuenta de esto cuandonos peinamos o acariciamos un gato.
Hay materiales que mediante la
friccin quedan electrizados durante untiempo, y esto es por la transferenciade electrones de un cuerpo a otro.
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CARGA ELCTRICA
1. Si el nmero de protones de un tomo es igual al nmero deelectrones, la carga neta del tomo es: cero. (cuerponeutro)
2. Entonces, para cargar elctricamente un cuerpo habra queagregar o retirar electrones de las ltimas rbitas de sus
tomos.3. Si agregamos electrones, el tomo se cargar
negativamente.4. Si retiramos electrones, el tomo se cargar positivamente,
suponiendo que el tomo, inicialmente, es neutro.
5. La unidad de la carga elctrica es el Coulombio(C), en elque 1 C = 6.3x1018 electrones. Es decir un exceso o defecto
de 6 trillones de electrones.
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Un cuerpo con carga positiva y otro con carga negativagenerarn una diferencia de carga elctrica.
Si estos cuerpos se unen con un conductor elctrico, elexceso de electrones de uno ser atrado por el defecto deelectrones del otro (carga positiva) hasta que seestablezca un equilibrio.
A travs del conductor aparece una circulacin deelectrones que va del polo negativo al positivo, estemovimiento de electrones se denomina corriente elctrica.
MOVIMIENTO ELECTRNICO
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Una fuente de tensin tiene por misin separar cargas
elctricas en dos bornes.
++
- -
Norma IEC Norma NEMA
U E
Smbolos de fuentes de tensin
Unidad V(voltio)
TENSIN ELCTRICA
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SIGLAS SIGNIFICADO DE LAS SIGLAS
UNE Unificacin Normas Espaolas, organismo espaol de publicacin de normas.
IEC International Electrotechnical Commission. En esta comisin participan y colaboran las principales nacionesindustrializadas. Las recomendaciones que hace la IEC son tomadas en parte o totalmente por las
diferentes comisiones nacionales.
DIN Deutsche Industrienormen. Normas alemanas para la industria.
UTE Union Technique de IElectricit. Asociacin electrnica francesa.
BS British Standard. Normalizacin inglesa, que acoge en gran parte las normas IEC.
ANSI American National Standards Institute. Instituto de normalizacin nacional de USA.
NEMA National Electrical Manufactures Association. Asociacin de fabricantes de productos electrotcnicos deUSA.
SEV Schweizerischer Elektrotechnischer Verein. Entidad electrnica suiza.
NF Normas francesas.
IS Indian Standard. Prescripciones indias unificadas en gran parte con IEC.
JIS Japonese Industrial Standard. Prescripciones japonesas.CEE International Comission on Rules for the Approval of Electrical Equipment. Prescripciones internacionales
preferentemente para aparatos de instalacin de baja tensin hasta 63.
AS Australian Standard. Prescripciones australianas unificadas en gran parte con IEC.
CSA Canadian Standard Association. Asociacin para la normalizacin en Canad.
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Mltiplos
KV = 103 VMV = 106 V
Submltiplos
mV = 10-3 V
V = 10-6 VnV = 10-9 VpV = 10-12V
UNIDADES DE TENSION
ELECTRICA
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a) Tensin por frotamientoAl frotar materiales plsticos se obtiene un desequilibrio de cargas
FORMAS DE OBTENERTENSIN ELECTRICA
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Las nubes, empujadas por el viento, se cargan elctricamente, hasta talpunto que deben descargarse para neutralizar este exceso. Este fenmenonatural es el rayo.
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b) Tensin por induccin magnticaLa diferencia de cargas se obtienen al mover una bobina en un campomagntico o al mover un imn en una bobina fija.
FORMAS DE OBTENERTENSIN ELECTRICA
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c) Tensin por presin
Al variar la presin o la traccin aparece una diferencia de cargas entre lassuperficies de determinados cristales (por ejemplo, cuarzo). El valor de ladiferencia de cargas depende de la intensidad del esfuerzo exterior.
FORMAS DE OBTENERTENSIN ELECTRICA
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d) Tensin por calorAl calentar el punto de contacto de dos metales (Termocupla) diferentesaparece una pequea tensin.
++-
FORMAS DE OBTENERTENSIN ELECTRICA
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Termmetros digitales Termocupla o Termopar
Estos termmetros miden la temperatura en el punto de conexin de dos
alambres finos colocados en la punta de la sonda.
http://www.pueblo.gsa.gov/cic_text/food/therm/thermo.jpg8/10/2019 Conceptos basicos de electricidad - TECSUP.pdf
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e) Tensin por luz:
Clula fotovoltaica
Cuando la luz incide sobre determinados materiales (silicio, germanio)provoca una separacin de cargas.
FORMAS DE OBTENERTENSIN ELECTRICA
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Las clulas fotovoltaicas convierten la luz solar directamente en electricidad.stas clulas, tambin llamadas clulas solares, normalmente estn hechas desilicio, cuya materia prima es arena. Un pedazo de semiconductor fino recibe un
tratamiento especial para que forme un campo elctrico, positivo en un lado ynegativo en el otro. Cuando la energa luminosa del sol llega a la clula, seliberan los electrones de los tomos en el material semiconductor, lo cual creauna corriente elctrica. Usualmente, cada clula puede generaraproximadamente 1 vatio de electricidad.
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f) Tensin por procesos qumicos
Cuando se sumergen dos conductores diferentes en un lquido conductortambin se produce una separacin de cargas, fenmeno que se utiliza entodas las fuentes de tensin electroqumicas.
FORMAS DE OBTENERTENSIN ELECTRICA
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TIPOS DE TENSIONa) Tensin Continua (DC):
Es aquella en la que su polaridad no cambia en el tiempo y sumagnitud permanece constante
Smbolo :_______
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b) Tensin Alterna (AC):Es aquella en la que su polaridad varia con el tiempo y su magnitud esvariable.
Smbolo:
TIPOS DE TENSION
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c) Tensin Mixta:Es la suma de las dos anteriores. Su magnitud no es constante,oscilando alrededor de un valor medio.
Smbolo:
TIPOS DE TENSION
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POTENCIAL ELECTRICOEs la tensin de un punto respecto de otro referencia o tierra. Y la diferenciade potencial entre dos puntos es la diferencia aritmtica entre el punto de mayorpotencial menos el punto de menor potencial.
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Potencial (V)
0
+10
+20
+30
-10
-20
-30
20V
20V
30V 10V
60V30V
POTENCIAL ELECTRICO
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CIRCUITO ELECTRICO:
Carga o
receptor+
-
Fuente detensin
interruptor
Conductor
Se define como un conjunto de elementos conductores que forman uncamino cerrado (malla) por el cual circula una corriente elctrica.
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Intensidad de corriente
La intensidad de corriente elctrica es la cantidad de carga que circula porsegundo a travs de una seccin del conductor.
Intensidad de corriente = Cantidad de cargaTiempo de circulacin
Smbolo I
Unidad .. A (Amperio)
KA (kiloamperio) = 1 000 A
mA (miliamperio) = 0.001A
t
causa efectoproduce
tensin corriente
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TIPOS DE CORRIENTE
a) Corriente Continua (DC):Es aquella en la que su magnitud permanece constante con eltiempo y su valor permanece constante
IDC(A)
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b) Corriente Alterna (AC):Es aquella en la que su sentido de movimiento varia con el tiempo y sumagnitud es variable.
iAC
(a)
+ +
- -t(s)
TIPOS DE CORRIENTE
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MEDICION DE LA TENSION ELECTRICAEl instrumento que mide tensin es el:
VSmbolo del voltmetro
Esquema elctrico para medir tensin
voltmetro
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Unidades de Prefijo en Ingeniera
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Unidades de Prefijo en Ingeniera
Prefijo Abreviacin ValorTera T 1012
Giga G 109
Mega M 106
Kilo k 103
(nada) 100
Mili m 10-3
Micro 10-6
Nano n 10-9
Pico p 10-12
Fempto f 10-15
Atto a 10-18
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a) Una destruccin de electrones.b) Una marcha de electrones de sus tomos.c) Un intercambio de electrones entre tomos.
Marque la alternativa correcta.
1. La electricidad es:
a) Gran resistencia al paso de los electrones.b) Una desviacin en el camino de los electrones.c) Poca resistencia al paso de los electrones.
2. Un cuerpo aislante presenta:
3. La intensidad elctrica es:
a) El paso de electrones por un conductor.
b) La cantidad de electrones que pasan.c) Los electrones que circulan cada segundo.
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4. Cuntos mA hay en 2.5 A?
a) 25 mA.b) 250 mA.c) 2500 mA.
5. Cuntos A hay en 25 mA?
a) 25000 A.b) 0.0025 A.c) 0.025 A.
a) 25000 mV.b) 0.025 mV.c) 2500000 mV.
6. Cuntos mV hay en 2.5 KV?
a) 25000 KV.b) 0.025 KV.c) 25000 KV.
7. Cuntos KV hay en 25 MV?
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U01 Conceptos Fundamentales de la Electricidad 47
Por un cable pasan 24 trillones de electrones en 2 segundos. Calcular la intensidad en A que pasa, si
se supone que 1 culombio tiene 6 trillones de electrones.
Solucin:
Por un conductor circulan 32 microamperios o millonsimas de amperio. Cuntos culombios pasan en2 segundos?
Solucin:
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Tecsup 2010-II
U01 Conceptos Fundamentales de la Electricidad 48
Calcular los mA que circulan por un cable conductor que es atravesado por 10 culombios en 2segundos.
Solucin:
Por un cable circulan 1.800 culombios en un tiempo de 3 minutos. Calcular la corriente elctrica.
Solucin:
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U01 Conceptos Fundamentales de la Electricidad 49
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CORRIENTE
Y
RESISTENCIA ELECTRICA
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Hernando Prada 51
Describir los tipos de corriente y sus efectos.
Analizar las magnitudes que afectan las resistencias elctricas.
OBJETIVOS
Esta sesin aporta al logro del siguiente Resultado de la Carrera:
Los estudiantes aplican matemticas, ciencia y tecnologa en eldiseo, instalacin, operacin y mantenimiento de sistemas
elctricos.
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INTENSIDAD DE CORRIENTE
DEFINICIN:
La corriente elctrica de un conductor se definecomo la cantidad neta de carga que pasa por l,por unidad de tiempo, en cualquiera de suspuntos.
tQI
Hernando Prada
INTENSIDAD DE CORRIENTE
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INTENSIDAD DE CORRIENTE
Hernando Prada
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Intensidad de Corriente
La carga de un cuerpo se mide por el nmero de
electrones que posee en exceso o por defecto, estacarga se expresa en Couloms(C).
Un cuerpo tiene una carga de 1C si gan operdi 6.25*1018 electrones.
De la relacin anterior deducimos que unelectrn tiene una carga de 1.6*10-19 C
Hernando Prada
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Calcular la intensidad de Corriente que circula
por un conductor durante 16 segundos si hanpasado por la seccion circular del conductor2*1019 electrones
Rpta: 0.2 A
Ejemplo:
Hernando Prada
Intensidad de Corriente
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56Hernando Prada
Intensidad de Corriente
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UNIDADES Y MLTIPLOS:
Hernando Prada
Intensidad de Corriente
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Ordenes de Magnitud:
Hernando Prada
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La corriente elctrica es la circulacin de cargas o electrones a travs de uncircuito elctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polopositivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).
Qu provoca el movimiento de los electrones en un conductor?
Para que por un conductor circule una corriente elctrica, es necesarioque entre sus extremos haya una diferencia de carga elctrica, demanera que los electrones circularn desde donde hay ms cantidadhasta donde hay menos.
Circuito Elctrico
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Circuito Elctrico y Circuito Hidrulico Cerrado
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La corriente, al igual que el agua, circula a travs de unos canales otuberas; son los cables conductores y por ellos fluyen los electroneshacia los elementos consumidores.
Smil hidrulico:Diferencia de niveles de fluido:Diferencia de potencial
Flujo de agua:Corriente elctrica
Bomba hidrulica:Fuente de voltaje
MEDICION DE LA CORRIENTE ELECTRICA
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MEDICION DE LA CORRIENTE ELECTRICA
Esquema elctrico para medir corriente
El instrumento que mide corriente es el Ampermetro
Smbolo: A
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Sentido de la Corriente Elctrica
El sentido de la corriente en el interior de la fuente de tensin, es del borne
positivo al borne negativo, este es el verdadero sentido de la corriente, llamadosent ido realo sent ido electrnico.
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Sentido de la Corriente Elctrica
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Sentido de la Corriente Elctrica
Sin embargo, asumimos que el sentido de la corriente es el contrario al
sentido verdadero, a esto se conoce como sen tid o tcn ico d e la co rr ien te.
En el presente curso asumiremos que la corriente circula en elsen t id o tcnico.
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Efectos de la corriente elctrica
Efecto calorfico
Efecto luminoso
Efecto qumico
Efecto fisiolgico
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RESISTENCIA ELECTRICA
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La Resistencia depende de:
1.- La seccin del conductor
2.- La longitud del conductor
Mayor rea ===>Menor Resistencia
Menor rea ===>Mayor Resistencia
La resistencia elctrica es la mayor o menor oposicin que ofrecen los cuerpos
Conductores al paso de la corriente elctrica
La resistencia de un conductor aumenta con su longitud
3 L i ti id d
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3. La resistividad
La resistividad de un conductor o la resistencia elctrica especifica, es unacaracterstica propia de cada elemento o material y se define como laresistencia de un conductor de un metro de longitud y un m2 de seccin.
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3.- La resistividad depende del material
Algunas resistividades
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De lo visto anteriormente podemos relacionar lo siguiente:
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Definimos la resistencia elctrica como la oposicin que ejerce un material al
paso de la corriente elctrica.
RESISTENCIA ELECTRICA
representacin
Smbolo: R
Unidad: (Ohmio)
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Medicin de la resistencia elctrica
El instrumento que mide la resistencia elctrica es el ohmmetro
Smbolo:
Conexin para medir resistencia elctrica
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Medicin de resistencia elctrica con el multimetro Analgico
Procedimiento
1. Gire el selector de funcin a la escala y posicin de ohmios.2. Cortocircuite (unir) las puntas de prueba para obtener cero ohmios.
3. Gire la perilla de ajuste de cero hasta obtener cero ohmios.
4. Conectar las puntas de prueba al resistor y leer los valoresobtenidos.
5. Cada vez que cambie de escala poner a cero el ohmmetro.
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VARIACION DE LA RESISTENCIA POR EFECTO DE LA TEMPERATURA
El calor es el movimiento de las molculas o de los tomos.
Por tanto al aumentar la oposicin a la circulacin de los electrones aumenta laresistencia.
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Formas de calentar un conductor
a) Calentamiento interno o propio: Producido por la circulacin decorriente en un conductor (efecto joule)
b) Calentamiento externo o indirecto: Producido por influencia externa.
RF = Ri [1 + ( TF - Ti ) ]
Clasificacin de las resistencias
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Tipos de Resistencias
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Potencimetros de ajuste (trimmer)
potencimetros giratorios
Potencimetro de cursor
Resistencia bobinadas Resistencias de pelcula
Tipos de Resistencias
Fotorresistencias (LDR)
Tipos
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Tipos
Hernando Prada
Tipos
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Tipos
Hernando Prada
Tipos
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Tipos
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Tipos
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Tipos
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Cdigos de identificacin de resistencias elctricas
1. Mediante letras y cifras
Cdigos de identificacin de resistencias elctricas
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2. Mediante cdigo de co lores
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4 7 102 10%
Primera banda & Segunda banda x tercera banda = valor nominal
4 7 100 = 4700
Valor nominal = 4700
Tolerancia = 10%Valor mximo = 4700 +10 % de 4700 = 5170
Valor mnimo = 4700 10 % de 4700 = 4230
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ASOCIACION DE RESISTENCIAS
Resistencias en Serie
Se dice que varias resistencias estn en serie cuando van conectadas unasdetrs de otras.
RT = R1 + R2 + R3 + . . . Rn
La resistencia total ser: 10 + 20 + 5 = 35 .
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ASOCIACION DE RESISTENCIAS
Resistencias en Paralelo
Varias resistencias estn en paralelo cuando tienen unidos los extremos en unmismo punto.
nT RRRRR
11111
321
12
13
4
1
3
1
2
11
TR
===>13
12
TR
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EJERCICIOS
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Un alambre de cobre de 800m y un rea 8mm2 tiene una resistividad de1.72x10-6 mm2/m y otro alambre de aluminio de 950m de largo cuyaresistividad es de 2.63x10-6 mm2/cm. estn conectados en serie cual es la
resistencia total del conductor? Si el alambre de aluminio tiene un dimetrode 3mm. ( = 3.1416)
EJERCICIOS
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Calcular la resistencia equivalente del circuito mostrado
4
220V
6
4
4 2
25
16
9
7 12
9
27/6
5
I
La resistencia final de un termmetro de platino es de 135 a 80C, hallar elvalor de su resistencia inicial a 25C. coeficiente de temperatura de la resistencia
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de platino 0.00392 C-1.
Un cable circular de cobre, de 1milmetro de dimetro tiene una resistividad de0.0175 mm2/m y el valor de su resistencia es de 10 . Calcular su longitud.(=3.14)
Calcular la resistencia equivalente del siguiente circuito
Calcular la resistencia de un conductor de aluminio cuya longitud es de 42m yseccin 1.55mm2,Al= 0.028 xmm2/cm
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