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Tema 6
ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
3º ESO
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La electricidad y la materiaComo ya sabes, la materia está constituida por átomos que se unen
entre sí para formar cristales o moléculas.
A pesar de que existen fuerzas de atracción entre el núcleo y loselectrones, hay algunos electrones que pueden “saltar” de un átomo a otropor diferentes causas
La corriente eléctrica es el resultado del movimiento de
los electrones a través de los materiales conductores
También podemos decir que la corriente eléctrica es lacirculación de electrones o carga eléctrica de forma continuapor un circuito.
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El circuito eléctrico. Es un caminocerrado por el que circulan los electronesy que está compuesto por elementoseléctricos unidos mediante conductores.(Un generador, un receptor, elementos decontrol y elementos de protección).
Su finalidad es conseguir que lacorriente eléctrica haga un trabajo útil.
Tipos de materiales. La estructura atómica de cada material determina la mayor o menor facilidad con que se desplazan los electrones, de manera que se pueden clasificar los materiales según su comportamiento eléctrico en:
Conductores. Permiten el paso de la corriente eléctrica. Los metales, el agua.
Aislantes. No permiten el paso de la corriente eléctrica. La madera, el vidrio, los plásticos y el aire.
Semiconductores. Presentan propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes. Germanio y silicio.
jmm 5
Resistencia eléctrica de los materiales.Es la oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica .
Se representa con la letra R y se mide en ohmios Ω
SlR
ρ = resistividad (Ω•m)l = longitud (m)S = sección (m2)
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ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO
Generadores.
Proporcionan la energía necesaria a los electrones para que se muevan a través del circuito.
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Receptores.
Son dispositivos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía que nos resulte útil.
Elementos de control. Dirigen o interrumpen la corriente eléctrica
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Símbolos eléctricosSon dibujos simplificados de los componentes eléctricos y que se utilizan en los esquemas eléctricos.
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Un circuito con componentes reales y su esquema eléctrico
Esquemas eléctricos
Es la representación gráfica de un circuito utilizando los símbolos eléctricos de sus
componentes unidos entre sí.
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MAGNITUDES ELÉCTRICAS
Voltaje o Tensión. Es la cantidad de energía que un generador es capaz de proporcionar a cada electrón para que circule por el circuito.
Se mide en voltios (V).
Voltímetro. Para medir la tensión o voltaje se utiliza el voltímetro. Los cables que salen del voltímetro se conectan en paralelo en los extremos del componente cuya tensión deseamos medir.
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Intensidad de corriente eléctrica. Es la carga o número de electrones que atraviesan la sección de un conductor cada segundo. La unidad es el amperio (A).
La unidad de carga eléctrica es el culombio
Amperímetro. Sirve para medir la intensidad de corriente que pasa por un circuito. Debe conectarse en serie de modo que todos los electrones tienen que pasar por el.
Amperímetro midiendo la intensidad que consume la bombilla.
1 culombio = 6,25 . 1018 electrones
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LEY DE OHM
“La resistencia que un material opone al paso de la corrienteeléctrica es el cociente entre la tensión aplicada en sus extremos yla intensidad que lo atraviesa.
Experimentando con circuitos eléctricos, Ohm descubrió que:
•Al aumentar la tensión en un circuito, circula más corriente por él.•Al aumentar la resistencia de un circuito, circula menos corriente por él.
“La intensidad de la corriente que circula por un circuitocerrado es directamente proporcional a la tensión aplicada einversamente proporcional a su resistencia eléctrica”.
Enunciados de la ley de Ohm
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V
I R
R = Resistencia en ohmios (Ω)
V = Voltaje o tensión en voltios (V).
I = Intensidad en amperios (A).
I =V /R R =V /I
V = I x R
LEY DE OHM
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Conexión en serie
Dos o más elementos están conectados en serie cuando:
la salida de uno se une a la entrada del siguiente
cuando se conectan uno a continuación de otro
cuando están conectados en el mismo cable
R = R1+ R2+ R3+ ...V = V1+ V2 + V3 + …
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la intensidad que circula por todos los elementos es la misma, es común
IT=I1=I2=I3=……el voltaje total es la suma de las tensiones o voltajes en los extremos de cada elemento
VT=V1+V2+V3+….la resistencia total es la suma de las resistencias
R T= R1+ R2+ R3+ ….
Circuitos serieCircuitos serie
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Conexión en paralelo.En esta conexión los componentes del circuito se conectan de forma que tengan todos la misma entrada y la misma salida; así los terminales de un lado y otro se unen entre sí.
Resistencia total o equivalente de éste circuito
El voltaje total es el mismo pero la corriente que deben suministrar se reparte, por lo que la duración de cada generador será mayor.
VT=V1+V2 RT = 1/(1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +..)
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la diferencia de potencial o tensión en cada elemento conectado en paralelo es la misma
VT=V1=V2=V3=…la intensidad de corriente total es igual a la suma de las intensidades que circulan por cada rama
IT=I1+I2+I3+…
Circuitos paraleloCircuitos paralelo
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Circuito mixto.Cuando en un mismo circuito existen elementos conectados en serie y en paralelo, la disposición es mixta. Se resuelve cada tramo como circuito serie o paralelo según sea el caso. Para determinar la resistencia total del circuito, se calculan las resistencias parciales de cada tramo y se suman.
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TIPOS DE CORRIENTE
Corriente continua.
La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de DirectCurrent) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor. En la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección.
(Del polo positivo al polo negativo, pasando por el circuito, según el sentido convencional de la corriente)
Las pilas, baterías , células fotovoltaicas y dínamos suministran corriente continua.
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Se denomina corriente alterna(CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. Va cambiando de sentido y por tanto de signo continuamente, con tanta rapidez como la frecuencia de oscilación de los electrones (50 Hz).
Se representa gráficamente mediante una onda senoidal.
Corriente alterna.
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Ventajas de la CORRIENTE ALTERNA frente a la
CORRIENTE CONTINUA
Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión por medio de transformadores.
Se transporta a grandes distancias en Alta Tensión, reduciendo así la pérdida de energía por efecto Joule.
Es posible convertirla en corriente directa (continua) con facilidad.
Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y órdenes de control a grandes distancias, de forma inalámbrica.
Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente más sencillos y fáciles de mantener que los de corriente continua.
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Valor eficaz de la corriente alterna.El valor eficaz de una señal alterna es el valor que debería tener una señal continua para que ambas produjeran el mismo efecto energético. En el caso de una señal alterna senoidal, ese valor eficaz será:
Transformadores.El valor de la tensión alterna senoidal puede aumentar o disminuir mediante el uso de transformadores. Esto permite transportar la energía eléctrica a grandes distancias elevando la tensión y disminuyendo las pérdidas por calentamiento.
Si aplicamos una tensión alterna en un devanado V1, en el otro se induce otra tensión V2, cuyo valor depende del número de vueltas de cada devanado, n1 y n2
http://www.youtube.com/watch?v=g1zrxEzfGDM&feature=related
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Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de “energía”, que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo. (Obtener calor, movimiento, luz, etc.)
La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera se mide en julios (J). En electricidad se usa el Kilovatio por hora como unidad de energía eléctrica. Su equivalencia es:
1KW * h = 3,6*105 J
POTENCIA Y ENERGÍA
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La Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Es decir, es la capacidad que tiene un receptor eléctrico para transformar energía en un tiempo determinado.
La potencia se mide en julios por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”.
Un J/seg equivale a 1 watio (W), por tanto, cuando se consume 1 julio de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 vatio de energía eléctrica.
POTENCIA Y ENERGÍA
Son múltiplos de vatio:
Kilovatio (KW) = 103 W
Megavatio (MW) = 106 W
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E = V . I . t
E = P . t
Cálculo de la Potencia eléctrica y de la Energía
La potencia consumida por un aparato eléctrico por el que circula una intensidad Iy cuyo voltaje es V, viene dada por la expresión:
P = V . I
Si se conoce la potencia de un receptor, es fácil calcular la energía eléctrica que consume en KW*h, multiplicando la potencia en KW por el tiempo de funcionamiento en horas:
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EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICACalor.
El movimiento de los electrones en el interior de un cable es lento y desordenado, lo que provoca continuos choques y un aumento de la temperatura del propio cable. La energía ocasionada en forma de calor se conoce como efecto Joule y se calcula por:
E = I2 . R . t
Luz.
Tubo fluorescenteEn el interior del tubo hay un electrodos situado en cada uno de los extremos del tubo, un gas inerte (argón) y una pequeña cantidad de mercurio. El vidrio está interiormente recubierto por una capa de fósforo.
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Al conectar el tubo fluorescente se produce una descarga eléctrica entre ambos electrodos que da lugar a una corriente eléctrica. Los choques de las partículas que forman la corriente eléctrica con los átomos de mercurio provocan la emisión de luz ultravioleta no visible. El fósforo absorbe la radiación ultravioleta y la transforma en luz visible
Este tipo de lámparas iluminan más con menos consumo pero producen contaminación por el uso del fósforo y sobre todo del mercurio.
Funcionamiento
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Al pasar corriente eléctrica por el filamento de la bombilla se emite luz (incandescencia).
El filamento, que puede ser de tungsteno o wolframio (temperatura de fusión de 3400ºC), alcanza una temperatura de entre 2000 y 3000ºC.
En el interior de la ampolla se ha hecho el vacío o existe una mezcla de argón y nitrógeno o Kriptón para evitar la combustión del filamento.
Bombilla de incandescencia
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Lámpara fluorescente compacta
La lámpara compacta fluorescente o CFL (sigla del inglés compact fluorescent lamp) es un tipo de lámpara fluorescente que se puede usar con casquillos de rosca Edison normal (E27) o pequeña (E14). También se la conoce como Lámpara de bajo consumoEn comparación con las lámparas incandescentes, las CFL tienen una vida útil mayor y consumen menos energía eléctrica para producir la misma iluminación. De hecho, las lámparas CFL ayudan a ahorrar costes en facturas de electricidad, en compensación a su alto precio dentro de las primeras 500 horas de uso.
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ElectromagnetismoHay una estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo de
modo que
La corriente eléctrica puede crear campos magnéticos (H.C. Oersted)
Los campos magnéticos pueden crear corrientes eléctricas (M.Faraday)
Las experiencias de Oersted y Faraday se deben ambas al fenómeno conocido como inducción electromagnética.
La inducción electromagnética constituye el principio de funcionamiento de las máquinas eléctricas rotativas. Éstas pueden ser:
GENERADORES: transforman la energía mecánica (movimiento) en energía eléctrica. Dinamos y alternadores.
MOTORES: transforman la energía eléctrica en mecánica (movimiento).
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Motor eléctricoUn motor es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en movimiento. Su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y repulsión ocasionadas por un hilo por donde circula corriente eléctrica contínua.
http://www.youtube.com/watch?v=rjH0bSf5uMU&NR=1http://www.youtube.com/watch?v=k2rWjbwdzQg
Generador eléctrico
Dado que la corriente eléctrica se produce por un movimiento de electrones, el generador eléctrico se sirve de un campo magnético para producir este movimiento. Al girar una bobina conductora entre los polos de un imán, se produce una variación en el flujo del campo magnético generando una fuerza electromotriz capaz de generar corriente eléctrica alterna (alternador).
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El ReléEs un interruptor electromagnético.
Cuando hacemos circular corriente eléctrica por la bobina, ésta se comporta como un electroimán y atrae una pieza móvil metálica que cierra dos contactos; si no se aplica ninguna corriente a la bobina, el contacto central permanece en su posición de reposo: unido al contacto de la izquierda.
http://www.youtube.com/watch?v=QjszJEncew8&NR=1
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ELECTRÓNICA
Componentes electrónicos. Permiten modificar la intensidad, el sentido o las propiedades de la corriente eléctrica.
Resistencia fija o resistorDificulta el paso de la corriente eléctrica. Su valor se mide en ohmios y se indica mediante el código de colores. El tamaño indica la potencia que pueden disipar.
Resistencia variable o potenciómetroSu valor se puede ajustar entre
cero y un valor máximo determinado por el fabricante. Tiene tres terminales.
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Las que dependen de la temperatura se llaman termistores.
NTC (coeficiente de temperatura negativo), la resistencia disminuye al aumentar la temperatura.
PTC (coeficiente de temperatura positivo), la resistencia aumenta al aumentar la temperatura.
LDR varían con la cantidad de luz. Al aumentar la cantidad de luz disminuye la resistencia.
Resistencias que dependen de un parámetro físico
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CondensadorComponente capaz de almacenar carga eléctrica. Formado por dos placas metálicas planas y paralelas, separadas por un aislante. Una vez cargados, impiden el paso de la corriente, comportándose como un interruptor abierto.La capacidad de un condensador es la cantidad de carga que almacena a una tensión dada. Se mide en faradios (F)
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Componente electrónico fabricado con material semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una sola dirección.
Diodo
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TransistorElemento básico en los circuitos electrónicos. Formado por semiconductores, dispone de tres patillas (emisor, base y colector). El fabricante informa de las características del transistor y de la posición de las patillas
Con los transistores se puede fabricar desde un interruptor hasta un microprocesador. Se puede utilizar como amplificador o como un interruptor controlado por una pequeña corriente inyectada por la base.
