4.- ENERGÍA ELÉCTRICA. CORRIENTE ELÉCTRICA

Cuestiones previas pág 67

4.1 La corriente eléctricala electricidad es un fenómeno físico debido a la existencia de cargas eléctricas y a las interacciones que se producen entre ellas.

+ LA CARGA ELÉCTRICA:Ejemplo: regla plástico o Boli de plástico frotado sobre un jersey …

=> atrae papelitos …=> este fenómeno se explica mediante una propiedad que el objeto antes no

tenía:“ha adquirido carga eléctrica o se ha electrizado”

CARGA ELÉCTRICA => propiedad de la materia responsable de que dos o más cuerpos interaccionen eléctricamente entre sí

=> se repelen=> se atraen

PROCEDENCIA DE LA CARGA ELÉCTRICA => la materia tiene naturaleza eléctrica => contiene partículas con carga eléctrica:

protones (positiva)Electrones (negativa)

Casos:

a) Materia neutra: número de cargas positivas = número de cargas negativasb) cuerpo cargado eléctricamente cuando intercambia electrones => carga eléctrica neta:

- toma electrones => carga negativa- cede electrones => carga positiva

INTERACCIONES ENTRE CARGAS ELÉCTRICAS => dos tipos de carga: positiva y negativaa) Cargas del mismo signo se repelenb) cargas de distinto signo se atraenUNIDADES DE CARGA ELÉCTRICA => culombio (C) en honor a Coulomb (1736-1806)

Unidad muy grande => se utilizan múltiplos:1 mC = 10-3 C1 μC = 10-6 C

Actividades:

4.2 La electrización

fenómeno por el cual un cuerpo adquiere carga eléctrica y habitualmente se produce por transferencia de electrones entre cuerpos

+ Formas de electrización:

(1) Electrización por frotamiento:Al frotar un cuerpo con otro algunos electrones son arrancados y pasan al otro cuerpo => los dos cuerpos quedan cargados eléctricamente

=> carga positiva (perdido electrones)=> carga negativa (ganado electrones)

Ejemplo: Boli-jersey => papelitos

(2) Electrización por contacto:=> cargar un cuerpo neutro al ponerlo en contacto con uno electrizado o cargado => resultado final: ambos cuerpos tienen el mismo tipo de carga (la misma que el cargado)

(3) Electrización por inducción:cargar un cuerpo neutro al acercarlo uno cargado sin tocarlo

=> cuerpo cargado = inductor=> cuerpo neutro = inducido

Al final los ambos cuerpos quedan cargados con cargas opuestas

+ Ley de la conservación de la carga:

=> en un sistema aislado la carga eléctrica neta permanece constante=> los fenómenos de electrización se producen por intercambio de electrones y se produce una reorganización de los electrones entre los cuerpos implicados:“la carga ni se crea ni se destruye sólo se reorganiza”

4.3 Interacción (fuerzas) entre cargas eléctricas+ Fuerzas entre cargas eléctricas:- Estudios de Charles Coulomb mediante un experimento con una balanza de torsión y obtuvo las siguientes conclusiones:

1- la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional a su producto

2- esta fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa a las cargas

3- la fuerza depende del medio: vacío, aire, agua, …=> ley de Coulomb:

K => constante que depende del medio donde se encuentren las cargas (vacío, aire, agua,…)

Q y q => cargas en Cd => distancia en mF => fuerza en N

+ Dirección y sentido de la fuerza eléctrica:1- valor de la fuerza (intensidad)2- dirección => recta que une las cargas3- sentido => atracción o repulsión4- punto de aplicación => centro de la cargaEjemplo para explicar los cuatro términos => dar una patada a un balón

4.4 Aislantes y conductores(1) Materiales aislantes de la electricidad:=> no permite el libre desplazamiento de cargas eléctricas en su interiorEjemplos:plástico, corcho, cartón, vidrio, …los materiales aislantes nos protegen de la electricidad que genera calor y puede destruir tejidos…

(2) Materiales conductores de la electricidad:=> permite el libre desplazamiento de cargas eléctricas en su interiorEjemplo: metales (cobre, …)-Electricidad (dos tipos)

=> electrones=> disoluciones: iones (átomos cargados eléctricamente …):

agua marBatería coche

- Caso de tormenta: no nos podemos bañar en el mar cuando hay tormenta …=> Ejemplo de material conductor y aislante => cables de la electricidad …

(3) Materiales semiconductores:=> permiten el paso de cargas eléctricas en su interior bajo determinadas condiciones de luz o temperatura- Se pueden comportar como conductores o aislantesEjemplos: silicio, germanio, …- Revolución tecnológica con estos materiales => miniaturización de circuitos (chips o circuitos integrados) y procesadores => ordenadores, portátiles, …, teléfonos ,móviles, MP3, …

4.5 La electricidad en nuestra vidaFenómenos de tipo eléctrico que suceden a nuestro alrededor:

rayos

Auroras boreales

Descarga al bajar del coche

Descarga Interruptor luz+ LOS RAYOS:=> descarga eléctrica que ocurre en una tormenta eléctrica en la atmósferaProcesos:Nube tormentosa (cumulonimbo) => corrientes de aire ascendentes => se forman cristales de hielo en el interior de la nube => estos cristales rozan entre si => este frotamiento origina la aparición de cargas eléctrica.

Distintos casos para la formación de rayos:a) dentro de la misma nube distintas zonas de diferente carga eléctrica (+ y -)b) entre dos nubesc) entre nube y superficie de la Tierra

Características de los rayos:- al rayo le acompaña luz => relámpago- al rayo le acompaña gran cantidad de calor => temperatura del aire: 25000 ºC-se produce ruido debido a distintas zonas aire caliente-aire frío => trueno

Protección contra los rayos:- Pararrayos => gracias a los experimentos de Franklin (1753) - Funcionamiento: colocar en lo alto de un edificio una punta metálica conectada a Tierra => la electricidad del rayo pasa a través de dicho dispositivo a Tierra sin causar daños

+ Jaula de Faraday = aislamiento eléctrico:- Faraday descubre que la carga de los cuerpos metálicos se distribuye por la superficie => consecuencias:

Un cuerpo (caja) metálico con forma cerrada en su interior no habrá cargas => no habrá fenómenos eléctricos = JAULA DE FARADAYAplicaciones:- aviones- protección equipos electrónicos- teléfonos móviles- televisiones- repetidores de radio ,,, cumbres montañas (tormentas eléctricas)

4.6 La corriente eléctricaELECTRICIDAD => fenómeno físico debido a la existencia de cargas eléctricas e interacciones entre ellas

+ Corriente eléctrica:desplazamiento conjunto y ordenado de cargas eléctricas a través de un material conductor. Se caracteriza porque transporta energía eléctrica.

Para producir el movimiento de las cargas se necesita una tensión eléctrica o voltaje (debida a un generador eléctrico o pila, …), es decir, en uno de los extremos del conductor haya más cargas negativas (cátodo) que en el otro, se genera un campo eléctrico => produce una fuerza eléctrica que mueve las cargas => los electrones en exceso serán atraídos a través del conductor hacia el electrodo positivo (ánodo).

El movimiento de electrones se para cuando se iguala la carga eléctrica en ambos extremos, entonces, cesará la corriente eléctrica.

+ Efectos de la corriente eléctrica:Corriente eléctrica = energía eléctrica => energía (efecto) térmica: una resistencia se calienta y da calor

Aplicación: cocinas, radiadores, manta eléctrica …

=> energía luminosa: resistencia o filamento da luzAplicación: filamentos lámparas incandescentes

Gases en tubos fluorescentesLED

=> energía magnética: conductor se comporta como imánAplicación: electroimánMáquinas eléctricas => motores

=> energía química: descomposición de electrolitos (electrolisis)Aplicación: sal común en agua => descomponer en Cl y Na

cuando pasa electricidad => depuración piscinas

Actividades: 69-1

4.7 La producción de electricidad+ Generador eléctrico o generador de corriente eléctrica:=> dispositivo que suministra energía necesaria para que exista corriente eléctrica

Formas más habituales de producir de electricidad:-Reacciones químicas

=> pilas, baterías=> dos metales sumergidos en una disolución apropiada

-Del movimiento (mecánicos) => máquinas electromagnéticas => linterna por dinamo=> proceso de inducción electromagnética (explicado más adelante)

- A partir de la luz => solares=> células fotovoltaicas => panel fotovoltaico=> metales que sueltan electrones

- …

Fuerza electromotriz de un generador (fem, ε) :=> energía que el generador suministra a la carga que circula

por el conductor=> unidad SI: voltio (v)

+ Tipos de corriente eléctrica:a) Corriente continua (cc) => los electrones se mueven siempre en el

mismo sentido, desde el polo negativo al positivo del generador

b) corriente alterna (ca) => los polos del generador cambian periódicamente polo negativo ↔ polo positivo => movimiento de los electrones cambia de sentido periódicamente

=> el número de veces que cambia el sentido = frecuencia, en Europa la red eléctrica comercial es de 50 Hz

Conversiones:- Conversión de corriente alterna a continua => fuente de alimentación de un

ordenador se conecta a la red de 220 v alterna y se transforma a corriente continua de menos voltios=> la transformación a un voltaje menor se realiza con un transformador de alterna

- conversión de corriente continua a alterna => paneles fotovoltaicos generan cc y para suministrar a la red hay que pasarla a ca con un inversor de corriente=> otro transformador lo pone al voltaje de la red

4.8 Máquinas eléctricas+ Electromagnetismo:=> magnetismo y electricidad están relacionados-Las corrientes eléctricas crean campos magnéticos

=> electroimanes

=> desvían la aguja de una brújula

=> casero: pila, clavo, cable, clics

- campos magnéticos generan corrientes eléctricas=> mediante el movimiento de conductores en su interior =

inducción electromagnética=> alternadores (ca), dinamos (cc)

+ Inducción electromagnética:al acercar/alejar un imán a un conductor con una bombilla se enciende la bombilla sin necesidad de pila = CORRIENTE INDUCIDA (corriente generada) => se mantiene mientras hay movimiento imán/conductor

la corriente obtenida es alterna

+ Máquinas eléctricas:Usos => generar energía eléctrica

=> producir movimiento- Alternador => generan corriente alterna- Dinamo => genera corriente continua- Motor eléctrico => transforma energía eléctrica en energía mecánica (movimiento)

>= motor tecnología, lavadora,…

4.9 Centrales eléctricas. Producción de energía eléctrica

(1) Centrales térmicas de combustión- calor obtenido al quemar carbón, fuel, gas, madera, biodiesel (grasas y aceites)-Proceso: calor => vaporiza agua => se pone a presión el vapor de agua => mueve turbina => mueve el alternador => genera corriente eléctrica- Inconvenientes: - utilizan combustibles fósiles = fuentes no renovables de energía => se agotarán

- emiten gases contaminantes a la atmósfera: dióxido de carbono, dióxido de azufre responsables del efecto invernadero y lluvia ácida

(2) Centrales térmicas de ciclo combinado- dos turbinas: una de gas y otra de vapor => los gases calientes que mueven la turbina de gas se reutilizan para generar el vapor para la turbina de vapor

(3) Centrales térmicas nucleares- se genera el vapor mediante la reacción de fisión nuclear de uranio, plutonio- producen gran cantidad de energía- ventaja: - no emiten gases a la atmósfera

- energía barata-Inconvenientes: - almacenar los residuos nucleares radiactivos => miles de años

(4) Centrales térmicas solares-el calor del Sol se utiliza para calentar el agua y generar vapor

(5) Centrales térmicas de biomasa- quemar biomasa (materia orgánica de origen vegetal o animal: residuos ganaderos, forestales y agrícolas) o derivados como alcohol, biodiesel- fermentación de residuos orgánicos producen biocombustibles

(5) Centrales hidroeléctricas- la turbina es movida por una caída de agua almacenada en un embalse-energía renovable

(6) Cogeneración- se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil-El calor que se desprende al quemar combustible se puede utilizar para calentar un edificio

(7) Centrales eólicas- uso del viento para mover la turbina- aerogeneradores-Renovable

(8) Centrales solares fotovoltaicas- energía solar se transforma directamente en energía eléctrica mediante las células solares fotovoltaicas- renovable

VENTAJAS DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES:- reducción emisiones de gases efecto invernadero- menor dependencia del petróleoINCONVENIENTES DE LAS ENERGÍA RENOVABLES:- más cara- afectan las condiciones meteorológicas

4.10 Transporte de la energía eléctrica

Instalación eléctrica en la vivienda:

4.11 Efecto ambiental de la producción de energía eléctrica

(78-79)a) Tabla resumenb) Formas de ahorro de energía

Actividades: 80-1 a 22PRÁCTICA RECIBO ELÉCTRICO: traer un recibo y describir lo que vemos …

5.- CIRCUITOS ELÉCTRICOS

5.1 Elementos de un circuito eléctrico

=> conjunto de componentes eléctricos unidos entre sí por conductores y por los que circula la corriente eléctrica+ Sentido de la corriente:- La corriente efectúa un recorrido cerrado- Acuerdo científico => la corriente eléctrica circula desde el polo positivo al negativo del generador- Circulación de los electrones => los electrones se mueven desde el polo negativo al positivo (posterior)

+ Circuitos eléctricos consta de los siguientes elementos:(1) Generador => establece la corriente eléctrica

=> tiene dos polos: positivo y negativo=> los electrones salen del negativo y van al

positivo=> la corriente eléctrica por convenio es al

revés(2) Conductores => cables que unen los elementos del circuito y permiten el paso de la corriente eléctrica(3) Receptores eléctricos => elementos del circuito que transforman la energía eléctrica en otros tipos de energía: energía calorífica => resistencias = calor

Energía luminosa => lámparas = luz (y calor)Energía mecánica => motores = movimientosEnergía química => recargas de baterías …

(4) Elementos de maniobra o control => interruptores = encendido o apagado receptores

=> fusibles, automáticos = protección del circuito contra subidas de corriente …=> PARA QUE LA CORRIENTE ELÉCTRICA SE MANTENGA EL CIRCUITO DEBE DE ESTAR CERRADO, ES DECIR, NO DEBE TENER NINGÚN CORTE O INTERRUPCIÓN

+ Esquemas eléctricos:Representaciones => topográfica

=> simbólicaSímbolos eléctricos:

Actividades: 87-1,2; representa topográficamente y simbólicamente un circuito con una pila de 4,5 v, una lámpara, un interruptor y un fusible.

5.2 Magnitudes eléctricas+ Carga eléctrica => se mide en culombios (C)

=> carga que circula por el circuito: electrones+ Tensión, voltaje o diferencia de potencial (ddp) = V:=> tensión eléctrica entre los dos polos de un generador (pila …) = diferencia de energía entre los polos positivo y negativo para mover las cargas (electrones) desde el polo negativo al positivo.=> unidad SI: voltios (v)=> aparato de medida: voltímetro colocado en paralelo (polímetro)+ Intensidad de corriente = I:=> cantidad de carga eléctrica (electrones) que pasan por una sección del conductor (Cu) en un tiempo.=> unidad SI: amperio (A)=> aparato de medida: amperímetro colocado en serie (polímetro)

+ Resistencia de un conductor (cable, componentes,…) = R:

=> indica la oposición o resistencia que el conductor ofrece al movimiento de las cargas (electrones)=> unidad del SI: ohmios (Ω)=> obtener la resistencia de un de un conductor:

s

LR ·

Ejercicio: obtener la resistencia del cobre de 2 m y radio de la sección circular de 2 cm y cuya resistividad es 1,7·10-8 Ω·m

+ Ley de Ohm:=> la tensión y la intensidad son magnitudes directamente proporcionales

V=I·R

Actividades: 89-1

5.3 Potencia y energía eléctricas+ Energía eléctrica = E => energía de las cargas eléctricas

(electrones)=> unidad SI: J (Julios)=> E=V·I·t=> efecto Joule = Q que

desprende un conductor al paso de la electricidad:V=I·R => Q=I2·R·t

+ Potencia eléctrica => P => P=E·t => P = V·I=> unidad SI: w (vatios)

Actividades: 1- cambiar 1 kwh a SI90-1,2

5.4 Conexiones eléctricas1.- Serie => resistenciasLa resistencia equivalente se obtiene => R = R1+ R2 + …

=> generadores => se suman voltajes

2.- Paralelo => resistenciasLa resistencia equivalente se obtiene => ...

2

1

1

11 RRR

=> generadores: se reparten la intensidad y tienen el mismo voltaje

3.- Mixta

Actividades: 93-1,2

5.5 Medida de magnitudes eléctricas

Polímero, multimetro, …Mide => resistencia

=> intensidades (en serie)=> voltaje (en paralelo)

PROYECTO:Lavadora

Ascensor…

Proceso de documentación y construcción:(1) PROYECTO(2) PRESENTACIÓN POWERPOINT DEL DISEÑO(3) INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE LA VIVIENDA (DESARROLLO DE CONSTRUCCIÓN DE LA VIVIENDA A ESCALA)(4) MEMORIA(6) PRESENTACIÓN POWERPOINT DEL PRODUCTO FINAL