Embed Size (px)
Citation preview
±
± ₊₊
Electrones
⁻⁻
Neutrones
Protones
Núcleo
Teoría Básica de la Electricidad y ElectrónicaIntroducción a la electricidad dinámica – Parte ll
Ing. Gissell María Caraballo
http://electronicaradical.blogspot.com Octubre 2015
Introducción Para producir una carga electroestática, ya sea positiva o negativa, se necesita energía para mover los electrones de una
posición a otra. En términos eléctricos, potencial es una forma abreviada de energía potencial. La unidad practica de potencial
eléctrico es el voltio. El potencial se mide con respecto al de la tierra que se considera cero. Los objetos cargados positivamente
tienen mas potencial que el de la tierra y los cargados negativamente un potencial mas bajo.
El efecto reciproco de dos cargas distintas puede expresarse en términos de su carga relativa, y se dice que existe una
diferencia. Esta diferencia de potencial se mide en voltios y se le denomina generalmente voltaje. En la presentación anterior
referida a la electricidad estática vimos como un objeto cargado puede transmitir parte de su carga a uno neutro. Esto también
puede ocurrir entre dos objetos cargados si uno de ellos tiene mayor potencial que el otro. Solo puede haber una transferencia
de carga cuando hay una diferencia de potencial entre dos puntos u objetos. Para mantener un buen flujo de electrones es de
suma importancia en la electricidad dinámica que exista una diferencia de potencial.
El flujo continuo de electrones en un conductor se denomina corriente eléctrica. Tal movimiento de electrones se presenta
cuando un conductor (cable) se conecta entre dos puntos de potencial diferente. Si los extremos del cable están conectados a
un polo positivo y el otro a uno negativo los electrones fluirán del potencial negativo al positivo. En caso de que los extremos a
potenciales iguales, en el primero de los casos positivo los electrones fluirán del mas bajo al mas alto, el caso de potenciales
negativos los mismos fluirán del mas alto al mas bajo.
Cuando una corriente fluye a lo largo de varios elementos de un circuito se presenta un voltaje o diferencia de potencial en los
extremos de cada elemento del circuito; estos voltajes se denominan a menudo caídas de tensión.
Debido a que se utiliza la misma unidad para la fuerza electromotriz, la caída de tensión y la diferencia de potencial, puede ser
difícil su empleo correcto. La fuerza electromotriz se utiliza para indicar el voltaje de una fuente de energía tal como una pila o
un generador. La caída de tensión se utiliza para indicar el voltaje que existe entre dos puntos de un circuito por el cual circula
una corriente eléctrica. En cualquiera de lo dos casos se dice que existe una diferencia de potencial entre los dos puntos.
http://electronicaradical.blogspot.com
Métodos de producción de una corriente eléctrica Hay diferentes métodos que pueden usarse para originar una diferencia de potencial, tales como la fricción, el químico, el magnético,
el térmico, el lumínico y el piezoeléctrico.
Método de fricción Cualquier descarga de electricidad estática viene acompañada de una corriente eléctrica, pero solo durante un periodo corto de
tiempo. En la presentación anterior referida a la electricidad estática se pudo observar como se genera corriente eléctrica mediante la
transferencia de electrones por contacto entre dos objetos cargados positiva y negativamente, de igual forma la carga de corriente
eléctrica generada por inducción.
http://electronicaradical.blogspot.com
Método químico
Métodos de producción de una corriente eléctrica
Las baterías, los elementos de combustión, etc., son ejemplos de energía eléctrica producida por acción química. Si dos metales
distintos, tales como cobre y cinc, se sumerge en una solución salina y se conectan con un cable o cualquier tipo de conductor tendrá
lugar una acción química que hará que una corriente eléctrica fluya por el conductor. Tal unidad se denomina elemento, y una
combinación de dos o mas elementos adecuadamente conectados se denomina una batería. A menos que la batería sea muy
grande, la cantidad de energía eléctrica que se puede obtener por este método es pequeña. Los empleos principales de las baterías
son: 1) en donde se necesita una cantidad de corriente pequeña, 2) en donde se necesita una fuente de electricidad portátil, 3) para
un suministro de reserva en caso de emergencia.
http://electronicaradical.blogspot.com
Método magnético
Métodos de producción de una corriente eléctrica
Cuando un conductor corta o es cortado por líneas magnéticas de fuerza se produce en el una fuerza electromotriz. El acto de forzar
a los electrones a moverse en el conductor por cualquiera de estas formas se denomina inducción electromagnética. La cantidad de
fuerza electromotriz depende del numero de líneas magnéticas cortadas, del numero de conductores que las cortan y de la velocidad
que se hace. Este es el principio básico de la dinamo y del alternador; la primera produce una corriente continua y la segunda una
alterna. Este es el método mas practico de obtener grandes cantidades de energía eléctrica debido a su flexibilidad en cuanto a la
fuerza electromotriz obtenida, la cantidad de corriente generada, la facilidad de producción y el bajo coste de fabricación.
http://electronicaradical.blogspot.com
Método térmicoMétodos de producción de una corriente eléctrica
Se puede generar una corriente eléctrica calentando dos metales distintos en su punto de unión; termopar. La cantidad de corriente que
puede obtenerse por este procedimiento depende de la cantidad de calor aplicada y de los materiales empleados, metales diferentes dan
diferentes cantidades de electricidad. Se hacen combinación practicas con antimonio y bismuto, plata alemana y sulfuro de cobre, cobre y
constatan, hierro y constatan. La cantidad de electricidad producida en cualquier punto de unión es muy pequeña y, por tanto, los usos de los
termopares son:
1) la medida de la temperatura en donde un termómetro puede no ser practica.
2) medir corrientes de frecuencia alta.
3) como un artificio de protección.
http://electronicaradical.blogspot.com
Método térmicoMétodos de producción de una corriente eléctrica
Tabla 1. Características y propiedades de los metales utilizados para la generación de energía por el método térmico.
Metal Estado natural Propiedades Símbolo
Antimonio
El antimonio se encuentra en la naturaleza en numerosos minerales, aunque
es un elemento poco abundante. Es posible encontrarlo libre, normalmente
está en forma de sulfuros; la principal mena de antimonio es la antimonita
(también llamada estibina). Sb2S3.
El antimonio es un elemento químico de número atómico 51 situado en el
grupo 15 de la tabla periódica de los elementos. Este elemento semimetálico
tiene cuatro formas alotrópicas. Su forma estable es un metal blanco azulado.
El antimonio negro y el amarillo son formas no metálicas inestables.
Sb
Bismuto
El estado del bismuto en su forma natural es sólido. El bismuto pertenece al
grupo de elementos metálicos conocido como metales del bloque p que están
situados junto a los metaloides o semimetales en la tabla periódica.
El bismuto es un elemento químico de aspecto rojo, blanco brillante y
pertenece al grupo de los metales del bloque p. El número atómico del bismuto es 83. El punto de fusión del bismuto es de 544,4 ˚K o de 272,25 ˚C. El punto
de ebullición del bismuto es de 1837 ˚K o de 1564,85 ˚C.
Bi
Plata
Alemana
La plata nativa, en ocasiones se encuentran, en grandes masas o cristalizadas
en cubos u octaedros, también asociada con cobre y oro. El principal mineral
de plata es la argentita (Ag₂S).
Es un metal blanco brillante, maleable y dúctil; conduce el calor y la electricidad
mejor que el cobre; su exposición al aire no produce reacción; se ennegrece
debido a una formación de una película delgada de sulfuro de plata sobre su
superficie.Ag
Sulfuro de
Cobre
Cualquiera que sea su fuente, sulfuros de cobre varían ampliamente en
composición con 0,5 = Cu/S = 2, incluyendo numerosos compuestos no
estequiométricos. La fuente principal de cobre es la de depósitos de mineral
pórfido en la que uno o una combinación de los minerales antes mencionados
se produce.
Los principales minerales de sulfuro de cobre son calcopirita (CuFeS2),
calcocita (Cu2S), covelita (CuS), bornita (Cu5FeS4), tetraedrita
((Cu,Fe)12Sb4S13) y enargita (Cu3AsS4). Un mineral de sulfuro cobre típico
contiene varios niveles de tipos de sulfuro de hierro que generalmente incluyen
pirita (FeS2) y pirrotita (Fe1-xS).
CuS
Cobre
Se encuentra cobre metálico en muchos yacimientos. Las combinaciones del
cobre están distribuidas en la naturaleza; como en la cuprita o cobre rojo
(Cu₂O); sulfuro en la calcocita o bronce acerado (Cu₂S); pirita de cobre o
calcopirita (CuFeS₂ o Cu₂S.Fe₂S₃)
Posee un color pardo característico cuando ve una superficie limpia con luz
reflejada; pero por transferencia las laminas delgadas son verdes. Es un metal
bastante pesado, pero su densidad es 8,96 𝑔 𝑐𝑚ᵌ ; es un excelente conductor
del calor y la electricidad; fundido se mezcla rápidamente con otros metales,
formando aleaciones.
Cu
Constatan
Aleación resistente con una resistencia regular y un coeficiente de
temperatura de resistencia bajo. Su curva de resistencia/temperatura es plana
en un campo más ancho que el de los Manganin.
El constantán es una aleación, generalmente formada por un 55% de cobre y
un 45% de níquel (Cu55Ni45). Se caracteriza por tener una resistencia
eléctrica constante en un amplio rango de temperaturas, es uno de los
materiales más utilizados para la fabricación de monedas.
Hierro
El hierro es uno de los metales mas abundantes de la corteza terrestre. Se
corroe rápidamente cuando es expuesto a una atmosfera húmeda. Casi todos
los meteoritos contienen hierro asociado con otros metales, principalmente
cobre, cobalto y níquel.
El hierro puro es un metal gris brillante que funde a 1536˚C y ebulle a 2862˚C. Sudensidad es 7,87 𝑔 𝑐𝑚ᵌ . Una de las características físicas del hierro es su
magnetismo; es oxidado con facilidad; arde brillantemente en el oxigeno y
cando esta finamente dividido quema también en el aire.
Fe
Ag
47 107,8682163˚C 1961˚C
10,5
𝐾𝑟 4𝑑105𝑠1
Cu
29 63,5462563˚C 2, 11084,6˚C
8,96
𝐴𝑟 3𝑑104𝑠1
Fe
26 55,8472862˚C 2, 31536˚C
7,43
𝐴𝑟 3𝑑64𝑠2
Método lumínico
Métodos de producción de una corriente eléctrica
En este método, la energía lumínica se convierte en energía eléctrica cuando la luz incide sobre el material fotosensible de una
fotocélula. Una fotocélula esta formada básicamente por tres capas de material: 1) Un material traslucido, 2) una aleación de
selenio. 3) hierro. La luz que incide sobre el material traslucido se concentra sobre la aleación fotosensible del selenio y se produce
una carga eléctrica entre las dos capas exteriores que sirven de electrodos de la célula. La cantidad de energía eléctrica que se
obtiene de la fotocélula es pequeña. El fotómetro es un ejemplo de aplicación de la fotocélula.
http://electronicaradical.blogspot.com
Método piezoeléctrico
Métodos de producción de una corriente eléctrica
Cuando se someten a un esfuerzo mecánico ciertos materiales cristalinos, se desarrolla una diferencia de potencial entre las caras
opuestas del cristal. El material puede ser cuarzo, sales de rochelle o turmalina, y el esfuerzo mecánico puede ser de tracción o
compresión. El elemento piezoeléctrico básico consiste en una pieza de material cristalino situada entre dos placas metálicas a las
que se unen los terminales. El micrófono de cristal y la capsula de cristal de un tocadiscos son ejemplos de empleo de los elementos
piezoeléctricos.
http://electronicaradical.blogspot.com
Efectos de la corriente eléctrica Cuando una corriente eléctrica fluye a lo largo de un conductor da lugar a una serie de efectos; los tres mas importantes son: el térmico, el
químico y el magnético.
Efecto térmico Cualquier conductor a lo largo del cual fluya una
corriente eléctrica se calienta debido al hecho de que
se gasta energía en forzar la corriente a lo largo de la
resistencia ofrecida por el conductor. La elevación de
la temperatura puede ser pequeña o grande, según el
flujo de corriente y la resistencia ofrecida a este, pero
siempre se produce calor. Gracias a este efecto se
dispone en diferentes artificios eléctricos para
calentar, tales como los soldadores, los hornos, las
planchas, los tostadores y las almohadillas
calefactoras. El flujo de corriente a través de una
lámpara eléctrica calienta el filamento hasta la
incandescencia haciendo que las lámparas luzcan.
Las válvulas de vacío utilizan este efecto como
principio básico de su funcionamiento, ya que
cualquier material emite electrones cuando se
calienta. Este calor se obtiene haciendo fluir una
corriente eléctrica a lo largo de un alambre en el
interior de la válvula.
http://electronicaradical.blogspot.com
Efectos de la corriente eléctrica
Efecto químico
Una corriente eléctrica es capaz de descomponer el
agua químicamente, esto es, dividirla en sus
elementos, hidrogeno y oxigeno. Este efecto, la
descomposición de un compuesto químico por una
corriente eléctrica, se denomina electrolisis y se usa
en aplicaciones de los efectos químicos debidos al
paso de la corriente. Los elementos de las baterías, la
galvanoplastia y la terapéutica son algunas de las
aplicaciones de la electrolisis.
http://electronicaradical.blogspot.com
Efectos de la corriente eléctrica
Efecto magnético
El flujo de una corriente eléctrica en un conductor da
lugar a que este quede rodeado por un campo
magnético constituido por líneas de fuerza que
forman círculos alrededor del conductor en todos sus
puntos. Este efecto es la base del funcionamiento de
los motores, los generadores, las bobinas de
inducción y los transformadores; de hecho,
prácticamente utilizan este efecto toda la maquinaria
eléctrica y muchos de los artificios eléctricos.
http://electronicaradical.blogspot.com
Clases de corriente eléctrica Todas las corrientes eléctricas son esencialmente de la misma naturaleza, pero pueden diferir en la forma de fluir, dirección, intensidad de
la corriente, o una combinación de estas. Hay fundamentalmente seis clases diferentes de corrientes eléctricas: continua, pulsatoria,
unidireccional, alterna, oscilatoria e interrumpida.
Corriente continua Una corriente continua es aquella en la que la dirección y la
cantidad del flujo de corriente no varían con el tiempo; en la grafica
puede observarse que la dirección y el flujo no cambian y que la
intensidad de la corriente se mantiene constante a lo largo del
tiempo I1=I2=I3. Se obtienen corrientes continuas de los elementos
de las baterías.
Corriente pulsatoriaEn la corriente pulsatoria la dirección del flujo es constante, pero su
fuerza aumenta y disminuye a intervalos fijos. En la grafica
t1=t2=t3. Se obtienen corrientes pulsatorias al rectificar corrientes
alternas. La diferencia entre los valores máximo y mínimos
depende del rectificador y del circuito de filtro, mas pequeña será la
diferencia y mas se aproximara la corriente pulsatoria a una
corriente continua. En electrónica se utilizan numerosos tipos de
corriente eléctrica de forma de onda diferente que son variaciones
de la corriente pulsatoria.
I1 I2 I3
Tiempos
Inte
nsi
dad
d
e la
co
rrie
nte
I1=I2=I3
t1 t2 t3
Tiempos
Inte
nsi
dad
d
e la
co
rrie
nte
t1=t2=t3
http://electronicaradical.blogspot.com
Clases de corriente eléctrica Corriente unidireccional Una corriente unidireccional es una corriente pulsatoria cuyo flujo
varia tan poco que casi equivale a una corriente continua. Se
denomina unidireccional porque la corriente fluye solo en una
dirección. Comúnmente se denomina corriente continua. Los
generadores de corriente unidireccional (las dinamos) realmente
generan una corriente alterna que se rectifica a una corriente
unidireccional en el conmutador. Aumentando el numero de
bobinas y de delgas del conmutador se reduce la diferencia entre
los valores mínimos y máximos de la corriente.
Corriente alternaUna corriente alterna cambia la dirección de su flujo a intervalos
fijos. Durante cada intervalo la corriente se eleva desde cero hasta
un máximo, bajando después desde el máximo hasta el cero. Las
corrientes alternas se producen en los generadores de a-c
comúnmente denominados alternadores. Debido a que la corriente
alterna puede transformarse fácilmente de voltajes bajos a altos, y
viceversa, es posible enviar grandes cantidades de energía a baja
intensidad a lo largo de un cable de un diámetro relativamente
pequeño. Es por tanto, mas barato transmitir una corriente alterna
a grandes distancia que una continua, y por esta razón es el tipo de
corriente que normalmente se utiliza e las casas, oficinas y otros
edificios.
Tiempos
Inte
nsi
dad
d
e la
co
rrie
nte Muy pequeño
Tiempos
Inte
nsi
dad
d
e la
co
rrie
nte
t1
t2⁺
⁻
Imax1
Imax2 T1=t2=t3Imax1=Imax2
http://electronicaradical.blogspot.com
BibliografíaFundamentos de Electricidad – Electrónica. Slurzberg y Osterheld. Editorial McGraw Hill Tercera historia.
Física. Camero y Crespo.
Química Teoría 9no Grado Educación básica. Freddy Suarez. Editorial Romor.
www.mailxmail.com. CuS. Autor: Antonio Rus Moreno.
www.esacademic.com
www.elementos.org.es
www.egured.cu
Imágenes
McGraw Hill. Tabla Periódica de los elementos
www.Wikipedia.com
www.mailxmail.com
Otras de la web.
http://electronicaradical.blogspot.com
