ELECTRICIDADELECTRICIDAD

Juan Diego Cerrón Salcedo

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INTRODUCCIÓN

La electricidad es una de las formas de energía que mas ventajas y comodidades aporta a los seres humanos en la actualidad.

Con ella conseguimos que funcionen, entre otras, las siguientes aplicaciones:

Luz con lámparas eléctricas, calor con cocinas, hornos y calefacciones, frío con frigoríficos y equipos de aire acondicionado; fuerza motriz con motores (ascensores, vehículos eléctricos, electrodomésticos, etc), y muchas mas aplicaciones que con el paso de los años aparecerán.

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INTRODUCCIÓN

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Conocer los conceptos fundamentales de la electricidad.

Conocer las diversas formas de generación de tensión eléctrica

Comprender las diferencias entre tensión continua y alterna

OBJETIVOS

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Es una manifestación física que tiene que ver con las modificaciones que se dan en las partes mas pequeñas de la materia, en los átomos y más concretamente en el electrón.El estudio del movimiento electrónico explica muchos fenómenos en la naturaleza.De hecho el término “electricidad” viene de la palabra “electrón”.

ELECTRICIDAD

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EL ÁTOMO

En el núcleo se encuentran los protones y neutrones. En la corteza se encuentran los electrones, recorriendo trayectorias circulares o elípticas (órbitas).

Todo átomo tiene un número de protones igual al número de electrones.

Los electrones de la última orbita forman los electrones de valencia.

En física y química, átomo (Del latín atomum, y éste del griego άτομον, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

El átomo es la partícula mas pequeña de un elemento que aún mantiene las propiedades químicas de éste.A la combinación de dos o más átomos iguales o diferentes se le denomina: molécula.

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La diferencia entre uno y otro elemento radica, básicamente, en la cantidad de protones y electrones que tenga el átomo en el núcleo y en las órbitas, respectivamente.

HidrógenoHidrógeno CarbonoCarbono CobreCobre

1 protón1 protón 6 protones6 protones 29 protones29 protones

1 electrón1 electrón 6 electrones6 electrones 29 electrones29 electrones

EL ÁTOMO

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ESTRUCTURA ATÓMICA

El núcleo positivo atrae a los electrones orbitales, pero estos no caen al núcleo debido a la fuerza centrifuga (hacia fuera) creada por su movimiento orbital y el electrón está en equilibrio.

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La fuerza centrífuga es más débil en los electrones de las orbitas más alejadas del centro.El cobre tiene un electrón de valencia, que puede ser arrancado de la órbita por una débil fuerza, esto hace que sea buen conductor.Los mejores conductores son el cobre, el oro y la plata por que tienen un único electrón de valencia.

EL ÁTOMO

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+ + (Repulsión)

Protón Protón

- - (Repulsión)

Electrón Electrón

+ - (Atracción)

Protón Electrón

CARGA ELECTRICATodo objeto cuyo número de electrones sea distinto al de protones tiene carga eléctrica. Si tiene más electrones que protones la carga es negativa. Si tiene menos electrones que protones, la carga es positiva.Cargas eléctricas de distinto signo se atraen y cargas eléctricas de igual signo se repelen.

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COMO SE CARGAN LOS CUERPOS?COMO SE CARGAN LOS CUERPOS?

Carga por Fricción.La fricción como ya se sabe, trae muchas cosas por descubrir una de ellas es la transferencia de electrones de un material a otro, nos podemos dar cuenta de esto cuando nos peinamos o acariciamos un gato. Hay materiales que mediante la fricción quedan electrizados durante un tiempo, y esto es por la transferencia de electrones de un cuerpo a otro.

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CARGA ELÉCTRICA

1. Si el número de protones de un átomo es igual al número de electrones, la carga neta del átomo es: cero. (cuerpo neutro)

2. Entonces, para cargar eléctricamente un cuerpo habría que agregar o retirar electrones de las últimas órbitas de sus átomos.

3. Si agregamos electrones, el átomo se cargará negativamente.

4. Si retiramos electrones, el átomo se cargará positivamente, suponiendo que el átomo, inicialmente, es neutro.

5. La unidad de la carga eléctrica es el “Coulombio” (C), en el que 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 negativa generarán una diferencia de carga eléctrica.

• Si estos cuerpos se unen con un conductor eléctrico, el exceso de electrones de uno será atraído por el defecto de electrones del otro (carga positiva) hasta que se establezca un equilibrio.

• A través del conductor aparece una circulación de electrones que va del polo negativo al positivo, este movimiento de electrones se denomina corriente eléctrica.

MOVIMIENTO ELECTRÓNICO

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Una fuente de tensión tiene por misión separar cargas eléctricas en dos bornes.

++

- -

Norma IEC Norma NEMA

U E

Símbolos de fuentes de tensión

Unidad ……… V(voltio)

TENSIÓN ELÉCTRICA

Andrés MoroccoAndrés Morocco 1616

SIGLAS SIGNIFICADO DE LAS SIGLAS

UNE Una Norma Española, organismo español de publicación de normas.

IEC International Electrotechnical Commission. En esta comisión participan y colaboran las principales naciones industrializadas. 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 I’Electricité. Asociación electrónica francesa.

BS British Standard. Normalización inglesa, que acoge en gran parte las normas IEC.

ANSI American National Standards Institute. Instituto de normalización nacional de USA.

NEMA National Electrical Manufactures Association. Asociación de fabricantes de productos electrotécnicos de USA.

SEV Schweizerischer Elektrotechnischer Verein. Entidad electrónica 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 instalación de baja tensión hasta 63ª.

AS Australian Standard. Prescripciones australianas unificadas en gran parte con IEC.

CSA Canadian Standard Association. Asociación para la normalización en Canadá.

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Múltiplos

KV = 103 V MV = 106 V

Submúltiplos

mV = 10-3 V V = 10-6 V nV = 10-9 V pV = 10-12 V

UNIDADES DE TENSION ELECTRICA

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a) Tensión por frotamiento Al frotar materiales plásticos se obtiene un desequilibrio de

cargas

FORMAS DE OBTENER TENSIÓN ELECTRICA

Las nubes, empujadas por el viento, se cargan eléctricamente, hasta tal punto que deben descargarse para neutralizar este exceso. Este fenómeno natural es el rayo.

2020

b) Tensión por inducción magnética

FORMAS DE OBTENER TENSIÓN ELECTRICA

La diferencia de cargas se obtienen al mover una bobina en un campo magnético o al mover un imán en una bobina fija.

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c) Tensión por presión

FORMAS DE OBTENER TENSIÓN ELECTRICA

Al variar la presión o la tracción aparece una diferencia de cargas entre las superficies de determinados cristales (por ejemplo, cuarzo). El valor de la diferencia de cargas depende de la intensidad del esfuerzo exterior.

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d) Tensión por calor

FORMAS DE OBTENER TENSIÓN ELECTRICA

Al calentar el punto de contacto de dos metales (Termocupla) diferentes aparece una pequeña tensión.

++ -

2323

Termómetros digitales Termocupla o Termopar

Estos termómetros miden la temperatura en el punto de conexión de dos alambres finos colocados en la punta de la sonda.

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e) Tensión por luz:

FORMAS DE OBTENER TENSIÓN ELECTRICA

Célula fotovoltaica

Cuando la luz incide sobre determinados materiales (silicio, germanio) provoca una separación de cargas.

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Las células fotovoltaicas convierten la luz solar directamente en electricidad. Éstas células, también llamadas células solares, normalmente están hechas de silicio, cuya materia prima es arena. Un pedazo de semiconductor fino recibe un tratamiento especial para que forme un campo eléctrico, positivo en un lado y negativo en el otro. Cuando la energía luminosa del sol llega a la célula, se liberan los electrones de los átomos en el material semiconductor, lo cual crea una corriente eléctrica. Usualmente, cada célula puede generar aproximadamente 1 vatio de electricidad.

2626

2727

f) Tensión por procesos químicos

FORMAS DE OBTENER TENSIÓN ELECTRICA

Cuando se sumergen dos conductores diferentes en un líquido conductor también se produce una separación de cargas, fenómeno que se utiliza en todas las fuentes de tensión electroquímicas.

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2929

FORMAS DE CONECTAR LAS PILAS ELECTRICAS..

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TIPOS DE TENSION

a) Tensión Continua (VDC):Es aquella en la que su polaridad no cambia en el

tiempo y su magnitud permanece constante

Símbolo :_______

Andrés MoroccoAndrés Morocco 3131

Andrés MoroccoAndrés Morocco 3232

Andrés MoroccoAndrés Morocco 3333

Andrés MoroccoAndrés Morocco 3434

3535

TIPOS DE TENSION

b) Tensión Alterna (AC):

Es aquella en la que su polaridad varia con el tiempo y su magnitud es variable.

Símbolo:

El movimiento alternativo origina ondas oscilantes en el circuito hidráulico que se utiliza para generar trabajo.

Símil Hidráulico

CORRIENTE ALTERNA MONOFÁSICA

GENERACIÓN DE TENSIÓN MONOFÁSICAEn la producción de tensión por inducción se obtienetensión alterna, que produce corriente alterna en un circuito eléctrico cerrado.

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TIPOS DE TENSION

c) Tensión Mixta:

Es la suma de las dos anteriores. Su magnitud no es constante, oscilando alrededor de un valor medio.

Símbolo:

3939

POTENCIAL ELECTRICO

Es la tensión de un punto respecto de otro “referencia” o “tierra”. Y la diferencia de potencial entre dos puntos es la diferencia aritmética entre el punto de mayor potencial menos el punto de menor potencial.

4040

Potencial (V)

0

+10

+20

+30

-10

-20

-30

20V

20V

30V 10V

60V30V

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CIRCUITO ELECTRICO:

Carga o

receptor+

-

Fuente de tensión

interruptor

Conductor

Se define como un conjunto de elementos conductores que forman un camino cerrado (malla) por el cual circula una corriente eléctrica.

4242

4343

4444

Intensidad de corriente

La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga que circula por segundo a través de una sección del conductor.

Intensidad de corriente = Cantidad de carga Tiempo de circulación

Símbolo ………………… I

Unidad ……………….. A (Amperio)

KA (kiloamperio) = 1 000 A

mA (miliamperio) = 0.001A

t

causa efectoproduce

tensión corriente

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TIPOS DE CORRIENTE

a) Corriente Continua (DC):

Es aquella en la que su magnitud permanece constante con el tiempo y su valor permanece constante

IDC(A)

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TIPOS DE CORRIENTE

b) Corriente Alterna (AC):

Es aquella en la que su sentido de movimiento varia con el tiempo y su magnitud es variable.

iAC(a)

+ +

- -t(s)

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MEDICION DE LA TENSION ELECTRICA

El instrumento que mide tensión es el:

VSímbolo del voltímetro

Esquema eléctrico para medir tensión

voltímetro

4848

4949

Unidades de Prefijo en Unidades de Prefijo en IngenieríaIngeniería

PrefijoPrefijo AbreviaciónAbreviación ValorValor

TeraTera TT 10101212

GigaGiga GG 101099

MegaMega MM 101066

KiloKilo kk 101033

(nada)(nada) 101000

MiliMili mm 1010-3-3

MicroMicro 1010-6-6

NanoNano nn 1010-9-9

PicoPico pp 1010-12-12

FemptoFempto ff 1010-15-15

AttoAtto aa 1010-18-18

5050

EJERCICICOS

a) Una destrucción de electrones.b) Una marcha de electrones de sus átomos.c) Un intercambio de electrones entre átomos.

Marque la alternativa correcta.1. La electricidad es:

a) Gran resistencia al paso de los electrones.b) Una desviación en el camino de los

electrones.c) Poca resistencia al paso de los electrones.

2. Un cuerpo aislante presenta:

3. La intensidad eléctrica 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. ¿Cuántos mA hay en 2.5 A?a) 25 mA.

b) 250 mA.c) 2500 mA.

5. ¿Cuántos A hay en 25 mA?

a) 25000 A.b) 0.0025 A.c) 0.025 A.

a) 25000 KV.b) 0.025 KV.c) 2500000

KV.

6. ¿Cuántos mV hay en 2.5 KV?

a) 25000 MV.b) 0.025 MV.c) 25000 MV.

7. ¿Cuántos KV hay en 25 MV?

GENERACIÓN DE TENSIÓN TRIFÁSICA

El suministro de la energía eléctrica se realiza a través de una red de corriente alterna con tres fases, normalmente conocida como red de corriente trifásica.

Un generador de corriente trifásico tiene un campo magnético muy simple dentro del cual se giran tres bobinas distribuidas simétricamente. La simetría está garantizada por medio de una distribución espacial de las bobinas en 120º.

Sistema trifásico abierto con diagramas lineales de las tensiones de fase.

CONEXIÓN EN ESTRELLA

U2, V2 y W2 se han unido en un punto común llamado Neutro (N)

CONEXIÓN EN TRIANGULO (DELTA)

Se une el final de cada fase con el principio de la siguiente, En este tipo de conexión no existe un punto común para las tres bobinas, por lo tanto, la conexión en triángulo no tiene neutro.

COMPARACIÓN ENTRE LA CONEXIÓN EN ESTRELLA Y EN TRIÁNGULO