Tema 1 – Introducción a La Electricidad

8/19/2019 Tema 1 – Introducción a La Electricidad

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Tema 1 – Introducción ala electricidad


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Fundamentos de la electricidad

La única diferencia entre un rayo yla chispa que se genera entre sudedo y la perilla de una puerta en undía seco es la cantidad-, ambas sonelectricidad.

Toda la materia tiene propiedades

eléctricas. Por esta razón muchoscientíficos de siglos pasados hanpodido inventar cientos de aparatosque generan, almacenan, controlany conmutan la electricidad. Estosdispositivos han sido combinadospara llevarnos dentro de...


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Carga y corriente eléctrica

Todo cuerpo se compone de átomos, cada uno de los cuales posee igual número deelectrones y protones.

Los electrones poseen una carga negativa, y los protones una carga positiva.Estas cargas se contrarrestan unas a otras, para que el objeto resulte neutro (nocargado).

Pero al frotar, por ejemplo, un peine o peineta sobre un chaleco los electronessaltan del chaleco al peine y éste se carga de electricidad estática.

El peine pasa a tener más electrones que protones y se carga negativamente,mientras que el chaleco con más protones que electrones, se cargapositivamente.

Por lo tanto, se pueden definir dos tipos de cargas eléctricas:

1.- Carga positiva: Corresponde a la carga del protón.

2.- Carga negativa: Corresponde a la carga del electrón.


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Carga y corriente eléctrica (II)

En todos los fenómenos eléctricos que se originan en el interior de un sistemaaislado, vale la ley de conservación de cargas , según la cual la suma de lascargas eléctricas positivas menos la de las cargas negativas se mantieneconstante.

La unidad con que se mide la carga eléctrica es el coulomb (C), en honor aCharles Coulomb, y que corresponde a lo siguiente:

1 Coulomb = 6,25x1018

electrones. Por lo que la carga del electrón es de1,6x10-19 C.

Para lograr que un cuerpo quede cargado eléctricamente requerimos quehaya en él un exceso de uno de los dos tipos de carga (+ o – ), lo cual podemoslograr haciendo uso de diferentes procesos, como el frotamiento, el contactoy la inducción.


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Conductores y aisladores

El fenómeno de la electrización consiste, como ya vimos, en una pérdida oganancia de electrones. Para que se produzca, los electrones han de tenermovilidad.

Existen algunos materiales, como los metales, que tienen la propiedad de permitirel movimiento de cargas eléctricas, y por ello reciben el nombre de conductoreseléctricos. En cambio, hay otros, como el vidrio, el plástico, la seda, etc., queimpiden el movimiento de cargas eléctricas a través de ellos, y por esto reciben elnombre de aisladores o aislantes eléctricos.

No podemos olvidar que ningún conductor es ciento por ciento conductor ni quetampoco un material aislante es ciento por ciento aislante. De alguna manera,todos los materiales conductores impiden cierta movilidad de cargas y, por otraparte, todos los materiales aislantes permiten algo de movilidad de cargas

Actividad:

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/mat/conduct.swf


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Circuitos eléctricos

Es tan común la aplicación del circuito eléctrico en nuestros días que tal vezno le damos la importancia que tiene. El automóvil, la televisión, la radio, elteléfono, la aspiradora, las computadoras y videocaseteras, entre muchos yotros son aparatos que requieren para su funcionamiento, de circuitoseléctricos simples, combinados y complejos.

Pero ¿qué es un circuito eléctrico? Se denomina así el camino que recorreuna corriente eléctrica. Este recorrido se inicia en una de las terminales deuna pila, pasa a través de un conducto eléctrico (cable de cobre), llega a unaresistencia (foco), que consume parte de la energía eléctrica; continúadespués por el conducto, llega a un interruptor y regresa a la otra terminalde la pila.


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Circuitos eléctricos (II)Tipos de circuitos eléctricos


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Resistencia eléctrica

Sabemos que una corriente eléctrica es un flujo de electrones. Al moverse através de un conductor, los electrones deben vencer una resistencia; en losconductores metálicos, esta resistencia proviene de las colisiones entre loselectrones. Si el paso es expedito y fluido los electrones viajaránordenadamente, tendrán poca resistencia. Por el contrario, si el camino esmuy estrecho o demasiado largo, los electrones se agolparán y chocarán entresí, produciendo, además, mucho calor; se les opone una alta resistencia.


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Resistencia eléctrica (II)

Se llama resistencia eléctrica a la oposición o dificultad que encuentra unacorriente al recorrer un circuito eléctrico cerrado, y que permite frenar oatenuar el libre flujo de electrones.

La unidad de resistencia es el ohmio (W o Ω): y ohmio es la resistencia queofrece un conductor cuando por él circula un amperio (intensidad) y entresus extremos hay una diferencia de potencial (tensión) de un voltio.

Físicamente, cualquier dispositivo o material intercalado en un circuitoeléctrico representa en sí una resistencia para la circulación de la corrienteeléctrica, y dependiendo de las características de dicho dispositivo o materialse puede aumentar o disminuir la resistencia a una corriente eléctrica.


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Resistencia eléctrica (III) Por lo tanto, la resistencia eléctrica de un conductor depende de la

naturaleza del material, de su longitud y de su sección, además de la

temperatura. A mayor longitud, mayor resistencia. A mayor sección, menos resistencia. A

mayor temperatura, mayor resistencia.

Para calcular el valor de la resistencia que ofrece un material específico, conlargo y grosor definidos, se aplica a fórmula

Resistencia ( R ) es igual al producto de rho (ρ) por la longitud (L) delconductor dividido por la sección o grosor (S) del conductor.


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Resistencia eléctrica (IV) Para información, he aquí un cuadro con algunos valores para ρ (rho), según el

tipo de material conductor:

Otro factor que influye en la mayor o menor resistencia de un material oconductor es la temperatura. Los materiales que se encuentran a mayortemperatura tienen mayor resistencia.


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Ejemplo

Vamos a hallar la resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica unconductor de cobre de 500 metros de longitud cuyo diámetro es 1,6 mm.

En este caso queremos calcular la resistencia de un conductor bien definido (cobre), del conocemos su resistividad (rho = 0,0172), sabemos su longitud en metros (500) y del no sabemos su área o sección pero del que sí tenemos como dato su diámetro (1,6 mm).

Para hallar el área o sección del conductor de cobre será necesario utilizar la siguiente fórmula:

Reemplazamos los valores en la fórmula:

El valor de π (pi ) lo conocemos (3,1416)

Si el diámetro del conductor de cobre es 1,6 mm, su radio será 0,8 mm, valor que elevamos cuadrado 0,8 mm • 0,8 mm = 0,64 mm2

Entonces :

Área o sección = 3,1416 • 0,64 mm2 = 2 mm2

Ahora ya tenemos la sección (S) y podemos completar la fórmula


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Continuación

Por tanto, la resistencia ( R ) que ofrece al paso de la corriente eléctrica unalambre de cobre de 2 mm2 de área (sección) y 500 metros de longitud, auna temperatura ambiente de 20º C, será de 4,3 ohmios.


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Ejercicios Un conductor tiene una longitud de 4 metros y una sección de 2 mm 2.

Calcular su resistencia, si su coeficiente de resistividad es de 0,017 Ω · mm2 /m.

Un conductor tiene una longitud de 1 km y un grosor de diámetro de 5 mm.Sabiendo que el conductor es de plomo, cuanta resistencia ofrece.


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Diferencia de potencial

La diferencia de potencial (o tensión) entre dos puntos es la energía que hayque dar a una carga positiva para desplazarla desde un punto al otro. Launidad de medida es el voltio (V).

Del mismo modo que se necesita una presión para que circule agua por unatubería, se necesita tensión (fuerza) para que circule la corriente eléctricapor un conductor.

El instrumento para medir la diferencia de potencial, tensión o voltaje es elvoltímetro. Este se conecta en paralelo en el circuito a medir.


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La intensidad de corriente

Es la cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor por unidadde tiempo. Su unidad es el amperio (A). Corresponde al paso de un coulomb

de carga cada segundo. El instrumento que mide la intensidad es el amperímetro. Se conecta en serie

en el circuito a medir.


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Ley de Ohm

La diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor es directamenteproporcional a la intensidad que circula por él. La relación entre estosfactores constituye una ley fundamental.

http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Electricidad_ley_Ohm.htmlhttp://www.profesorenlinea.cl/fisica/Electricidad_ley_Ohm.html


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Ejemplo I

Determine la corriente que pasa por un circuito eléctrico que se encuentraconectado a 50 Volts y presenta una resistencia de 450Ω.

Según la ley:

V/R = I

Remplazamos

50v/450 Ω = 0.11A


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Ejemplo II

¿Cual debe ser la resistencia que presenta el embobinado de unmotor que sealimenta de 9 voltios en corriente directa y pasa unacorriente de 0.425amperios?

V/I = R

9V/0.425ª = 21.17 Ω


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Ejemplo III

Cual es el valor de una resistencia por la que circula unacorriente de 0.005ªcuando el voltaje aplicado es de 2.0 V.

V/I = R

2.0V/0.005A = 400 Ω


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Ley de Ohm en circuitos en serie Tiene sólo un camino de recorrido para la corriente. Si más de un componente

es conectado en este circuito toda la corriente fluirá a través de dicho

camino. Si sacas una de ellas (o si se quema) se apagan todas porque el circuito queda

interrumpido.

Las características de las resistencias conectadas en serie son:

a) por cada resistencia circula la misma corrienteI = I1 = I2 = I3

b) la tensión de la fuente es igual a la suma de las tensiones de cada una de lasresistenciasV = V1 + V2 + V3

c) la resistencia equivalente a todas ellas es igual a la suma de cada resistenciaR = R1 + R2 + R3


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Ley de Ohm en circuitos en paralelo Este circuito tiene más de un camino para que la corriente circule.

Si se quema una de ellas no se apagan las otras porque cada una está

conectado en forma independiente a la fuente de corriente Las características de las resistencias conectadas en paralelo son:

a) la corriente que produce la fuente es igual a la suma de la corriente que circulapor cada resistencia

I = I1 + I2 + I3

b) la tensión de la fuente es igual a la tensión de cada una de las resistencias

V = V1 = V2 = V3

c) la resistencia equivalente a todas ellas es igual a la suma del inverso de cadaresistencia


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Potencia y energía


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Tabla de Valores


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Simbología eléctrica


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Ejemplo I Un circuito con tres resistencias en serie de valores R1=8Ω, R2=12Ω y R3= 24

Ω y una pila de 20 voltios. Calcula:

a) Tensión que le corresponde a cada una de las resistencias (V1,V2 y V3).

b) Potencia consumida por cada resistencia (P1,P2 y P3).


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Solución La intensidad de corriente que circula por cada una de las resistencias es

única

La tensión que suministra la pila se reparte de forma directamenteproporcional a los valores de las resistencias.

La resistencia total al estar en serie es RT=R1+R2+R3

Calculo I

El problema me pide que diga la tensión por cada resistencia, por lo que:

Puedo comprobar que sumando V1+V2+V3 =V pila

Para el apartado b,tengo que aplicar la ley de Ohm a cada resistencia.


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Ejemplo II En un circuito en paralelo se cumple que:

La intensidad que suministra la pila se reparte de forma inversamente proporcionala los valores de las resistencias

La tensión o voltaje que soporta cada resistencia es la misma.

Calcula:

A) La resistencia total

B) Intensidad que suministra la pila.(Ip)

C) Intensidad que pasa por cada resistencia.(I1,I2,I3)

D) Potencia consumida por cada resistencia.(PR1,PR2,PR3)

S l ió II


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Solución II A) La resistencia total

B) Intensidad que suministra la pila.(Ip)

C) Intensidad que pasa por cada resistencia.(I1,I2,I3)

D) Potencia consumida por cada resistencia.(PR1,PR2,PR3)

De nuevo se puede comprobar que si

sumo I1+I2+I3 tiene que saliraproximadamente la I p .

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