1

U.T.1

CONCEPTOS Y LEYES FUNDAMENTALES DE LA

ELECTRICIDAD.

2

1. LA MATERIA, EL 1. LA MATERIA, EL ELECTRON Y LA ELECTRON Y LA ELECTRICIDAD.ELECTRICIDAD.

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0.ORIGEN DE LA ELECTRICIDAD.

• MOVIMIENTO DEL ELECTRON.

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1.1. ESTRUCTURA DE LA MATERIA.

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1.2. EL ATOMO.

• Constitucion del atomo (punto de vista electrico)– NUCLEO

• Protones. • Neutrones.

– ELECTRONES • en orbitas alrededor del nucleo.

• Los e- permanecen en sus orbitas debido a– La fuerza de atraccion que ejerce el nucleo sobre ellos

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Constitucion del atomo.

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1.3.CARGA ELECTRICA.

DEFINICION

– CANTIDAD DE ELECTRICIDAD CON QUE SE CARGA UNA SUSTANCIA.

UNIDAD DE MEDIDA DEL S.I.– CULOMBIOS (C)

•1C= 6.25*10000000000000000000 ELECTRONES LIBRES = 6,25x1018 electrones

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• LA CARGA ELECTRICA DE ALGUNOS CUERPOS INDUCEN

– FUERZAS DE ATRACCION O REPULSION ENTRE ELLOS

CARGAS DEL MISMO SIGNO SE RECHAZAN

CARGAS DE SIGNO CONTRARIO SE ATRAEN.

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• Electrones.

–Carga electrica negativa

• Protones

–Carga electrica positivaNota.

Los neutrones no tienen carga electrica.

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• En condiciones de equilibrio normal

nº electrones = nº protones

• Si el equilibrio es alterado» Se producen los efectos de la

electricidad.

11

• Los atomos de los distintos elementos difieren entre si por

El numero de electrones y de protones que tiene

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Atomo neutro

Como es este atomo_?

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1.4. ELECTRONES DE VALENCIA Y ELECTRICIDAD

Atomo neutro• 2 niveles de orbitas.

– Electrones de orbita interior.• e- ligados

– No pueden ser extraidos facilmente de su orbita.

– Electrones de orbita exterior• e- lbres o electrones de valencia.

– Puden salirse de su orbita.» La fuerza de atraccion que ejerce el nucleo sobre

los e- es debil.

– Participan en los efectos electricos.

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Electron ligado

Electron libre

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ION POSITIVO/ ION NEGATIVO

Cation: pierde e- Anion: gana e-

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Estructura AtómicaEstructura Atómica

+ ++ +

-

-

-

-

+ ++ +

-

-

-+ ++ +

-

-

-

-

-

-

• Como los electrones que giran en la órbita más apartada del núcleo son los menos ligados al átomo, ocurre a veces, que algunos de ellos escapan, acaso por el choque de un electrón libre que se acerca a ellos a gran velocidad. Entonces prepondera la carga positiva existente en el núcleo; el átomo se ha convertido en un ión positivo.

•A la inversa, la envoltura de electrones puede captar adicionalmente electrones libres. Entonces prepondera la carga negativa de la envoltura de electrones; el átomo se ha convertido en un ión negativo.

nº e- = nº p+ nº e- nº p+ nº e- > nº p+

CUERPO ELECTRICAMENTE NEUTRO

CUERPO CON CARGA POSITIVA

CUERPO CON CARGA NEGATIVA

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1.5.CLASES DE ELECTRICIDAD.

ELECTRICIDAD

ESTATICA

DINAMICA

Corriente Continua (C.D)

Corriente Alterna (C.A)

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2.PRINCIPIOS BASICOS DE 2.PRINCIPIOS BASICOS DE LA ELECTRICIDAD.LA ELECTRICIDAD.

19

2.1. ELECTRICIDAD ESTATICA.(E.E.)

• DEFINICION • Aquella que no se mueve respecto a la

sustancia determinada

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2.3.LEY DE COULOMB

• “La fuerza de • atracción o

• repulsión

– sobre dos cargas puntuales (Q1 y Q2) es • Directamente proporcional al producto de las cargas

• Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ambos.”

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• F= k (Q1xQ2)/d2

• Q1, Q2 =cargas puntuales.

• d= distancia entre cargas

• K= constante que depende del medio

• F= fuerza de atracción o repulsión.

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• UNIDADES DE MEDIDA

• CARGAS Q1 Y Q2 .................Culombio (C)• Distancia d....................................Metros (m)• FUERZA F..................................Newton (N)

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Cuestionario

1. LA UNIDAD DE MEDIDA DE k?

2. SI LA FUERZA RESULTANTE ES POSITIVA, COMO ES LA FUERZA DE ATRACCION O DE REPULSION?

3. SI LA FUERZA RESULTANTE ES NEGATIVA, COMO ES LA FUERZA DE ATRACCION O DE REPULSION?

24

Solucion

1. N*m*m/C*C

2. Si F es + q1 y q2 tienen el mismo signo, por lo que la fuerza es de repulsion.

3. Si F es - q1 y q2 tienen distinto signo, por lo que la fuerza es de atraccion.

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2.4. CAMPO ELECTROSTATICO

• Si colocamos

– conductor con carga positiva (A) y

– otro con carga negativa (B)

• relativamente cerca el uno del otro

– El espacio que rodea ambos conductores

• se encuentra sometido a su influencia,

– quedando alteradas sus propiedades iniciales

• Se denomina CAMPO ELECTROSTATICO

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2.5. LINEAS DE FUERZA

• Si colocamos en un punto P (cerca del conductor A) una– Carga eléctrica (q) positiva y libre,

• su trayectoria– Sera similar a la del dibujo

• Su sentido– El indicado por las flechas (de + a -)

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A esta trayectoria se le llama LINEAS DE FUERZA.

Nota. • Si la carga q fuese negativa el recorrido seria

en sentido contrario.

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2.6.INTENSIDAD DE CAMPO ELECTRICO

• La trayectoria que describe la carga (q) situada en el seno de un campo electroestático, es debido a

– Una fuerza F (tangente a

la trayectoria que desplaza esta carga)

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• DEFINICION – Fuerza ejercida por unidad de carga

• FORMULA

E=F/ q

• UNIDAD DE MEDIDA– Newton/Culombio

INTENSIDAD DE CAMPO ELECTRICO

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2.7. POTENCIAL ELECTRICO EN UN PUNTO

• Para mover una carga +(q)

• desde un punto P* (fuera del campo)

• a un punto P(dentro del campo)

Hay que realizar un trabajo • Para vencer las fuerzas de

repulsión

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POTENCIAL ELECTRICO EN UN PUNTO

• DEFINICION. Potencial en un punto P

– Trabajo necesario, por carga eléctrica, para trasladar • la carga q desde un punto P* al punto P

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2.8. TENSION O DIFERENCIA DE POTENCIAL (U)

– Dos puntos dentro del campo eléctrico (Pa y Pb)

– Un punto P• DEFINICION.

– Diferencia de trabajo para trasladar una carga eléctrica (q), • desde el punto P a cada uno de los puntos Pa

y Pb

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TENSION O DIFERENCIA DE POTENCIAL (U)

• FORMULA

• U= Ub-Ua= (Tb-TA)/ q

• UNIDAD DE MEDIDA

• Julio/Culombio= Voltio(V)

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Analogia hidraulica de la tension.Dos recipientes de agua A y B nidos por un tubo provisto de una llave.La altura de estos dos niveles de agua es identica en A y BEn este caso no circulara agua por el tubo

Llave abierta

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Para que circule agua por el tubo,debera existir una diferencia de altura (h) entre los niveles de ambos recipientes

Llave cerrada

h

36

Con la llave cerrada,la diferencia de la altura (h) entre los dos recipientes, indica

una diferencia de presion.Cuando la llave este abierta,

es esta diferencia de presion, la que traera consigo el paso de agua del recipiente A al B.

El caudal se interrumpira cuando ya no exista diferencia alguna de presion

Los niveles se situaran entonces a igual altura entre ambos recipientes

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h

A B

Llave cerrada

Presion de A

Presion de B

38

• De igual manera, en electricidad para que una corriente circule en un circuito, hace falta que

• Exista una diferencia de presion electrica en sus extremos, llamada

– DIFERENCIA DE POTENCIAL O TENSION en los bornes del circuito

39

3.ELECTRICIDAD DINAMICA3.ELECTRICIDAD DINAMICA

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3.1. CORRIENTE ELECTRICA.•DEFINICION.

•Flujo continuo de electrones.

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• Experiencia.– Colocamos una batería cargada,

comprobamos que hay una diferencia de potencial entre sus bornes (polos).

– Unimos los polos por medio de un hilo conductor, en el cual intercalamos una lámpara.

– ¿Qué le ocurre a la lámpara?

–Luce

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Se establece entre los polos un flujo continuo de electrones a través del conductor, por lo que la

•¿Por qué luce la lámpara?

Los electrones libres del conductor son atraídos por el polo positivo (ánodo) de la batería,

Estos electrones se mueven a la vez que salen electrones del polo negativo (cátodo)

lámpara luce

43

44

• A este flujo continuo de electrones se le denomina CORRIENTE ELECTRICA

45

– Aunque la corriente eléctrica fluye del polo negativo al positivo

– Se toma como REGLA• Que este fluye del polo

positivo al negativo,conocido como SENTIDO TECNICO DE LA CORRIENTE

SENTIDO DE LA CORRIENTE ELECRICA

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3.2. EFECTOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA.

• Cuando la corriente eléctrica fluye , los efectos que produce pueden ser de tres tipos.

1. GENERACION DE CALOR.1. Ej. el encendedor del coche

2. ACTIVIDAD QUIMICA1. Ej. Fenómenos que ocurren en la batería cuando produce

corriente eléctrica.

3. ACCION MAGNETICA1. Ej. Campo magnético creado en componentes y

maquinas eléctricas, (alternador, motor de arranque)

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3.3. INTENSIDAD DE LA CORRIENTE

DEFINICION

Cantidad de corriente que pasa por un conductor en un tiempo determinado.

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Intensidad de corriente

La intensidad de corriente • es igual

– al número de electrones libres que pasan,a través de una sección transversal de un conductor ,en un segundo

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Intensidad de corriente

• Se representa por

» I

• UNIDAD DE MEDIDA.

» Amperio (A)

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Intensidad de corriente

• FORMULA

• UNIDADES • Q .(carga eléctrica).........................Culombio (C)

• t (Tiempo).......................................Segundo(s)

• I (intensidad eléctrica)......................Amperio (A)

Nota.

Amperio = Culombio/ Segundo

I= (Q/t)

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Analogia hidraulica para la intensidad/

INTENSIDAD ELECTRICA

Por analogia, en un circuito hidraulico, la intensidad es el CAUDAL DE AGUA que circula por el tubo

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3.4. RESISTENCIA ELECTRICA

• DEFINICION.

GRADO DE DIFICULTAD CON QUE SE MUEVEN LOS ELECTRONES EN UN MATERIAL DETERMINADO

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Resistencia electrica

• PARAMETROS DE LOS QUE DEPENDE LA RESISTENCIA.

1. LONGITUD DEL CONDUCTOR

2. SECCION DEL CONDUCTOR.

3. MATERIAL DEL QUE ESTA CONSTRUIDO EL CONDUCTOR

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Analogia hidraulica de la resistencia

• Si la longitud (l) del tubo por el que circula agua, aumenta,

• Le costara Más atravesar el tubo

• Si la seccion del tubo es grande,– Le costara menos atravesar el tubo

• Si el material es rugoso, – Le costara mas atravesar el tubo, que si es liso

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•La corriente fluira mejor,cuanto

mayor sea la seccion

menor la longitud

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Resistencia electrica

• FORMULA

. R=resistencia electricaρ = resistividad o resistencia especifica (depende

del material del conductor)l= longitud del conductor s= seccion del conductor.

R=ρ (l/s)

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Resistencia electrica

– UNIDADES DE MEDIDA

. R=resistencia electrica..................... OHMIOS (Ω)ρ = resistividad o resistencia especifica (depende

del material del conductor).........................l= longitud del conductor ................METROS (m)s= seccion del conductor......…milimetros

cuadrados(mm2)

R=ρ (l/s)

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Clasificacion de los materiales, atendiendo a su conductividad.

• SEMICONDUCTORES (OCUPAN UNA POSICION INTERMEDIA ENTRE LOS ANTERIORES)

•AISLANTES

–MATERIALES QUE NO DEJAN PASAR

LA CORRIENTE, O LA DEJAN PASAR MUY DIFICILMENTE

•CONDUCTORES

MATERIALES POR LOS QUE PUEDE CIRCULAR LA CORRIENTE ELECTRICA CON FACILIDAD

59

4. ECUACIONES FUNDAMENTALES DE LA

ELECTRICIDAD.

60

4.0. CIRCUITO ELECTRICO

• DEFINICION.

– Conjunto de elementos necesarios para que se establezca una corriente eléctrica.

61

Circuito eléctrico

• ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN EL CIRCUITO ELECTRICO– GENERADOR (o batería)– INTERRUPTOR( puede estar o no)– RECEPTOR (o resistencia)– CAMINO DE IDA Y CAMINO DE VUELTA

(CONDUCTOR)

62

Circuito eléctrico

INTERRUPTOR

CONDUCTOR (Camino de ida)

CONDUCTOR (Camino de vuelta)

63

Circuito eléctrico

Interruptor cerrado

64

65

Circuito eléctrico

NOTA

• En el circuito eléctrico del automóvil:– El camino de vuelta es

» LA MASA (parte metálica del vehículo)

66

Analogía hidráulica para circuito eléctrico

67

4.1. LEY DE OHM

• ENUNCIADO.– La intensidad (I), que circula por un circuito

eléctrico es

• Directamente proporcional a la tensión aplicada (U)

• E inversamente proporcional a la resistencia del circuito

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69

Ley de Ohm

• FORMULA

• I= INTENSIDAD

• U= TENSION APLICADA

• R= RESISTENCIA ELECTRICA..

I= U/ R

70

Ley de Ohm.

71

Ley de Ohm.

72

Ley de Ohm

73

Ley de Ohm

• UNIDADES DE MEDIDA

– I= INTENSIDAD.....................Amperio (A)– U= TENSION APLICADA........Voltio(V)– R= RESISTENCIA ELECTRICA.....Ohmio(Ω)

I= U/ R

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Ley de Ohm. Ejemplos

Dar la lectura deAmperimetro (Am)Votimetro (V)

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Solución

• Amperímetro • I= U/R

• I= 3/2= 1.5 A.

• Voltímetro • U= 3 V

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4.2. ENERGIA Y POTENCIA ELECTRICA

• FORMULA DE LA ENERGIA ELECTRICA (T)

– T= Energía eléctrica .......Julios (J)– U= Tensión ......................Voltios (V)– I= Intensidad....................Amperios(A)– t= tiempo.......................segundos(s)

T= U*I*t

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Energía y potencia eléctrica.

• DEFINICION DE POTENCIA ELECTRICA.– La relación entre

• el trabajo eléctrico y • el tiempo consumido en realizar ese trabajo

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Energía y potencia eléctrica.

• FORMULA DE LA POTENCIA ELECTRICA.

– P= POTENCIA...se mide en vatios (W)– U= TENSION...se mide en voltios(V)– I= INTENSIDAD..se mide en amperios(A)

P= U*I

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P

P P= I*U

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Potencia eléctrica

P

P = I*U

81

Potencia eléctrica

P

I = P / U

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Potencia eléctrica

P

U = P / I

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4.3. GENERACION DE CALOR POR LA ACCION DE LA CORRIENTE

ELECTRICA.

• La corriente electica al circular por una resistencia (puede ser un cable electrico) genera

una energia calorifica

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Formula de la generacion de calor por la accion de la corriente electrica.

Q= 0.24 .T

Como T = U.I.tQ= 0.24 .U.I.t

–Q = Calor generado por la accion de la corriente electrica.

T= Energía eléctrica .......

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Como U = I.R

Q= 0.24 .R.I.I.t

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UNIDADES DE MEDIDA

– Q = Calor generado por la accion de la corriente electrica.

– Se mide en Calorias

–U= TENSION...se mide en voltios(V)

–I= INTENSIDAD..se mide en amperios(A)

–T= Energía eléctrica .......Julios (J)

–t= tiempo.......................segundos(s)

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Ejercicios.

• Estudiar el cuadro de magnitudes y unidades en el sistema internacional.

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