TEMA ELECTRICIDAD- PARTE 1ª 3º ESO TECNOLOGÍA

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1.- El átomo y sus partículas.

La materia está constituida por moléculas y éstas a su vez por átomos. El átomo, esta formado por un núcleo y una corteza. En el núcleo se encuentran los protones y neutrones, mientras que en la corteza se encuentran los electrones, girando alrededor del núcleo en distintas órbitas. Los protones poseen carga eléctrica positiva y masa. Los neutrones no poseen carga, su función es la de mantener unidos a los protones entre si, y también poseen masa. Los electrones tienen carga eléctrica negativa, del mismo valor que la del protón, su masa es muy inferior a la del protón o neutrón, por lo que la consideraremos despreciable. Un átomo se considera eléctricamente neutro cuando tiene el mismo número de protones que de electrones.La masa del átomo, es la suma de las masas de protones y neutrones.

2.- Materiales conductores, aislantes y semiconductores. Las propiedades del átomo dependen de como están distribuidos sus electrones en la corteza. Aquellos que tienen pocos electrones en su última capa y está incompleta, los pueden perder con facilidad, quedando cargados positivamente (+). Estos átomos reciben el nombre de metales. Los átomos a los que les faltan pocos electrones para completar su última capa, los ganan con facilidad, quedando cargados negativamente (-). Son los no metales. Si tienen completa la última capa, se quedan como están y quedarán neutros. Estos son los gases nobles o inertes. Cuando los átomos metálicos se unen entre si los electrones de su última capa circulan por la estructura con gran libertad, y por ello se les conoce como conductores. Cuando un material no permite la circulación de los electrones entre sus átomos, se le conoce como aislante. Existen un grupo especial de materiales (Silicio y Germanio) que en determinadas circunstancias permiten la circulación de sus electrones y en otras no, se les conoce como semiconductors.

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3.- Resistencia. Corriente eléctrica. Diferencia de potencial.

La resistividad ( ρ ) es una propiedad

intrínseca de cada material, cada material tiene la suya, indica la dificultad que encuentran los electrones a su paso. La Resistencia al paso de electrones de un objeto depende de la resistividad de dicho material y de la forma que tiene. La Resistencia se puede medir y calcular.

La fórmula que calcula la Resistencia de una barra de o de un hilo es :

R= ρ (L/S) donde: R es el valor de la resistencia en ohmnios (Ω) ρ es la resistividad del material (Ω. mm2/m) L la longitude del element S la sección del element Por ejemplo: Una barra de cobre de 12m de longitud y 20mm2 de sección tiene una resistencia de: R= ρ (L/S)= 0,0172 Ωmm2/m (12 m/20mm2 )= 0,01032 Ω Si la barra es de madera de 12m de longitud y 20 mm2 de sección, su resistencia será de: R= ρ (L/S)= 108x106 Ωmm2/m (12 m/20mm2 )= 648x105 Ω

La corriente eléctrica se define como el paso ordenado de electrones a través de un conductor. De manera que estos electrones pasan de un átomo al siguiente y así sucesivamente avanzando muy poco pero lo hacen muy rápidamente. La cantidad de carga que circula por un conductor en un segundo se denomina Intensidad de Corriente o Corriente eléctrica. Se representa por la letra I y su unidad es el Amperio (A).

Material resistividad ( ρ ) Unidades

Cobre 0,0172 mm 2 Ω

m

Aluminio 0,0283 mm 2 Ω

m

Hierro 0,1 mm 2 Ω

m

Madera De 108 x 106

a 1.014 x 10

6

mm 2 Ω

m

Vidrio 1.010.000.000 mm 2 Ω

m

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Para que los electrones realicen este movimiento ordenado debe existir una fuerza que los impulse, a esta fuerza se le llama Diferencia de Potencial o Fuerza Electromotriz. Esto lo podemos conseguir conectando cargas de distinto signo en los extremos del conductor. En la práctica se puede conseguir con una pila, con una batería o conectándolo a la red eléctrica. La diferencia de potencial (voltaje) se representa por la letra V y su unidad es el Voltio (V).

4.- Ley de Ohm. El científico George Simon Ohm, relacionó la intensidad de correinte, la diferencia de

potencial y la Resistencia, enunciando la Ley de Ohm de la siguente forma: I=V/R

Esta ley se cumple siempre en todos los elementos sometidos a diferencia de potencial y

por los que circula intensidad de corriente.

Por ejemplo: En un circuito, la pila tiene una diferencia de potencial de 9 Voltios, la

Resistencia de la bombilla es de 100Ω. ¿Qué intensidad de corriente saldrá de la pila

y atravesará la bombilla? I=V/R= 9/100= 0,09 A. Luego circularán 0,09 A por la bombilla.

5.-Energía eléctrica. Potencia eléctrica. La energía eléctrica (E) que consume un receptor conectado a un circuito se emplea en

producer diversos efectos: calor, movimiento, luz, etc. Esta energía se calcula compo

product de la tension con que se alimenta al receptor, por la intensidad de corriente eléctrica

que lo recorre y por el tiempo que está funcionando, según la expresión: E=V. I. t

La unidad de medida para la energía es el Julio (J).

La potencia eléctrica (P) expresa la energía que consume un receptor en cada Segundo

y se calcula según la expresión: P=E/t= V.I= R.I2

La unidad de la potencia se mide en vatios (W)

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Ejercicios Parte 1ª: Resistencia de un conductor:

1. La resistividad del cobre es de 58Ωmm2/m y la de otro material 100 Ω*mm2/m. ¿Cuál de los dos es mejor conductor y por qué?

2. Tenemos dos materiales A y B, de 1 m de longitud y 0,2 mm de diámetro. Para saber cual es mejor conductor se hacen las siguientes medidas:

Material A Material B Intensidad (A) 10 1

Voltaje (V) 10 4 Calcula la resistividad de cada material y su resistencia.

3. Queremos determinar la resistencia de un hilo de 300 m de longitud y 1 mm2 de sección sabiendo que su resistividad es de 0,5 Ω*mm2/m

4. Un conductor de aluminio de sección cuadrada presenta una resistencia de 278 Ω en un tendido de 10 Km. Determina el lado de dicho conductor sabiendo que la resistividad del aluminio es de 0.3 Ω*mm2/m

5. Un conductor de sección circular de 10 m de longitud y 0,4 mm de diámetro tiene una resistencia de 100Ω. Determina su resistividad.

Aplicación de la Ley de Ohm

1. La luneta térmica de un automóvil consume 3 amperios con una tensión de 12 voltios. Calcula la resistencia de la luneta.

2. Un brasero eléctrico se conecta a 220 V y su resistencia son 100 Ω. ¿Qué intensidad de corriente circula por el?

3. Calcula la tensión a la que esta conectada una plancha si su resistencia son 44,8 Ω y circula una intensidad de 4.9 amperios.

4. ¿Qué tensión tendra en sus extremos una resistencia de 3KΩ por la que circula una corriente de 15mA?

5. ¿Qué intensidad en miliamperios circula por un conductor de 1KΩ si esta conectada a una tensión de 1 voltio?

6. Una resistencia por la que circulan 100mA esta conectada a una diferencia de potencial de 20 V, ¿Qué valor óhmico presenta?

7. Rellena la siguiente tabla: Conductor A Conductor B Conductor C

Intensidad (mA) 100 200 250 Tensión (V) 10 10 10

Resistencia (KΩ)

Analizando la factura de la electricidad Las compañías eléctricas emiten la factura, normalmente cada dos meses, con varios datos clave: consumo en KWh (por la diferencia de lecturas del contador en las dos fechas que comprende el período de la facture) y el coste de ese consumo, en función del precio vigente, que se expresa en euros/KWh. El importe total resulta de sumar además otros conceptos: potencia contratada, impuesto especial y alquiler de aparatos de medida. Localiza una factura reciente de tu casa, anota el precio de cada KWh y haz los siguientes cálculo:

1. Si la lavadora se usa por término medio unos 30 minutos cada día y el frigorífico no se desconecta nunca,¿Cuánto consumen y qué coste corresponde aproximadamente al uso de la lavadora y el frigorífico, que tienen una potencia media de 1200 y 150 vatios, respectivamente?

2. ¿Cuánto representa ese coste respecto al consumo total que indica la factura? 3. Trata de explicar cada término que muestra en la factura el cálculo por potencia contratada?.