Electricidad y magnetismo Los orgenes de la electricidad

Las cargas elctricas

Interaccin entre cargas

La corriente elctrica

Los circuitos elctricos

Magnitudes elctricas

La ley de Ohm

Clculos en circuitos elctricos

La energa y la potencia elctricas

La electricidad en casa

Magnetismo

El campo magntico

Magnetismo terrestre

Efecto magntico de la corriente elctrica

Efecto elctrico del campo magntico

La induccin electromagntica

Produccin de energa elctrica

Aplicaciones del electromagnetismo

Los orgenes de la electricidadLa electricidad est presente en la naturaleza de maneras muy diversas, quiz la ms espectacular sea el rayo. Pero la correcta interpretacin de los fenmenos elctricos ha sido bastante difcil de alcanzar.

Los primeros descubrimientos

Tales de Mileto (625-547 a.C.), antiguo cientfico y pensador griego, comprob que si se frotaba mbar con lana, este atraa objetos ligeros que volaban y se adheran a l.

Imagen:

mbar

Se cree que el fsico y mdico ingls William Gilbert (1544-1603) fue la primera persona en utilizar la palabra elctrico. Adems, invent el primer instrumento elctrico, al que llam versorium.

Imagen:

Versorium

El desarrollo de la electricidad desde Franklin

Saber msGalvani y la rana Galvani observ que las patas de una rana diseccionada se contraan al tocarlas con un objeto metlico, si una mquina electrosttica estaba en funcionamien...

Desde la descripcin de los primeros fenmenos elctricos hasta hace poco ms de dos siglos los avances que se han producido en el estudio de la electricidad han sido bastante lentos.

En el siglo XVIII, Benjamin Franklin (1706-1790) vol una cometa con la intencin de capturar la electricidad de las nubes tormentosas.

A partir de aqu muchos cientficos experimentaron con las cargas elctricas en sus laboratorios y observaron que estas pueden originar chispas elctricas.

En 1787, Luigi Galvani (1737-1798) se dio cuenta de que al poner tejido de animal muerto en contacto con dos metales, los msculos se contraan.

Ms tarde, Alessandro Volta (1745-1827) se enter de este suceso, y en sus estudios posteriores consigui desarrollar un instrumento capaz de producir cargas elctricas al que llam electrforo. Y hacia 1800 anunci haber encontrado una fuente de electricidad: era la primera pila elctrica.

Una vez ideada la pila elctrica, los cientficos contaron con una fuente estable de corriente elctrica que les permita continuar con sus investigaciones.

En 1820, Hans Christian Oersted (1777-1851), mientras realizaba sus experimentos, encontr que existe una relacin muy estrecha entre los fenmenos elctricos y magnticos de la materia. Surgi as el electromagnetismo, y se invent un artilugio fascinante para esa poca, el electroimn.

Imagen:

Electroimn

En las primeras dcadas del siglo XIX, Michael Faraday (1791-1867) realiz importantes descubrimientos que permitieron comprender la relacin existente entre la electricidad y el magnetismo. Sus trabajos facilitaron el desarrollo del generador elctrico y del motor elctrico.

En 1870, Thomas Alva Edison (1847-1931) fabric bombillas y otros elementos para facilitar el uso de la luz elctrica en las casas. Una vez que la electricidad estuvo disponible, se empez a pensar en nuevas aplicaciones. Se inventaron aparatos para hacer ms fcil y cmoda la vida domstica: planchas, estufas, batidoras, cocinas elctricas...

Imagen:

Primeras lmparas elctricas inventadas por Thomas Alva Edison

Otro descubrimiento importante fue el del telgrafo, perfeccionado por Samuel Morse (1791-1872) en 1837. A partir de aqu se abri una importante va en el desarrollo de las comunicaciones.

En 1880, Heinrich Hertz (1857-1894), basndose en la teora del electromagnetismo, demostr la existencia de ondas, predichas en 1873 por James C. Maxwell (1831-1879), que podan ser detectadas a distancia. Esto permiti un avance espectacular en el campo de las comunicaciones sin hilos. Se inventaron la radio y la televisin.

La comprensin del comportamiento y la naturaleza de los electrones permiti el desarrollo de componentes electrnicos, como las vlvulas y los transistores. En la dcada de 1960 se desarrollaron tcnicas para obtener circuitos integrados: comenz as la actual era electrnica.

Galvani y la rana

Galvani observ que las patas de una rana diseccionada se contraan al tocarlas con un objeto metlico, si una mquina electrosttica estaba en funcionamiento cerca del cuerpo del animal.

Las cargas elctricas

En la Naturaleza, la carga elctrica es algo inherente a la materia e inseparable de ella. Dondequiera que exista materia existe carga elctrica. Sin embargo, no toda la materia manifiesta fenmenos de tipo elctrico.

Qu es la carga elctrica?

Saber msPositiva-negativa Los nombres positiva o negativa no hacen referencia a ninguna caracterstica aadida de las cargas elctricas; simplemente sirven para diferenciar los dos t...

La materia que nos rodea est formada por tomos que constan, a su vez, de protones, neutrones y electrones. Los protones y electrones tienen una propiedad que se conoce con el nombre de carga elctrica.

Esta carga elctrica puede ser de dos tipos.

Los protones tienen carga elctrica positiva.

Los electrones tienen carga elctrica negativa.

Normalmente, los tomos de los cuerpos tienen tantos protones como electrones, por lo que tendrn tantas cargas elctricas positivas como negativas. Esto hace que sean neutros. Pero los tomos pueden ganar o perder electrones y convertirse en iones. De esta forma, los cuerpos neutros pueden adquirir una carga elctrica.

Cuando los tomos ganan electrones, el cuerpo adquiere carga elctrica negativa.

Cuando los tomos pierden electrones, entonces el cuerpo adquiere carga elctrica positiva.

Un cuerpo electrizado est cargado positiva o negativamente porque ha perdido o ganado electrones. Por consiguiente, la carga elctrica es una magnitud fsica medible y cuantificable. La cantidad de electricidad neta de un cuerpo ser igual a un nmero entero de veces la carga del electrn.

En el Sistema Internacional, la unidad de carga elctrica es el culombio (C), que equivale a la carga elctrica de unos seis trillones de electrones.

1 C = 6,24 1018 electrones

Otra unidad muy usada es el microculombio (C):

1 C = 10-6 C

Por tanto, la carga del electrn, en culombios, ser:

qe = -1,602 10-19 C

se considera que es una carga de tipo negativo.

La carga de un protn tiene el mismo valor, pero es de signo opuesto: +1,602 10-19 C.

Imagen:

Estructura del tomo

Cmo adquieren carga elctrica los cuerpos?

Para adquirir carga elctrica, es decir, para electrizarse, los cuerpos tienen que ganar o perder electrones. Si frotamos un bolgrafo con nuestro jersey de lana, veremos que este es capaz de atraer pequeos trozos de papel. Decimos que el bolgrafo se ha electrizado.

Imagen:

Bolgrafo electrizado

Este fenmeno se explica porque al frotar pasan electrones de la lana al bolgrafo y este se carga negativamente.

Otras sustancias, como la ebonita, el vidrio, el mbar..., tambin se electrizan. Por ejemplo, cuando frotamos una barra de vidrio con un pao de seda, pasan cargas negativas del vidrio a la seda, con lo que la barra de vidrio queda con un exceso de carga positiva, y la seda, con un exceso de carga negativa.

Observemos ahora la siguiente experiencia realizada con un pndulo elctrico: una bola ligera (de porexpn, por ejemplo) suspendida de un hilo muy fino. La bolita del pndulo es atrada por la barra de ebonita electrizada, y despus del contacto es repelida. Si ahora acercamos una barra de vidrio electrizada, atraer a la bolita.

Imagen:

Ebonita electrizada

Imagen:

Barra de vidrio

Con estas experiencias deducimos que hay dos tipos de electricidad:

La del vidrio frotado, denominada vtrea o positiva.

La de la ebonita frotada, llamada resinosa o negativa.

Cuando un cuerpo cargado se acerca a otro descargado sin tocarlo, puede producir en este una separacin entre algunas de sus cargas positivas y negativas. Tal efecto se conoce como induccin elctrica.

De esta manera es posible interpretar por qu las barras cargadas de plstico y de vidrio atraen trocitos de papel. La barra cargada provoca una redistribucin de las cargas en el papel por induccin, lo que origina una atraccin entre la barra y los papelitos, pues las cargas positivas (o negativas) del papel se ubican ms cerca de la barra de plstico (o vidrio).

Cuerpos con electricidad del mismo signo se repelen y cuerpos con electricidad de diferente signo se atraen.

Podemos concluir que las formas de cargar un cuerpo pueden ser de tres tipos:

Por frotamiento, como en las barras de plstico y de vidrio.

Por contacto, como en la experiencia del pndulo.

Por induccin.

Imagen:

Rayos

Positiva-negativa

Los nombres positiva o negativa no hacen referencia a ninguna caracterstica aadida de las cargas elctricas; simplemente sirven para diferenciar los dos tipos de carga elctrica.

Interaccin entre cargas

Qu ocurre cuando se aproximan dos cuerpos con carga positiva? Y si ambos tienen carga negativa? Cuando uno tiene carga positiva y otro negativa, qu sucede?

La ley de Coulomb

Entre los cuerpos que tienen carga elctrica se producen fuerzas de atraccin y de repulsin. Si dos cuerpos tienen carga neta del mismo tipo, se repelen. Por el contrario, si tienen carga neta de distintos tipos, se atraen.

Imagen:

Repulsin entre cargas del mismo signo

Para estudiar la fuerza con que dos cuerpos se atraen o se repelen se utiliza la ley de Coulomb, deducida por Charles-Agustin Coulomb (1736-1806), que dice:

Dos cargas elctricas se atraen o se repelen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. La fuerza depende adems del medio en el que estn dichas cargas.

F=K

Q1Q2

r2

F: fuerza en newton (N).

Q1 y Q2: cargas en culombios (C).

r: distancia que separa las cargas en metros (m).

K: constante de Coulomb. Depende del medio (en el vaco, K = 9 109 N m2/C2).

Imagen:

Balanza de torsin

El campo elctrico

As pues, parece como si cualquier carga q crease a su alrededor una especie de campo de fuerzas, de tal manera que cualquier otra carga q' situada en l sufrir la accin de la fuerza de Coulomb (atraccin o repulsin en funcin de los tipos de carga que intervienen).

Se llama campo elctrico a la zona del espacio situada alrededor de una carga donde se ejercen fuerzas elctricas de atraccin o repulsin sobre otras cargas.

Imagen:

Campo elctrico

Para poder cuantificar estas fuerzas, se define una magnitud denominada intensidad del campo elctrico. La intensidad del campo elctrico (E) en un punto se define como la fuerza que actuara sobre la unidad de carga prueba situada en ese punto:

E= F/q=K*Q/r

Q

=K

Q

r2

En el Sistema Internacional, la unidad para la intensidad del campo elctrico es el newton/columbio (N/C).

Debemos tener en cuenta que:

1. 1. La intensidad del campo elctrico depende de la carga que crea el campo (Q), pero no de la carga prueba que se sita en l (q).

2. 2. Cuanto mayor es la carga, mayor es la intensidad del campo creado por ella.

3. 3. Cuanto ms nos alejemos de la carga que crea el campo, ms dbil ser dicho campo.

Imagen:

Variacin de la intensidad del campo elctrico con la distancia a la carga que crea el campo

Material E (N/C)

Vaco 9 109

Papel 2,43 109

Vidrio 1,6 109

Agua (20 C) 1,1 109

Valor del campo elctrico creado por una carga de 1 C a 1 m de distancia.

El potencial elctrico

Saber msCargas y potencial elctrico Las cargas positivas crean potenciales positivos, y las negativas, potenciales negativos. El valor del potencial depende del valor de la ...

Si dejamos en libertad una carga elctrica en presencia de un campo elctrico, la carga experimentar una fuerza proporcional al valor del campo que la obligar a moverse, y adquirir, por tanto, energa cintica.

Es decir, es como si la carga, antes de empezar a moverse, tuviera cierta energa potencial por el hecho de estar dentro del campo elctrico (al igual que ocurre con una masa elevada a cierta altura sobre la superficie terrestre). Y al moverse, dicha energa potencial se transforma en energa cintica.

Imagen:

Representacin del campo elctrico creado por una carga positiva.

Suponiendo que el potencial en un punto situado muy lejos de la carga que genera el campo es cero (en el infinito), podemos definir el concepto de potencial elctrico (V), o simplemente potencial, debido a una carga Q (que es la que crea el campo elctrico) como la energa potencial que tiene una carga elctrica q dividida por el valor de la carga.

V=K

q

r

=ErPotencial elctrico correspondiente a una carga de 1 C cuando nos situamos a 1 m de distancia.

Material Potencial (V)

Vaco 9 109

Papel 2,43 109

Vidrio 1,6 109

Agua (20 C) 1,1 109

El potencial elctrico mide la energa potencial por unidad de carga: V=

Enormalp

q

La unidad del potencial elctrico en el Sistema Internacional (SI) es el voltio (V). Se puede comprobar que:

1. 1. Las cargas mayores crean tambin potenciales mayores.

2. 2. El valor del potencial elctrico disminuye a medida que nos alejamos de la carga.

Imagen:

Variacin del potencial elctrico con la distancia

Cargas y potencial elctrico

Las cargas positivas crean potenciales positivos, y las negativas, potenciales negativos.

El valor del potencial depende del valor de la carga y de la distancia.

Las cargas positivas se mueven libremente de potenciales mayores a menores.

La corriente elctrica

Cuando una carga se coloca en las inmediaciones de otras cargas, sufre una fuerza que puede desplazarla de su posicin. El movimiento ordenado de las cargas genera una corriente elctrica.

Corriente elctrica

Qu es la corriente elctrica?

Corriente elctrica

Las cargas elctricas pueden desplazarse de un cuerpo a otro (por ejemplo, por frotamiento). La corriente elctrica consiste en el desplazamiento ordenado de cargas elctricas, normalmente electrones.

Para que se produzca una corriente se necesitan:

Por una parte, cargas que puedan moverse. Estas cargas pueden ser electrones o cualquier otra especie con carga; por ejemplo, los iones, tanto positivos como negativos, originan corrientes elctricas.

Sustancias conductoras por donde puedan desplazarse las cargas mviles. Los conductores pueden ser slidos, lquidos o gases.

Y, finalmente, generadores, dispositivos que, manteniendo el desequilibrio de cargas y aportando la energa necesaria, consiguen el movimiento de dichas cargas. Son generadores las mquinas que existen en las centrales elctricas, las dinamos que dan luz a una bicicleta o las pilas que permiten el funcionamiento de una linterna.

Si falta alguno de estos elementos, la corriente elctrica no podr mantenerse en un circuito. As, cuando una pila se agota, ya no es capaz de transportar los electrones desde el borne positivo al borne negativo, y la corriente se interrumpe en el circuito.

Conductores y aislantes

Ejemplo de un material aislante: los mangos de las herramientas empleadas por electricistas

Conductores y aislantes

TABLA

Los metales son buenos conductores. La madera, el plstico, el vidrio o la goma, son aislantes.

Buenos conductores Malos conductores

Plata Goma

CobreMadera

OroPlstico

AluminioCuarzo

HierroVidrio

VolframioEbonita

Plomombar

En los materiales llamados conductores existen partculas con carga elctrica que pueden desplazarse. Los metales son buenos conductores de la corriente elctrica, pues disponen de electrones que pueden moverse con libertad a lo largo del metal. Los mejores conductores son la plata, el cobre, el oro y el aluminio.

En otros materiales, llamados aislantes, las cargas no pueden moverse con libertad, por lo que no se produce una corriente elctrica. La madera o la goma son buenos aislantes, pues en ellos no hay cargas elctricas que tengan libertad para moverse a lo largo del material.

Sentido de la corriente elctrica

Las corrientes alimentadas por pilas se denominan corrientes continuas. Los electrones circulan siempre por el conductor en el mismo sentido, desde el polo negativo al polo positivo. Sin embargo, por convenio, el sentido de la corriente utilizado en los esquemas es el contrario, pues los primeros estudiosos de la electricidad pensaron que las cargas que se desplazaban eran las positivas, que lo haran movindose desde el polo positivo al negativo. Este es el sentido que se asign, y que an hoy mantenemos, a la corriente elctrica.

La corriente que utilizamos en nuestras casas es corriente alterna. Las cargas en ella no se mueven siempre en el mismo sentido, sino que dicho sentido se invierte (en Europa, 50 veces cada segundo).

Los circuitos elctricos

Todos los aparatos elctricos funcionan gracias a que la electricidad circula por uno o varios circuitos. Y los aparatos electrnicos, tambin. Los circuitos electrnicos son circuitos elctricos de caractersticas especiales.

Elementos de un circuito

Cuando el recorrido de las cargas elctricas se cierra, decimos que existe un circuito elctrico.

Generadores, receptores y conductores son los elementos bsicos e imprescindibles para formar un circuito elctrico. Adems, estos elementos deben estar siempre unidos entre s mediante algn material conductor; de lo contrario, el circuito se abrira y la electricidad dejara de circular.

Pero, adems, existen muchos otros elementos empleados, por ejemplo, para controlar cundo debe circular la electricidad y cundo no (mediante interruptores, por ejemplo), para medir las magnitudes que caracterizan la corriente elctrica que circula por el circuito (aparatos de medida), etc.

GeneradoresLos generadores proporcionan la energa necesaria para que circulen las cargas elctricas por el circuito.

:Generadores ReceptoresLos receptores son los elementos que aprovechan la energa que circula por los circuitos elctricos y la transforman en otro tipo de energa: calor, luz, sonido, movimiento, ondas, etctera.

Pero todo tiene un coste. Estos receptores consumen energa elctrica.

Tambin se pueden incorporar a un circuito elementos de control. Permiten controlar el paso de la corriente por el circuito. Ejemplos: interruptores, conmutadores, pulsadores, etc.

:Receptores Por ejemplo, para crear un dispositivo sencillo para iluminar, tenemos que disponer de una serie de elementos:

Una pila, que proporciona la energa necesaria para producir la corriente.

El cable, que conduce esta corriente hasta la bombilla.

El interruptor, que nos permite encender o apagar la bombilla a voluntad.

Las bombillas, que aprovechan esta corriente para producir luz.

Imagen:

Dispositivos para iluminar

La conservacin de la carga elctrica en un circuito

Debido al principio de conservacin de la carga, los electrones no pueden desaparecer en su recorrido por el circuito. Todos los electrones que salen de un borne del generador llegan al otro borne tras completar el recorrido por el circuito. Este es el sentido real de circulacin de los electrones.

Para que esa corriente se mantenga, el circuito tiene que estar cerrado.

Imagen:

Circuito

Circuitos en serie y en paralelo

En un circuito, los elementos que lo componen se pueden disponer de dos maneras bsicas:

Imagen:

Circuito en serie

En serie, cuando los elementos se disponen uno a continuacin de otro, en una misma rama del circuito.

Imagen:

Circuito en paralelo

En paralelo, cuando diversos elementos se disponen en distintas ramas del circuito.

El sentido de la corriente elctrica

La corriente elctrica generada por una pila tiene siempre el mismo sentido. Es decir, los electrones siempre salen por el mismo borne y vuelven a entrar por el otro. Se trata de corriente continua. La corriente proporcionada por las pilas o una clula fotovoltaica es corriente continua.

Pero tambin puede ocurrir que la corriente elctrica no tenga siempre el mismo sentido, sino que vare de manera peridica. En este caso, la llamamos corriente alterna. La corriente que utilizamos en los hogares es corriente alterna. El sentido de giro de la corriente cambia 50 veces por segundo.

Imagen:

Sentido de la corriente alterna

Magnitudes elctricas

Para estudiar el funcionamiento de los circuitos es necesario conocer algunas magnitudes elctricas, como intensidad de corriente, diferencia de potencial, resistencia, energa elctrica y potencia elctrica.

Intensidad de corriente

Saber ms

La intensidad de corriente y el cuerpo humano

Los daos causados por una descarga elctrica dependen de la intensidad de corriente que circula por el cuerpo. Segn la ley de Ohm (I = (VA - VB)/R), para una diferencia de potencial fija, la intensidad que circula es inversamente proporcional a la resistencia del camino. Se suele tomar la cantidad de 50 voltios como mxima tensin permisible de contacto, y es la diferencia de potencial que puede soportar el ser humano sin sufrir lesiones. Como la instalacin de nuestras casas tiene una tensin de 230 V, habr que tomar precauciones y no tocar los aparatos conectados a la red (secadores, televisor, neveras, lmparas, etc.) con las manos hmedas, lo que facilitara el paso de la corriente.

Intensidades de corriente y sus efectos

Rango Intensidad de corriente (mA) Sensacin Consecuencias

Primero 2 Ligero cosquilleo. Susto con movimientos incontrolados.

10 Entumecimiento. Paralizacin de la respiracin.

Hasta 25 Aumento de la presin sangunea. Prdida del conocimiento.

Segundo 25 hasta 80 Fuertes calambres musculares, convulsiones. Nuseas, rotura de huesos, falta de oxgeno.

Tercero 80 hasta 5.000 Fibrilacin ventricular. Paro cardiaco y muerte.

Cuarto Ms de 5.000 Quemaduras graves, paro cardiaco. Muerte por quemaduras.

Cuando circula la corriente elctrica, existe un flujo de cargas. En el caso de un circuito elctrico, los electrones se desplazan desde un borne del generador hasta el otro (un borne es cada uno de los polos de un generador).

Para cuantificar el nmero de cargas que circulan en la unidad de tiempo se utiliza una magnitud denominada intensidad de corriente.

La intensidad de corriente (I) es la cantidad de carga elctrica que atraviesa un conductor en un tiempo determinado.

Imagen:

Menor intensidad de corriente

Imagen:

Mayor intensidad de corriente

Matemticamente se expresa con la siguiente frmula:

I=

Q

t

La unidad de la intensidad de corriente en el Sistema Internacional es el amperio (A): un amperio corresponde a la intensidad de corriente que circula por un conductor cuando por este pasa una carga de un culombio en cada segundo.

Como el amperio es una unidad muy grande, para expresar el valor de la corriente que circula por un conductor se utilizan muy a menudo submltiplos de l:

Miliamperio: 1 mA = 10-3 A.

Microamperio: 1 A = 10-6 A.

Las intensidades tpicas que recorren los aparatos elctricos utilizados en casa son de unos pocos miliamperios. Para medir la intensidad de corriente se utiliza un aparato llamado ampermetro.

Para medir la intensidad de corriente que pasa por un elemento del circuito, el ampermetro debe conectarse en serie con este elemento.

Imagen:

Ampermetro y resistencia

Diferencia de potencial

Al soltar una carga q en una regin en la que existe un campo elctrico, la carga comenzar a moverse y, por tanto, ir perdiendo energa potencial, que se convertir en energa cintica.

Se llama diferencia de potencial, voltaje o tensin entre dos puntos, A y B, a la energa potencial (EP) que adquiere o que pierde una carga cuando se traslada desde A hasta B, dividida por el valor de dicha carga.

VAVB=

EP

q

En la expresin anterior:

VA - VB: es la diferencia de potencial entre los puntos A y B.

EP: es la energa potencial ganada o perdida por la carga q.

q: es la carga elctrica que adquiere o pierde energa potencial.

Imagen:

Al soltar la carga q en A, esta se desplaza alejndose de Q

Al igual que para el potencial elctrico, la unidad de la diferencia de potencial en el Sistema Internacional es el voltio (V).

Para medir la diferencia de potencial se usa el voltmetro. Esta diferencia se mide en voltios (V).

Imagen:

Voltmetro

Para medir la diferencia de potencial entre los extremos de un receptor, hemos de colocar el voltmetro en paralelo con dicho receptor.

Tambin podemos emplear un aparato llamado polmetro, y conectarlo como un voltmetro.

El voltaje proporcionado por las pilas es de unos pocos voltios, mientras que la red elctrica que llega a nuestros hogares proporciona un voltaje de 230 V. No obstante, el que la pila tenga un voltaje, por ejemplo, de 1,5 V, no significa que esta sea la diferencia de potencial entre los extremos de cualquier receptor conectado en el circuito. Por ejemplo, podemos tener en el circuito dos bombillas conectadas en serie en las que la diferencia de potencial entre sus extremos sea de 0,75 V.

Resistencia elctrica

Cuando la corriente elctrica circula por un circuito, las cargas elctricas que se mueven pueden chocar con las partculas que constituyen el material. A la magnitud que cuantifica la oposicin que presenta un material al paso de la corriente elctrica se la denomina resistencia.

Los buenos conductores tienen las resistividades ms bajas.

Tabla de resistividades

Material ( mm2/m)

Plata 0,016

Cobre 0,017

Nquel 0,072

Aluminio0.028

Hierro 0,13

Plomo 0,20

Nicrom 1

Carbn 63

Germanio 4,5 105

Silicio 6,4 108

La resistencia es la oposicin que ofrece un conductor al paso de corriente.

Se mide en ohmios () en el SI. Su valor depende de tres factores:

1. Longitud del conductor (I).

Cuanto ms largo sea el hilo conductor, mayor ser la resistencia que ofrece al paso de corriente elctrica. Es directamente proporcional a la longitud: un hilo de 2 m de largo presentar una resistencia doble que otro hilo idntico de 1 m de longitud.

Imagen:

Longitud del conductor (l)

2. Seccin del conductor (S).

Cuanto mayor sea la seccin de un hilo conductor, menor ser la resistencia que ofrece. La resistencia es inversamente proporcional a la seccin: si la seccin se duplica, la resistencia se reduce a la mitad. Es decir, los hilos gruesos presentan menor resistencia que los hilos delgados.

Imagen:

Seccin del conductor (S)

3. Naturaleza del material.

Cada material ofrece una resistencia diferente al paso de las cargas, que depende de su estructura atmica. A este valor se le llama resistividad (p). La resistencia de un material es directamente proporcional a su resistividad. Los buenos conductores (cobre, plata) tienen una r pequea, mientras que los malos conductores (madera, vidrio) tienen una r alta.

Imagen:

Naturaleza del material

A partir de estas magnitudes puede determinarse el valor de la resistencia:

R=normal

I

S

Donde R se mide en ; , en mm2/m; l, en m, y, S, en mm2. (En el SI, se mide en m, y S, en m2.)

Para medir el valor de la resistencia de un elemento en un circuito se emplea un aparato llamado hmetro. Para medir, una de las ramas del hmetro se conecta al receptor, y la otra rama del circuito se deja abierta, sin conectar al circuito.

Imagen:

Resistencias elctricas

LEY DE HOM

Si en un circuito cambiamos la pila que lo alimenta por otra de mayor voltaje, variar la lectura ofrecida por el ampermetro.

La ley de Ohm

La diferencia de potencial entre las patas de los pjaros es muy pequea y, segn la ley de Ohm, la intensidad que circula por ellos tambin lo es

Si sustituimos la pila por una de mayor voltaje, transportar las cargas desde el polo positivo hasta el negativo con una mayor rapidez. Por tanto, el ritmo al que saldrn las cargas del generador ser mayor y, por consiguiente, el valor de la intensidad de corriente en el circuito tambin ser mayor.

Las tres magnitudes presentes en los circuitos: diferencia de potencial, resistencia e intensidad de corriente, estn relacionadas a travs de una expresin, descubierta a partir de experiencias por el fsico alemn George Simon Ohm (1789-1854). Es conocida como ley de Ohm y dice que:

La relacin entre la tensin, la resistencia y la intensidad de corriente en un circuito es la siguiente:

I=

VBVA

R

=

V

R

Una mayor diferencia de potencial implica una intensidad mayor. Y una resistencia mayor en el circuito har que la intensidad de corriente se reduzca.

A partir de la ley de Ohm podemos definir el ohmio como la resistencia de un conductor por el que circula una corriente de un amperio cuando entre sus extremos se establece una diferencia de potencial de un voltio. Utilizando la ley de Ohm es fcil calcular I, V o R a partir de las otras dos.

La ley de Ohm permite definir el voltio, el amperio y el ohmioVoltio. La diferencia de potencial que existe entre los extremos de una resistencia de 1 ohmio, recorrida por una corriente de 1 amperio:

V (voltios) = R (ohmios) I (amperios)

Amperio. La intensidad de una corriente que pasa por una resistencia de 1 ohmio sometida a una diferencia de potencial de 1 voltio:

I(amperios)=

V(voltios)

R(ohmios)

Ohmio. La resistencia de un conductor que, sometido a una diferencia de potencial de 1 voltio, es atravesado por una corriente de 1 amperio:

R(ohmios)=

V(voltios)

I(amperios)

Clculos en circuitos elctricos

-Los elementos que forman parte de un circuito pueden agruparse en serie, en paralelo o formando una agrupacin mixta.

Circuitos con resistencias agrupadas en serie

Circuito con dos bombillas agrupadas en serie

Los elementos estn conectados uno a continuacin de otro. Observemos el esquema de la derecha.

En este caso, todas las cargas que salen de la primera bombilla pasan por la segunda bombilla. Por tanto, la intensidad que pasa por cada resistencia es la misma.

Imagen:

Circuito con resistencia agrupada en serie

I1 = I2La diferencia de potencial en cada bombilla depender entonces del valor de la resistencia de cada una. Pero el voltaje proporcionado por la pila ser igual a la suma de la diferencia de potencial de cada bombilla.

?V = V1 + ?V2El conjunto de resistencias se puede sustituir por otra, llamada resistencia equivalente (Req), que puede calcularse sumando el valor de todas las resistencias del circuito.

Req = R1 + R2De aqu se deduce que cuando agrupamos varios receptores (en este caso bombillas) en serie, la resistencia equivalente es mayor que la de cualquiera de ellas.

Circuitos con resistencias agrupadas en paralelo

En una vivienda, los diferentes componentes que funcionan con electricidad se disponen en paralelo

En estos elementos estn conectados de la siguiente forma. Observemos el dibujo:

Imagen:

Circuito en paralelo

Ahora no ocurre lo mismo que en el circuito anterior, puesto que cuando las cargas llegan al punto A se reparten:

Unas circulan por la rama superior, en la que est la resistencia R1.

Otras circulan por la rama inferior, donde se encuentra la resistencia R2.

Por tanto, podemos decir que la intensidad se divide por cada una de las ramas. Pero, como la carga elctrica se conserva (no puede desaparecer ni aparecer), el nmero de cargas que circulan por la rama superior ms el nmero de cargas que circulan por la rama inferior es igual al nmero de cargas que salen y que entran al generador. Es decir:

IT = I1 + I2Pero las cargas no se reparten por las diferentes ramas de forma aleatoria. Se desplazarn ms cargas, es decir, habr mayor intensidad de corriente, hacia la rama del circuito en la que la resistencia sea menor. Y la intensidad ser menor por la rama del circuito en la que la resistencia sea mayor. Por tanto, el producto I R en cada rama del circuito ser igual, es decir:

V1 = V2Con elementos agrupados en paralelo, la resistencia equivalente se calcula de la siguiente forma:

1

Rnormaleq

=

1

R1

+

1

R2

Esto quiere decir que la resistencia equivalente puede ser menor que alguna o que ambas resistencias.

Circuitos mixtos

En un circuito mixto existen elementos conectados en serie y otros en paralelo:

Imagen:

Circuito mixto

Para resolver el circuito, se va reduciendo paso a paso, hasta que nos quedemos con una nica resistencia.

1. 1. Primero reducimos las dos resistencias en paralelo a su equivalente (R2,3).

Imagen:

Circuito

1. 2. A continuacin calculamos la resistencia equivalente de las dos que tenemos ahora conectadas en serie:

Imagen:

Circuito

La energa y la potencia elctricas

-En un circuito, los receptores reciben la energa de la corriente elctrica, producida y mantenida por un generador, y la transforman en otros tipos de energa.

Energa elctrica

Cmo obtienen la energa los receptores en un circuito elctrico? Evidentemente, de las cargas que circulan por el circuito. Todas las cargas que salen del generador vuelven al mismo tras recorrer el circuito, pero las cargas vuelven al generador con menos energa de la que tenan al salir: han cedido energa en su recorrido por el circuito.

Imagen:

Cargas

La energa de la carga elctrica que se desplaza entre dos puntos de un conductor que se encuentran a distinto potencial viene dada por la expresin:

Energa = (VA - VB) QY, a partir de la definicin de intensidad, obtenemos: Q = I t.

Energa = (VA - VB) I tEsta energa es aportada por el generador y consumida por la bombilla de resistencia R.

Por la ley de Ohm sabemos que (VA - VB) = I R. Sustituyendo (VA - VB) en la expresin de la energa nos queda:

Energa = I2 R tLa unidad de la energa en el Sistema Internacional es el julio (J).

Efecto calorfico de la corriente elctrica. Ley de Joule

Cuando por un conductor circula corriente elctrica, parte de la energa elctrica se transforma en calor: los electrones en su movimiento chocan con las partculas del conductor, les transmiten parte de su energa y el conductor se calienta.

Energia (julios) = I2 R t Energia (calorias) = 0,24 I2 R tEsta expresin matemtica se conoce con el nombre de ley de Joule.

El efecto calorfico de la corriente elctrica se aprovecha en aparatos elctricos, como estufas, planchas, etc., elaborados con conductores de la electricidad y que, en algunos casos, son de gran longitud (arrollados en espiral).

Potencia elctrica

Saber msMedir la energa elctrica: el contador El contador mide la energa consumida por nuestros aparatos elctricos. La lectura viene dada en kilovatios hora (kWh). Para mantener la corriente elctrica en un circuito hace falta proporcionar energa que se consume en los receptores, en los conductores, etc.

La potencia es la rapidez con la que un aparato elctrico consume o transforma la energa elctrica que recibe. Viene dada por la siguiente expresin:

P=

normalEnerga

t

=

(VnormalAVnormalB)It

t

=

VnormalAVnormalB

I=I2R Su unidad es el vatio (W), que se define como 1 julio/1 segundo. Otra unidad de potencia es el kilovatio (kW) = 1.000 W.

Otra unidad de energa: el kilovatio horaEl julio es la unidad de energa elctrica en el Sistema Internacional, pero habitualmente, sobre todo en mbitos industriales y domsticos, se emplea otra unidad: el kilovatio hora (kWh).

A partir de la potencia elctrica es fcil comprender esta unidad de energa: el kilovatio hora es la energa que consume un aparato elctrico de 1 kW de potencia que funciona durante un tiempo de 1 hora.

El coste del kilovatio hora es de 0,08 , aproximadamente.

La equivalencia entre el kilovatio hora y el julio es la siguiente:

1 kWh = 3.600.000 J = 3,6 106 J

La electricidad en casa

-Cmo se distribuye la electricidad por las casas? Qu medidas de seguridad hemos de tener en cuenta y poner en prctica al manejar aparatos elctricos?

Interpretacin de una factura

Saber msFactura Compaa elctrica

La factura consta de cuatro trminos que se suman para obtener el total:

1. 1. Potencia contratada. Depende de la potencia y la tarifa contratadas. En nuestro ejemplo, el coste es de 1,45 /(kWh mes).

2. 2. Energa consumida. Depende de la tarifa contratada, que se rige por las publicadas en el BOE (Boletn Oficial del Estado) y del consumo.

3. 3. Impuesto sobre electricidad. Se obtiene a partir de la suma de importes de los dos trminos anteriores.

4. 4. Alquiler del equipo de medida. Se abona si este es propiedad de la empresa suministradora. En nuestro caso, 0,65 /mes.

A todos estos trminos, una vez sumados, hay que aadirle el porcentaje correspondiente de IVA (un 16 %).

Magnetismo

-El nombre de magnetismo, proviene de Magnesia, una ciudad de la antigua Grecia en la que abundaba un mineral con propiedades magnticas (es decir, capaz de atraer al hierro y a otros metales). Este mineral se conoce ahora con el nombre de magnetita.

El magnetismo y los imanes

Magnetita

El magnetismo es la propiedad que presentan algunas sustancias de atraer objetos elaborados con ciertos materiales metlicos; y a los cuerpos que presentan dicha propiedad se les denomina imanes.

Por su naturaleza existen dos tipos de imanes:

Imn natural: aquel que atrae el hierro por su propia composicin.

Imn artificial: aquel que ha sido magnetizado por medio de una imantacin.

La imantacin de dichos imanes puede realizarse por frotamiento, por contacto o por medio de una corriente elctrica.

No toda sustancia puede ser imantada; depende de la naturaleza de los tomos que la forman.

La duracin de la imantacin no es igual en todos los cuerpos. Segn la sustancia, este efecto puede durar ms o menos tiempo. As pues, podemos obtener dos clases de imanes artificiales.

Temporal: aquel que presenta la imantacin bajo determinadas condiciones.

Permanente: aquel que conserva la propiedad de magnetismo durante mucho tiempo.

Propiedades de los imanes

Los polos del mismo nombre se repelen, mientras que los polos de distinto nombre se atraen