ELECTROMAGNETISMO I

UNIDAD Nº 3

“ENERGÍA ELECTROSTÁTICA Y CORRIENTE ELÉCTRICA”

TEMA

LA ELECTRICIDADLA ELECTRICIDAD

13/04/23

ELECTRICIDAD

La materia está formada por átomos que, a su vez están constituidos por distintas partículas diminutas:

•Protones: que poseen carga eléctrica positiva•Neutrones: no poseen carga•Electrones: que poseen carga eléctrica negativa

Cuando las cargas eléctricas negativas (electrones) circulan por un conductor existe una corriente

eléctrica

INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD

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13/04/23

ELECTRICIDAD

No todos los materiales permiten el paso de la corriente eléctrica. Por eso dichos

materiales se clasifican en tres categorías:

ConductoresAislantes

Semiconductores

INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD

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13/04/23

ELECTRICIDAD

Conductores: Se trata de materiales que permiten la circulación de electrones. Son buenos conductores el cobre, el oro, la plata, el aluminio y, en general, todos los metales.

Aislantes: En estos materiales, los átomos retienen los electrones, por lo que no pueden circular libremente. La madera, el vidrio, el plástico y el aire son aislantes

Semiconductores: Presentan propiedades intermedias entre los materiales conductores y los aislantes. Los más importantes son el Silicio y el Germanio. Con estos materiales se fabrican componentes electrónicos, como el diodo, el transistor,

los circuitos integrados y los microprocesadores.

INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD

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ELECTRICIDAD

En la naturaleza se presentan de manera natural diversos fenómenos eléctricos. El rayo es sin duda el más espectacular. Un rayo se produce cuando una corriente eléctrica muy intensa pasa desde las nubes hasta el suelo.

¿Por qué es tan importante la electricidad?

La electricidad como tal, es decir, el movimiento de electrones no nos sirve para nada, lo interesante de la electricidad es la facilidad de generación a partir de otras formas de energía (centrales eléctricas), la facilidad de transporte y la facilidad de transformación en formas de energía muy útiles para el hombre

INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD

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ELECTRICIDAD

INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD

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La electricidad o energía eléctrica se transforma principalmente en:

CALOR o energía caloríficaLUZ o energía luminosa

MOVIMIENTO o energía mecánica.

El hombre necesita estas tres formas de energía, que son obtenidas a partir de la energía eléctrica.

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ELECTRICIDADEL CIRCUITO ELÉCTRICO (1)

“Un circuito eléctrico es un recorrido cerrado por el cual circulan los electrones”

Consta de los siguientes elementos:

Generadores: proporcionan la energía necesaria (tensión o diferencia de potencial) para que se produzca la corriente eléctrica, es decir, el movimiento de electrones. Las pilas, baterías y dinamos son generadores.

Conductores: elementos a través de los cuales se desplazan las cargas negativas. Suelen ser hilos conductores, es decir, cables, hilos de materiales metálicos (cobre, aluminio, hierro, wolframio)

Receptores: en ellos se produce la transformación de la energía eléctrica en energía útil. Son receptores:

Las bombillas: transforman la electricidad o energía eléctrica en luz o energía luminosa

Las resistencias: transforman la electricidad o energía eléctrica en calor o energía calorífica

Los motores: transforman la electricidad o energía eléctrica en movimiento o energía mecánica

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ELECTRICIDADEL CIRCUITO ELÉCTRICO

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Elementos de control: Permiten o impiden el paso de la corriente eléctrica por el circuito. Los interruptores, pulsadores y conmutadores son ejemplos de elementos de control.

Elementos protectores: son elementos que protegen a los aparatos (receptores cuando hay subidas de tensión). Los fusibles son elementos

protectores.

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ELECTRICIDADEL CIRCUITO ELÉCTRICO

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ELECTRICIDAD

•Voltaje, tensión, o diferencia de potencial (V)Es la cantidad de energía que proporciona el generador a cada electrón para que éstos se muevan. Se mide en voltios (V). Para medir esta magnitud se utiliza un aparato denominado voltímetro

•Intensidad de corriente eléctrica (I)Es la carga o el número de electrones que atraviesan la sección de un conductor cada segundo. Se mide en amperios (A). Para medir la intensidad de corriente que pasa por un circuito se utiliza un aparato denominado amperímetro

•Resistencia (R)Es la oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios () mediante el empleo de un óhmetro

V

A

MAGNITUDES ELÉCTRICAS BÁSICAS

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ELECTRICIDAD

MAGNITUDES ELÉCTRICAS BÁSICAS

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MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DE LAS UNIDADES

•Milivoltio (mV): 1 mV = 0,001 V•Kilovoltio (kV): 1 kV = 1.000 V

•Miliamperio (mA): 1 mA = 0,001 A

•Miliohmio (mΩ): 1 mΩ = 0,001 Ω•Kiloohmio (kΩ): 1 kΩ = 1.000 Ω

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ELECTRICIDAD

MAGNITUDES ELÉCTRICAS BÁSICAS

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V A

Existe un aparato denominado polímetro que reúne a los tres anteriores: voltímetro + amperímetro + óhmetro. Dispone de las entradas suficientes para poder conectar un circuito y efectuar una medida de

intensidad (I), tensión (V) o de resistencia (R)

Polímetro o multímetro o téster.

+ +

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ELECTRICIDAD

MAGNITUDES ELÉCTRICAS BÁSICAS

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Montaje de un voltímetro y

un amperímetro

Voltímetro

Amperímetro

Polímetro

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ELECTRICIDADLEY DE OHM

“En un circuito eléctrico las tres primeras magnitudes eléctricas (V, I, R) están relacionadas entre sí mediante la ley de Ohm”.

“La corriente eléctrica es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia”

RIV

V

I R

R

VI

I

VR

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Georg Simon Ohm

ELECTRICIDAD

MAGNITUDES ELÉCTRICAS BÁSICAS (5)

Potencia eléctrica (P)Es la medida de la energía que consume un aparato eléctrico en cada unidad de tiempo (en 1 segundo). Se mide en vatios (W)

W

)( WIVP Un múltiplo muy empleado es el kilowatio:

1 kW = 1.000 W

Para medir esta magnitud se utiliza un aparato denominado voltímetro

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ELECTRICIDAD

MAGNITUDES ELÉCTRICAS BÁSICAS

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Energía eléctrica (E) La energía eléctrica consumida por un aparato eléctrico se calcula multiplicando la potencia por el tiempo que está funcionando el aparato. Se mide en julios (J).

tPE

Una unidad muy empleada para la energía eléctrica es el kilowatio hora (kW h):

tIVE

JhkW 000.600.3 1 13/04/23

ELECTRICIDADCIRCUITOS ELECTRICOS (1)

“Un circuito eléctrico es una interconexión de elementos eléctricos como resistencias, inductores, capacitores, líneas de transmisión, fuentes de voltaje,

fuentes de corriente e interruptores.

Un circuito eléctricos es una red que tiene un bucle cerrado, dando un camino de retorno para la corriente.

Los circuitos eléctricos pueden ser analizados por métodos algebraicos”.

Tipos de circuitos

A veces necesitamos conectar en un circuito más de dos receptores, por ejemplo, varias bombillas o una bombilla más un motor. ¿Cómo pueden conectarse?

Conexión en serie

Si combinamos la conexión en serie y la conexión en paralelo tenemos una conexión mixta

Existen 2

posibilidadesConexión en

paralelo

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ELECTRICIDAD

Conexión en serie.La forma más intuitiva de conectar 2 o más elementos en un circuito eléctrico es colocándolos uno detrás del otro. Así, si tenemos varias pilas, un hilo conductor, un interruptor y varias bombillas, por ejemplo, podemos colocarlos como indica la siguiente figura:

En este caso por todos los elementos del circuito circula la misma intensidad de corriente (I). Este tipo de conexión se llama conexión serie. Si tenemos dos lámparas iguales conectadas en serie, éstas lucirán lo mismo. La mayor parte de los aparatos que funcionan con pilas tienen 2, 3 o 4 pilas conectadas en serie. De esta forma se suma el voltaje de los generadores. Por ejemplo, 4 pilas de 1,5 V forman un generador equivalente de 6 V.

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ELECTRICIDADCaracterísticas de la conexión en serie.

La intensidad de corriente (I) que circula por cada elemento es la misma

El voltaje de la pila (V) se reparte entre cada elemento. Así , por ejemplo, si conectamos tres bombillas en serie a una pila de 4,5 voltios, a cada una le corresponden sólo 1,5 V, por lo que lucen muy poco.

Si se funde una bombilla, o la desconectamos, las demás dejan de lucir. Esto es lógico, ya que el circuito se interrumpe y no pasa la corriente.

4,5 V

1,5V 1,5V 1,5V

Recuerda:

Conexión serie:

I =cte

V se reparte

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ELECTRICIDAD

Conexión en serie de generadores

V1 V2 V3

321 VVVVT

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ELECTRICIDAD

Conexión en serie de resistencias.

321 RRRReq

R1 R2 R3

En general para n resistencias neq RRRR .....21

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ELECTRICIDADConexión en paralelo.

También podemos conectar los elementos de un circuito eléctrico de otra forma. Por ejemplo, haciendo que una rama del circuito se bifurque en dos, tal y como se indica a continuación:

En este caso, la intensidad de corriente eléctrica que circula por cada una de las ramas del circuito (por cada una de las lámparas) puede ser diferente. Este tipo de conexión se llama conexión en paralelo. Si tenemos dos lámparas iguales conectadas en paralelo, pueden lucir con diferente intensidad si hay otros elementos incorporados al circuito.

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ELECTRICIDADCaracterísticas de la conexión en paralelo. Todos los elementos conectados en paralelo disponen del mismo

voltaje de la pila. Si conectamos tres bombillas en paralelo, cada una de ellas está en contacto con los polos de la pila. Como la pila tiene 4,5V, todas lucen mucho.

Si se funde una bombilla, o la desconectamos, las demás siguen luciendo. Esto es lógico, ya que las otras dos siguen conectadas a los polos de la pila

4,5 V

4,5V

4,5V

4,5V

Recuerda:

Conexión paralelo:

V =cte

I se reparte

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ELECTRICIDADConexión en paralelo de generadores

V1

V2

V3

321 VVVVT 13/04/23

ELECTRICIDAD

Conexión en paralelo de resistencias.

321

1111

RRRReq

4,5 V

R1

R2

R3

En general para n resistencias

neq RRRR

1......

111

21

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CIRCUITOS MIXTOS (1)ELECTRICIDAD

Cuatro receptores en un circuito mixto. Los generadores están en serie.

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CIRCUITOS MIXTOS (2)ELECTRICIDAD

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ELECTRICIDADCORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA

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Los átomos de materiales conductores como los metales tienen algunos electrones libres. Cuando logramos poner a esos electrones en movimiento, tenemos corriente eléctrica (I).

Los electrones tienen dos formas de moverse:

CORRIENTE CONTINUA (CC)

En inglés: Direct Current (DC)

CORRIENTE ALTERNA (CA)

En inglés: Alterne Current (AC)

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CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA(2)

Corriente continua (CC o DC en inglés)

Los electrones se mueven en un mismo sentido, del polo negativo de la pila al polo positivo que los atrae. La energía necesaria para que se muevan es generada por pilas y baterías. Los voltajes son pequeños: 1,5, 4,5, 9 V. Se utilizan en linternas, CD portátiles, circuitos electrónicos.

Corriente alterna (CA o AC en inglés)

Los electrones cambian de sentido (“alternan”) una y otra vez, 50 veces por segundo. La corriente alterna se genera mediante un alternador. Es la que más se emplea porque se obtienen voltajes mucho más altos y, por consiguiente, grandes cantidades de energía. Es la que usamos en casa para iluminación, la TV, la lavadora (220 V)

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