TEMA 1

ELECTRICIDAD

1.- ¿ Que es la electricidad?

Protones y electrones tienen la propiedad de ejercer fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. Estas fuerzas se explican adjudicando a protones y electrones una propiedad denominada electricidad o carga eléctricaSe asigna carga positiva al protón y negativa al electrón

Todos los cuerpos están formados por átomos. Estos a su vez están constituidos por un núcleo que contiene protones y neutrones y alrededor de dicho núcleo girando a su alrededor existen otras partículas llamadas electrones.

Cargas de igual signo se repelen y de distinto signo se atraen.

En un átomo eléctricamente neutro el número de electrones es igual al de protonesUn átomo por fuerzas externas puede perder o ganar electronesSi un determinado átomo toma electrones, este queda cargado negativamente y se denomina ión negativo. Si por el contrario pierde electrones quedará cargado positivamente y entonces recibe el nombre de ión positivo

Al movimiento de electrones entre un átomo y otro recibe el nombre de corriente eléctricaLa unidad de carga eléctrica es el culombio de tal manera que 1e-= 1,6.10-19 C

Cuando los electrones de elemento tienden a moverse de un átomo a otro , se dice que dicho elemento es un buen conductor ( cobre, aluminio, hierro,plata…)

Si los electrones tienden a permanecer en sus órbitas , se dice que son malos conductores de la electricidad y se denominan aislantes (nitrógeno, oxígeno)

Existen elementos que son conductores solo bajo algunas condiciones de temperatura y se les denomina semiconductores ( silicio, germanio)

2.- Ley de CoulombPermite cuantificar la fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas eléctricasLa fuerza F con la que dos cargas eléctricas q1 y q2 , se atraen o se repelen es directamente proporcional al producto de dichas carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las separa

F representa la fuerza de atracción o repulsión en Newton

Q1 y q2 son las cargas eléctricas en culombios

r: distancia en metros

K: cte dieléctrica que en el aire vale 9.109

3.- CORRIENTE ELECTRICA

Se denomina corriente eléctrica al desplazamiento de cargas en el interior de un conductor

El movimiento se produce porque los átomos tienden a no estar cargados.

Convencionalmente es el sentido contrario al movimiento de electrones

Si colocamos dos cuerpos Ay B uno con exceso de electrones (-) y otro con falta de electrones (+) y se unen mediante un conductor se observa un desplazamiento de electrones ( sentido real)

Básicamente existen dos tipos de corriente:

a) Continua : siempre tiene el mismo sentido y su valor es constante

b) Alterna: aquella cuyo sentido se invierte periódicamente . Además su valor también se repite a intervalos periódicos de tiempo

4.- MAGNITUDES ELÉCTRICAS

4.1 Resistencia eléctrica

Se define como la dificultad que ofrece un conductor al paso de la corriente eléctrica

La unidad de resistencia es el ohmio y se representa por la letra griega omega Ω

Para medir la resistencia se utiliza un instrumento llamado óhmetro. Se debe conectar en paralelo y con el circuito en reposo sin ningún tipo de alimentación

Se denomina resistividad (ρ) a la resistencia específica que ofrece un conductor de un determinado material de 1 metro de longitud y 1 mm2 de sección. Se mide ohmios.metro

La resistencia de un conductor depende de la resistividad del material, de la longitud del mismo, de la sección del conductor y de la temperatura

ejemplo. El alambre de cobre tiene una resistividad (aproximada) de 1,72 microhm por centímetro (1 microhm = 10-6 ohm). Determinar la resistencia de un alambre de cobre de 100 metros de longitud y 0,259 cm de diámetro.Solución . El área de la sección transversal es :

La longitud (L) = 100 metros X 102 = 10.000 cm, y la resistividad p = 1,72 x 10-6 ohm-cm. Por lo tanto la resistencia del alambre es:

En un circuito se representan:

Tipos de resistencias

1.-Fijas: Son de valor constante ; no puede ser modificado físicamente. Para su identificación llevan sobre su cuerpo una pequeña película de esmalte , sobre la que se pintan unos anillos de colores

Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el multiplicador y las otras las cifras.

La caracterización de una resistencia de 2.700.000 Ω (2M7 Ω), con una tolerancia de ±5%, sería la representada en la Figura :

1°cifra: Rojo (2) 2°cifra: Violeta (7) Multiplicador: Verde (100 000) Tolerancia: Dorado (±5%)

Las resistencias fijas pueden ser :

-Pirolíticas : se fabrican depositando una película de carbón sobre un soporte cerámico

-de hilo bobinado: se construyen con un hilo metálico de constantán o manganita enrollado sobre un tubo de porcelana.

-de película metálica: cilindro cerámico sobre el que va enrollada en espiral una película metálica

2.- Variables: Permiten modificar su valor entre 0 y un valor máximo Dos tipos

potenciómetros. : se componen de una película de carbón aglomerado y un elemento giratorio móvil que al girar , varía la resistencia

El símbolo eléctrico es

Reóstatos: un contacto móvil que varía la resistencia al deslizarse sobre un hilo metálico enrollado en un soporte cerámico

3.- Resistencias dependientes; Cuyo valor depende de diferentes magnitudes físicas:

a) Resistencias dependientes de la temperaturaA su vez pueden ser NTC( el valor disminuye al aumentar la temperatura) y PTC ( si su valor aumenta al aumentar la temperatura)

Resistencia NTC Resistencia PTC

b) Resistencias dependientes de la luz (LDR): Su valor disminuye al aumentar la intensidad luminosa

c) Resistencias dependientes de la tensión o voltaje (VDR). Su valor disminuye al aumentar el voltaje

b) asociación de resistencias:Existen tres formas de asociar las resistencias:

1.- En serie: Se conectan formando una cadena; siendo su resistencia equivalente

Req= r+r’+r’’….

2.-Paralelo: Se conectan entre dos puntos eléctricos 1/req= 1/r + 1/r’+1/r’’

3.-Mixta una combinación de las dos anteriores

4.2.- IntensidadSe define como la cantidad de electrones que circulan por un conductor en la unidad de tiempo.

La unidad utilizada por el SI es el amperio (A), que equivale a un culombio por segundo.

I = intensidad de la corriente en Amperios (A) q = carga en culombios (C) t = tiempo en segundos (s)

Para medir esta magnitud en un circuito eléctrico, se utiliza un aparato denominado amperímetro, que siempre ha de conectarse en serie con la carga.

4.3.-Tensión eléctrica

La tensión, voltaje o diferencia de potencial que existe entre dos puntos nos indica el nivel de energía que poseen los electrones en dichos puntos (es su energía potencial), o lo que es lo mismo, el trabajo que es capaz de desarrollar cada electrón al pasar del punto de mayor energía (potencial) al de menor energía.

Por lo tanto, cuanto mayor sea este valor, mayor será el trabajo desarrollado por los electrones al desplazarse de un punto a otro del circuito.

La unidad utilizada por el SI es el voltio (V). La tensión siempre se mide con relación a otro punto del circuito. Para medir esta magnitud en un circuito eléctrico, se utiliza un aparato denominado voltímetro, que siempre ha de conectarse en paralelo con la carga.

4.4.-Potencia eléctrica Se define la potencia eléctrica como la cantidad de trabajo realizado en el desplazamiento de cargas eléctricas en la unidad de tiempoP= V.I

La unidad es el vatio (W). Otras unidades son el caballo de vapor; 1CV=736 W

5.- Energía eléctrica.

Trabajo realizado para trasladar las cargas Es el producto de la potencia eléctrica por el tiempo.

Se mide en julios o en Kw-h ( 1 Kw-h = 3.6. 106 J )

5.- ley de ohmEl enunciado de la ley de Ohm dice lo siguiente: la intensidad de corriente que recorre un conductor es directamente proporcional a la tensión aplicada en los extremos de éste e inversamente proporcional a la resistencia que ofrece al paso de la corriente

6.- elementos de un circuito

6.- ELEMENTOS DE UN CIRCUITO

Básicamente un circuito eléctrico tiene los siguientes elementos:

1) Generadores: Aquellos elementos capaces de obtener o generar energía eléctrica.

- Las pilas o baterias

-Fuentes de alimentación, generadores , alternadores

-2.- receptores

Convierten la corriente eléctrica en algo útil.

3.- . Elementos de control.Los elementos de control permiten controlar el flujo de electrones en un circuitoeléctrico, o sea, deciden si la corriente puede o no pasar, en qué condiciones pasarían o no, o por dónde se puede pasar y por dónde no.

4.- otros elementos como sensores, que detectan una señal de cualquier tipo y la convierte en señal eléctrica y medidores, que miden las diversas magnitudes eléctricas.

7.- motor eléctrico

Un motor eléctrico es un aparato que convierte energía eléctrica en energía mecánica.

En general, todo motor eléctrico consta de dos partes principales: el electroimán, llamado inductor o estator pues suele ser fijo, y el circuito eléctrico, que puede girar alrededor de un eje y recibe el nombre de inducido o rotor.

El dibujo esquemático es:

Funcionamiento:

Un motor de corriente continua o directa está constituido por una bobina suspendida entre los polos de un imán. Al circular una corriente eléctrica en la bobina, ésta adquiere un campo magnético y actúa como un imán, por tanto, es desplazada en movimientos de rotación, debido a la fuerza que hay entre los dos campos magnéticos.