electricidade

105
TEMA 2.1. PRINCIPIOS DA ELECTRICIDADE. CORRENTE CONTINUA E ALTERNA. PRINCIPIOS DE MAGNETISMO E ELECTROMAGNETISMO. COMPOÑENTES ELECTROMAGNÉTICOS. RELÉS.

Upload: belenlo25

Post on 12-Jul-2015

868 views

Category:

Education


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Electricidade

TEMA 2.1. PRINCIPIOS DA ELECTRICIDADE.

CORRENTE CONTINUA E ALTERNA.

PRINCIPIOS DE MAGNETISMO E

ELECTROMAGNETISMO.

COMPOÑENTES ELECTROMAGNÉTICOS. RELÉS.

Page 2: Electricidade

Electricidade

É unha manifestación física que se relaciona coas modificacións que se

dan nas partes máis pequenas da materia, nos átomos e,

concretamente, no electrón.

A materia componse de moléculas, e as moléculas de átomos, que á

vez están formadas por:

Protóns e neutróns, que forman o núcleo do átomo. Os protóns teñen

carga eléctrica positiva e masa e os neutrón só teñen masa.

Electróns, que se moven arredor do núcleo describindo órbitas

elípticas. Teñen unha masa moi pequena e unha carga eléctrica

negativa.

Page 3: Electricidade

As cargas do mesmo signo repélense e as de signo contrario atráense.

Un átomo en estado neutro ten o mesmo número de protóns que de

electróns, un átomo cargado positivamente terá maior número de

protóns que de electróns e viceversa se o átomo está cargado

negativamente.

Podemos clasificar electricamente os corpos en corpos cargados

positivamente, negativamente e neutros.

Segundo a facilidade para conducir os electróns polo seu interior,

podemos clasificalos en condutores, semicondutores e illantes.

Page 4: Electricidade

Condutores: presentan unha resistencia eléctrica pequena.

Os máis empregados o cobre e o aluminio, recubertos dun material

illante como o plástico ou unha capa de barniz illante, no caso dos

motores.

Semicondutores: son sustancias intermediarias entre os bos

condutores e os illantes.

Son moi empregados en electrónica, un dos máis coñecidos é o silicio.

Illantes: son sustancias que impiden o paso da corrente eléctrica, e

polo tanto dificultan a condutividade.

Os máis empregados son o vidro, o cuarzo, a cerámica, a madeira, o

papel, o caucho, o polietileno,…

Page 5: Electricidade

Se temos dous corpos , un cargado positivamente e outro cargado

negativamente, e os poñemos en contacto, o exceso de electróns do

corpo negativo pasará ao corpo positivo para que os dous corpos teñan

estado neutro.

Este movemento de electróns ou cargas eléctricas é o que se denomina

corrente eléctrica. Polo tanto, podemos definir a corrente eléctrica como

a circulación de electróns entre corpos de carga diferente.

Page 6: Electricidade

A corrente eléctrica vai do corpo negativo ao corpo positivo; este

sentido de movemento de electróns denomínase sentido real da

corrente.

Antigamente, pensábase que a corrente eléctrica circulaba do corpo

positivo ao corpo negativo. Este criterio aínda se mantén e recibe o

nome de sentido convencional da corrente.

Page 7: Electricidade

Carga eléctrica

Defínese a carga eléctrica (Q) dun corpo como o exceso ou o defecto

de electróns que este posúe. Así, temos:

Carga negativa significa exceso de electróns.

Carga positiva significa defecto de electróns.

A unidade de carga eléctrica que se estableceu no Sistema

Internacional é o coulomb ou culombio (C).

1 coulomb = 6,3 · 1018 electróns

Para medir cargas moi elevadas, a veces, emprégase o amperio-hora

(Ah), a súa equivalencia é:

1 Ah = 3.600 coulombs

Page 8: Electricidade

Intensidade da corrente eléctrica

A magnitude que indica a cantidade de electróns que pasan por

un condutor nun tempo determinado denomínase intensidade de

corrente eléctrica ou simplemente intensidade. A intensidade

mídese en amperios (A).

I = Q/t

I: Intensidade (A)

Q: Carga eléctrica (C)

t: Tempo (s)

Page 9: Electricidade

Unidades empregadas

Kiloamperios kA 103 A

Amperios A 1 A

Miliamperios mA 10-3 A

Microamperios μA 10-6 A

Unha corrente de 1 amperio indica que por un condutor circula unha

carga eléctrica de 1 coulomb por segundo.

1 A = 1 coulomb (C)/ 1 segundo (s)

Page 10: Electricidade

Para medir a intensidade nun circuíto eléctrico, é necesario

dispoñer dun aparato denominado amperímetro. Este aparato ten

dous bornes e intercálase no circuíto en serie.

Page 11: Electricidade

Exemplos

1. Que cantidade de carga eléctrica corre por un circuíto polo

que circula durante 10 segundos unha corrente de 3 A?

I = Q/t

Q = I · t = 3 · 10 = 30 C

2. 3 milésimas de amperio-hora circulan polo motor dun vídeo

durante 120 milisegundos, que intensidade atravesará o motor

durante este tempo?

I = Q/t = [(3· 10-3 A·h ) / (120·10-3s)] x (3.600s/1 h) = 90 A

Page 12: Electricidade

Densidade de corrente eléctrica

A densidade de corrente eléctrica ( é a relación existente entre a

intensidade de corrente que circula por un condutor e a súa

sección.

= I/ S

: Densidade de corrente (A / m2).

I: Intensidade (A).

S: Sección do condutor (m2).

Page 13: Electricidade

Resistencia eléctrica

Demostrouse que a corrente eléctrica non circula coa mesma

facilidade por tódolos materiais, xa que as súas estruturas

internas non son iguais.

Denomínase resistencia eléctrica a dificultade que pon un materia

ao paso da corrente eléctrica.

A unidade con que se mide a resistencia é o ohm (Ω).

O aparato que serve para medir a resistencia recibe o nome de

ohmímetro.

Page 14: Electricidade

A resistencia que ofrece un condutor ao paso da corrente eléctrica

depende de diversos factores como:

Lonxitude: canto máis longo sexa o condutor, a súa resistencia

aumentará.

Sección: canto máis grande sexa a sección, máis pequena será a

resistencia, xa que facilita o paso dos electróns.

Natureza do material: exprésase mediante a resistividade, que

depende de cada material.

O valor da resistencia virá determinado pola expresión:

R = ρ · (L/S)

ρ: Resistividade eléctrica do material (Ω· m)

L: Lonxitude do condutor (m)

S: Sección do condutor (m2)

Page 15: Electricidade

A resistividade (ρ) é o parámetro que indica a resistencia que presenta

un condutor ao paso da corrente eléctrica.

A resistividade ten un valor para cada material.

Os valores de resistividade baixos serán específicos de bos condutores,

mentres que os valores de resistividade altos serán propios de

materiais illantes.

Outro parámetro característico é a condutividade (σ), que indica a

facilidade que ten un material para o paso da corrente eléctrica. Polo

tanto, a condutividade será inversa da resistividade. Canto máis alta

sexa a condutividade mellor condutor será o material.

σ =1/ ρ

σ : Condutividade eléctrica ( 1/(Ω·m))

Page 16: Electricidade

Influenza da temperatura na resistencia

A resistividade dun material non é constante, senón que aumenta ou

diminúe en función da temperatura.

Xeralmente, nos metais, se aumentamos a temperatura aumenta a súa

resistividade; en materiais como o carbono, diminúe ao aumentar a

temperatura.

Nalgúns materiais, si diminuímos a temperatura ata -270 ºC, podemos

chegar á denominada supercondutividade, é dicir, case á ausencia de

resistencia.

Nestes casos, os condutores reciben o nome de supercondutores.

Page 17: Electricidade

Influenza da temperatura na resistencia

Para determinar a resistencia dun condutor a unha temperatura

calquera mediante a súa resistencia a 20 ºC emprégase a seguinte

expresión:

Rt = R20º + (1+ α ΔT)

Rt: Resistencia a unha temperatura determinada.

R20º: Resistencia a 20 ºC.

α: Coeficiente de temperatura do material.

ΔT: Incremento de temperatura.

Page 18: Electricidade

Exemplos

1. O devanado con condutores de cobre dunha máquina ten

unha resistencia de 70 Ω a 20 ºC de temperatura. Determine a

resistencia do devanado a unha temperatura de 80 ºC.

Dato (αCu: 0,004 1/ºC)

2. Un condutor de cobre ten 200 m de lonxitude e 4 mm2 de

sección. Determine a resistencia . Se se cambia o condutor de

cobre por un de aluminio, cal será a nova resistencia do

condutor? (ρCu:0,01724 Ω·mm2/m ; ρAl:0,0278 Ω· mm2/m)

Page 19: Electricidade

O xerador de corrente

Se temos dous corpos de carga diferente unidos por un condutor, os

electróns circularán por el ata que os dous corpos queden en estado

neutro, co que a corrente eléctrica é nula.

Se o queremos manter indefinidamente, temos que transportar os

electróns do corpo positivo ao negativo sen parar. O elemento que fai

esta unión, a partir dunha enerxía externa, é o xerador de corrente.

Page 20: Electricidade

Forza electromotriz e diferenza de potencial

O xerador transporta electróns do corpo positivo ao negativo.

A forza necesaria para realizar o transporte denomínase forza

electromotriz (f.e.m). Esta forza electromotriz do xerador crea unha

diferenza de potencial (d.d.p.) entre os dous corpos; canto máis intensa

sexa a forza electromotriz, máis grande será a diferenza de potencial

creada.

A forza electromotriz non se pode medir directamente, pero si se pode

medir o efecto que produce a diferenza de potencial ou tensión. A

tensión mídese en voltios mediante un aparato denominado voltímetro,

que ten dous bornes e conéctase en paralelo.

Page 21: Electricidade

Unidades empregadas

Megavoltio MV 106 V

Kilovoltio kV 103 V

Voltio V 1 V

Milivoltio mV 10-3 V

Page 22: Electricidade

Clases de corrente eléctrica

Existen diferentes tipos de corrente segundo o fluxo de cargas

eléctricas:

A corrente continua prodúcese cando conseguimos manter o exceso

de electróns no corpo negativo, polo tanto, o fluxo de cargas é sempre

no mesmo sentido.

A corrente alterna establécese cando o exceso de electróns se

produce alternativamente nun corpo e no outro. O resultado é unha

corrente eléctrica que cambia periodicamente de sentido. O ciclo

repítese constantemente.

Segundo a forma da sinal, a corrente alterna pode ser pulsativa ou

sinusoidal.

Page 23: Electricidade
Page 24: Electricidade

Lei de Ohm

Establecida no ano 1827 polo físico alemán Georg Simon Ohm, que

nos di:

A intensidade de corrente eléctrica nun circuíto é directamente

proporcional á diferenza de potencial ou voltaxe aplicado e

inversamente proporcional á resistencia entre estes dous puntos do

circuíto.

I = V/ R

I: Intensidade de corrente (A)

V: Voltaxe aplicado (V)

R: Resistencia do material a través do cal pasa a corrente (Ω)

Page 25: Electricidade

Exemplos

1. Un circuíto funciona cunha pila de 4,5 V e un lámpada de 20 Ω de

resistencia. Que intensidade ten o circuíto?

2. Por un condutor circula unha corrente de 4 A e entre os seus

extremos hai unha diferenza de potencial de 24 V. Que resistencia

ten o condutor?

3. Que tensión terán os extremos dun condutor, e por este circula

unha intensidade de 1 A e a súa resistencia é de 20 Ω ?

Page 26: Electricidade

Potencia e enerxía eléctrica

A enerxía é a capacidade dun sistema físico de producir traballo. A

enerxía mídese nas mesmas unidades que o traballo, no sistema

internacional, Julios (J).

A enerxía non vai unida soamente o traballo mecánico, senón tamén ao

traballo eléctrico, químico ou calorífico, e pódese falar de enerxía

eléctrica, química, calorífica, nuclear,…

A enerxía non se crea nin se destrúe, senón que unicamente se

transforma. Polo tanto, a enerxía que absorbe unha central, despois de

ser transformada en enerxía eléctrica, produce luz, calor , movemento

nos motores, etc.

Page 27: Electricidade

A potencia é a enerxía producida ou consumida por unidade de

tempo.

A potencia eléctrica ven determinada pola seguinte ecuación:

P = V·I

P: Potencia (W).

V: Tensión (V).

I: Intensidade (A).

A unidade de potencia é o watt ou vatio (1 W= 1J/1s).

Esta unidade resulta, en ocasións, pequena e utilízanse os

múltiplos.

Page 28: Electricidade

Unidades empregadas

Megavatio MW 106 W

Kilovatio kW 103 W

Vatio W 1 W

Milivatio mW 10-3 W

Page 29: Electricidade

Os aparatos para medir a potencia eléctrica son os vatímetros.

Page 30: Electricidade

Se queremos determinar a potencia que se perde nun condutor

cando o recorre una corrente, só teremos que relacionar a

ecuación da potencia e a lei de Ohm.

Esta potencia denomínase potencia perdida por efecto Joule.

P = V·I e I = V/R

P = I2·R

A enerxía ou traballo eléctrico, ven determinado por:

E= P·t

P: Potencia (W).

t: Tempo (s).

Page 31: Electricidade

A enerxía consumida ou producida mídese en vatios-hora (Wh),

ou en kilovatios-hora (kWh), que é a unidade máis empregada.

Os aparatos para medir a enerxía eléctrica son os contadores

eléctricos. A equivalencia entre o vatio-hora e o julio é:

1Wh= 1W· 1h= 1(J/s)·1h = 1(J/s)· (3600s/1h)·1h= 3600 J

Para determinar a cantidade de enerxía eléctrica transformada en

calor:

Q= I2·R·t (J)

Q= 0,24·I2·R·t (cal)

Page 32: Electricidade

Exemplos

1. Que resistencia ofrece unha estufa de 2.200 W / 230 V? Que

cantidade de corrente absorbe? Cal será o importe de enerxía

eléctrica consumida en 8 h de uso, se o prezo do kWh é de 0,20 €?

2. Unha intensidade de 20 mA circula por unha resistencia dun valor

de 8 kΩ. Calcule:

a) A tensión que hai nos bornes da resistencia.

b) A potencia que consume a resistencia.

c) O calor producido pola resistencia durante 14 minutos.

Page 33: Electricidade

Produción e distribución da electricidade

A produción de enerxía eléctrica levase a cabo en centrais, que

principalmente son térmicas, nucleares e hidráulicas.

Nas centrais produtoras, a enerxía eléctrica prodúcese no alternador e

distribúese co mínimo número de perdas posibles.

Isto conséguese elevando a tensión da electricidade mediante a

colocación de transformadores na saída das centrais produtoras.

A subida da tensión permite o transporte da enerxía eléctrica por medio

de liñas de alta tensión.

Normalmente as centrais produtoras de electricidade soen estar moi

afastados dos lugares de consumo.

Page 34: Electricidade
Page 35: Electricidade

Cando se chega aos lugares de consumo volvese a baixar a tensión

mediante as denominadas subestacións transformadoras.

A distribución das novas tensión levase a cabo a través das liñas de

media tensión.

Cando esta enerxía se distribúe para realizar un uso cotiá da mesma

redúcese de novo a tensión e distribúese mediante as liñas de baixa

tensión ata os valores comerciais establecidos de 400/230 V que antes

era 380/220 V.

Page 36: Electricidade

Hai que subministrar unha potencia P= 1.000 kW a unha fábrica que

dista 100 km do punto de subministro. Para iso, emprégase un cable de

aluminio cunha sección 400 mm2 . A resistencia que ofrece o cable é:

R= (ρ·L)/S = (0,027·200.000)/400=13,5 Ω

A) Elévase a tensión mediante un transformador ata 10.000 V.

A intensidade que circularía polos condutores sería:

I= P/V= 1.000.000/10.000= 100A

A potencia disipada en calor, debido á resistencia dos cables, sería:

P =V·I = I2· R = 1002·13,5 = 135.000 W = 135 kW

A potencia que chega á fábrica é de 865 kW, perdéndose un 13,5 %.

Page 37: Electricidade

B) Elévase a tensión mediante un transformador ata 100.000 V.

A intensidade que circularía polos condutores sería:

I= P/V= 1.000.000/100.000= 10A

A potencia disipada en calor, debido á resistencia dos cables, sería:

P =V·I = I2· R = 102·13,5 = 1.350 W = 1,35 kW

A potencia que chega á fábrica é de 998,65 kW, perdéndose o 0,13 %.

Page 38: Electricidade

Compoñentes eléctricos

O circuíto eléctrico é un camiño pechado polo que circula a

corrente eléctrica.

Como mínimo, un circuíto eléctrico consta de receptores,

xeradores e condutores.

Page 39: Electricidade

Resistores

En moitas aplicacións eléctricas e electrónicas é preciso regular a

circulación da corrente eléctrica. Esta regulación acádase mediante

materiais que ofrecen unha determinada resistencia á circulación da

corrente eléctrica.

Os resistores teñen como misión ofrecer unha resistencia ao paso da

corrente e transformar a enerxía eléctrica en calor. En moitos casos,

desta transformación sacase proveito, como en estufas, filamento da

lámpada incandescente, etc., pero é perxudicial noutros, como por

exemplo no quentamento dos condutores que provoca unha perda de

potencia por efecto Joule.

Tamén permiten distribuír correctamente a tensión e a intensidade da

corrente eléctrica nos diferentes puntos do circuíto.

Page 40: Electricidade

Características dos resistores

As características principais dos resistores, ao definir as condicións de

traballo, son o valor nominal, a tolerancia e a potencia de disipación.

O valor óhmico real dun resitor non é igual ao valor indicado no mesmo

resistor.

No proceso de elaboración é moi difícil fabricar un resistor cun valor

exacto, ademais, canto máis exacto máis caro será o resistor.

De aquí que se fale de valor nominal e de tolerancia.

Page 41: Electricidade

Características dos resistores

Valor nominal dun resistor é o valor indicado que nos subministra o

fabricante.

Tolerancia é a diferenza entre o valor resistivo real e o valor nominal.

O intervalo comprendido entre os valores máximo e mínimo dun resistor

é a súa tolerancia, e calquera valor comprendido dentro deste intervalo

considérase apto para o seu uso.

O valor da tolerancia nos resistores proporcionao o fabricante, que

garantiza que o valor real dos seus resistores está dentro dos marxes

que establece a tolerancia.

Page 42: Electricidade

Exemplo:

Determina os valores máximo e mínimo que pode ter un resistor de

valor nominal de 560 Ω cunha tolerancia de ±20%.

Page 43: Electricidade

Potencia de disipación nun resistor

A misión dun resistor nun circuíto electrónico non é o quentamento, sen

embargo, é inevitable que se produza este fenómeno.

O quentamento dependerá directamente da potencia de traballo e dos

valores de tensión e intensidade a que está sometido o resistor.

Canto maior sexa a potencia de traballo do resistor, maior será o

quentamento, e pode chegar a queimarse se o seu deseño non é o

axeitado.

Page 44: Electricidade

Potencia de disipación nun resistor

Un resistor de maior tamaño poderá disipar máis calor que outro

resistor máis pequeno.

Fabrícanse resistores de diferentes medidas.

Salvo os resistores bobinados, que teñen potencias de disipación

elevadas (100W, 250W, 400W e 500W), as potencias máis comúns dos

resistores comerciais son: 1/4 W, 1/3 W, 1/2W, 1W, 2W e 4 W.

Page 45: Electricidade

Código de cores

O uso dunha serie de aneis de cores pintados por enriba da superficie

dos resistores é unha forma de indicar o valor da resistencia para que

sexa facilmente identificable.

Esta identificación xorde debido a que os resistores presentan un

volume reducido e impide que podan inscribirse números e que estes

sexan lexibles.

Se observamos un resistor comercial, podemos ver que hai tres aneis

de cores e un cuarto color un pouco máis separado.

As tres primeiras cores dan o valor óhmico do resistor, mentres que o

cuarto indica a súa tolerancia.

Page 46: Electricidade
Page 47: Electricidade

As dúas primeiras cores da esquerda indican a primeira e a segunda

cifra significativa, mentres que o terceiro da o factor multiplicador (o

número de ceros que vai despois das dúas primeiras cifras).

Podemos atopar resistores que non teñan a franxa de cor da tolerancia,

neste caso, admítese que a tolerancia é de ±20%.

Tamén podemos atopar resistores con cinco franxas de cores, en caso

de resistores de precisión.

Page 48: Electricidade
Page 49: Electricidade

Exemplo:

Determine o valor resistivo da seguinte resistencia a partir das franxas

de cor que se indican na seguinte figura:

Page 50: Electricidade

Clasificación dos resistores

RESISTORES

Lineais Non Lineais

Fixos Variables Resistores sensibles á luz (LDR)

Resistores sensibles á temperatura

(PTC, NTC)

Resistores sensibles á tensión (VDR)

Aglomerados

De película de carbón

De película metálica

Bobinados

Bobinados

De película

Page 51: Electricidade
Page 52: Electricidade

Resistores lineais fixos

Son os que non varían de valor óhmico.

A tensión e a intensidade varían linealmente.

Page 53: Electricidade

Resistores lineais variables

Son aqueles nos que se pode modificar o seu valor óhmico mediante un

dispositivo móbil denominado cursor.

Estes resistores varían entre cero e un valor máximo (R).

Denomínanse tamén potenciómetros e, normalmente, empréganse para

axustar as magnitudes eléctricas dos circuítos e para o control externo

de aparellos de uso xeral, como o volume da radio.

Page 54: Electricidade

Resistores non lineais

Estes resistores modifican o seu valor óhmico ante a acción de

determinadas magnitudes físicas.

Os tres resitores máis importantes son: resistores sensibles á luz,

resistores sensibles á temperatura e resistores sensibles á tensión.

Page 55: Electricidade

Resistores sensibles á luz (LDR: Light Dependent Resistor),

dependen da luz e modifican a súa resistencia segundo a intensidade

luminosa que incide na superficie.

O material utilizado normalmente para a súa construción é o sulfuro de

cadmio.

Aplicacións: acendido da luz das rúas, detección de persoas e obxectos

como elementos de seguridade en portas automáticas,…

Page 56: Electricidade

Resistores sensibles á temperatura ou termistores, a súa

resistencia varía en función da temperatura.

Segundo sexa positivo ou negativo o coeficiente de temperatura,

podemos diferenciar NTC (Negative Temperature Coeficient) e PTC

(Positive Temperatura Coeficient); nos NTC a resistencia baixa a

medida que sube a temperatura e nos PTC aumenta a resistencia ao

subir a temperatura.

Page 57: Electricidade

Resistores sensibles á tensión, tamén chamados VDR (Voltage

Dependent Resistor), modifican a súa resistencia en función da

tensión aplicada.

Están construídos normalmente con materiais semicondutores, como o

carburo de silicio e o óxido de zinc.

Normalmente emprégase na limitación de tensións, na protección de

contactos, etc.

Page 58: Electricidade

Asociación en serie

Un conxunto de resistencias están conectadas en serie cando a saída

dunha está conectada ao principio doutra.

Page 59: Electricidade

As características principais dunha asociación en serie son:

A intensidade de cada resistencia é a mesma xa que hai unha única

dirección de conducción:

IT = I1 = I2 = I3

A suma de caídas de tensión das resistencias é igual á tensión total

aplicada:

VT = V1 + V2 + V3

A resistencia equivalente é igual á suma de resistencias en serie.

RT = R1 + R2 + R3

Page 60: Electricidade

Exemplo:

Un circuíto eléctrico componse de tres resistencias conectadas en

serie, con valores de R1= 4Ω, R2= 2 Ω, R3= 6 Ω. A tensión aplicada no

circuíto é de 12 V. Determine a resistencia equivalente, a intensidade

de corrente e a caída de tensión en cada resistencia.

Page 61: Electricidade

Asociación en paralelo

Un conxunto de resistencias están conectadas en paralelo cando todas

as entradas se conectan nun punto común, e as saídas, tamén.

Page 62: Electricidade

As características principais dunha asociación en paralelo son:

A intensidade repártese entre as resistencias de xeito que:

IT = I1 + I2 + I3

As caídas de tensión nas resistencias son iguais á tensión aplicada:

VT = V1 = V2 = V3

A resistencia equivalente é igual a:

1/ RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

Page 63: Electricidade

Exemplo:

Un circuíto eléctrico componse de tres resistencias conectadas en

paralelo, con valores de R1= 5Ω, R2= 30 Ω, R3= 25 Ω. A tensión

aplicada no circuíto é de 12 V. Determine a resistencia equivalente e a

intensidade de corrente en cada resistencia.

Page 64: Electricidade

Asociación mixta

É unha combinación de agrupacións en serie e en paralelo. Para

resolver este tipo de circuítos é preciso resolver independentemente as

partes asociadas en serie e en paralelo que os compoñen.

Page 65: Electricidade

Exemplo :

Determine a resistencia equivalente, a intensidade total, as intensidade

en cada resistencia e as caídas de tensión en cada resistencia do

circuíto da figura:

Page 66: Electricidade

PILAS E ACUMULADORES

A primeira pila foi creada por Alessandro Volta en 1793 e consistía

nunha serie de discos de cobre e zinc colocados alternativamente,

entres os que había fragmentos de cartón ou de paño empapado de

ácido sulfúrico.

Page 67: Electricidade

A pila é un xerador electroquímico que produce unha tensión continua

entre os eléctrodos, un positivo e outro negativo, pola acción dunha

reacción química.

Co tempo decrece a tensión a medida que se consumen as substancias

que provocan a reacción.

Na actualidade, as pilas están presentes en todos aqueles aparatos

eléctricos e electrónicos móbiles de pouco consumo e que son

autónomos, como as calculadoras, as radios, os casetes, os teléfonos

móbiles, as máquinas e ferramentas portátiles…

Page 68: Electricidade

Os acumuladores teñen a característica de descargarse e volverse a

cargar ao pasar por eles unha corrente eléctrica continua que os

rexenera, mentres que a pila só pode descargarse unha vez.

Hai acumuladores Ni-Cd miniaturizados co mesmo formato que as pilas

utilizadas en aparatos portátiles, máquinas e ferramentas e tamén en

diferentes obxectos como por exemplo teléfonos móbiles e

calculadoras, onde substitúen con gran vantaxe ás pilas.

Page 69: Electricidade

Características de pilas e acumuladores

•Forza electromotriz

É o efecto capaz de manter unha diferenza de potencial eléctrico entre

dous puntos dun circuíto aberto ou de manter unha corrente eléctrica

nun circuíto pechado. Indícase coa abreviatura f.e.m.

O símbolo é E i a unidade de medida é o voltio (V).

• Resistencia interna

A resistencia interna dunha pila ou dun acumulador depende de

diferentes factores, como por exemplo tipo de placas, os contactos, os

elementos de unión, o electrólito, etc.

En xeral, o seu valor é pequeno (miliohms); canto máis pequena a

resistencia interna de mellor calidade é a pila.

Page 70: Electricidade

•Diferenza de potencial

A diferenza de potencial é a tensión nos bornes exteriores da pila.

Indícase coa abreviatura (d.d.p) e a unidade de medida é o voltio (V).

A relación matemática é a seguinte:

V= E- ri · I

E: Forza electromotriz (f.e.m.) (V)

V: Diferenza de potencial (d.d.p.) (V)

ri: Resistencia interna (Ω)

I: Intensidade (A)

Page 71: Electricidade

Rendemento dun xerador

η= (V·I) / (E·I)

η= V / E

η: Rendemento do xerador, en tanto por un ou en tanto por cen(%)

E: Forza electromotriz (f.e.m.) (V)

V: Diferenza de potencial (d.d.p.) (V)

Page 72: Electricidade

Clases de pilas e acumuladores

Pilas Primarias

Entre as pilas primarias atopamos as salinas, as alcalinas e as de botón.

Pilas Salinas

Pilas Alcalinas

Pilas de Botón

Page 73: Electricidade

Pilas Secundarias ou acumuladores

Acumulador de chumbo

Acumulador de chumbo-calcio

Pilas de níquel-cadmio

Page 74: Electricidade

Asociación de pilas en serie

Un conxunto de pilas agrúpase en serie cando o polo positivo dunha

está conectado ao polo negativo da seguinte, e así sucesivamente.

A corrente total é a mesma que as corrente parciais de cada unha

delas.

En cambio, a forza electromotriz total é a suma das forzas

electromotrices parciais, e a resistencia interna é a suma de

resistencias internas parciais de cada pila.

Page 75: Electricidade

Asociación de pilas en serie

ET = E1 + E2 + E3 +… + En

rT = r1 + r2 + r3 +… + rn

Cando tódolos xeradores son iguais, pódese dicir:

ET = n · E

rT =n · r

Page 76: Electricidade

Asociación de n pilas iguais en paralelo

Un conxunto de pilas están en paralelo ou en derivación cando tódolos

polos positivos se conectan a un punto en común e os polos negativos,

tamén.

Se son iguais, a f.e.m. total é a mesma que a de cada pila.

ET = E1 = E2 = E3 =…= En

E a resistencia total rT=r/n, sendo r a resistencia de cada xerador xa

que:

IT = I1 + I2 +… + In

Page 77: Electricidade

Exemplo:

Disponse dun conxunto de seis pilas cunha f.e.m. de 1,5 V cada unha e

unha resistencia interna de 1 Ω, conectadas a unha resistencia de

carga de 1,5 Ω. Calcule:

a) As características da pila equivalente en conexión en serie.

b) As intensidades total e parcial nunha conexión en serie.

c) As características da pila equivalente nunha conexión en paralelo.

d) A intensidade total nunha conexión en paralelo.

Page 78: Electricidade

ILLANTES

Os illantes son materiais que normalmente se empregan como

recubrimento dos fíos condutores para evitar que se produzan

contactos nas instalacións eléctricas.

Unha das características dos illantes é que a súa resistividade ten que

ser moi alta, para poder ofrecer unha resistencia moi elevada e non

deixar circular a correntes eléctrica o seu través.

A rixidez dieléctrica (Rd) é a relación entre a tensión máxima que pode

soportar o illante sen perforarse e o seu espesor.

Rd = V/e

Rd: Rixidez dieléctrica (kV/mm)

V: Tensión (kV)

E: Espesor (mm)

Page 79: Electricidade

Isto quere dicir que si collemos un illante, o colocamos entre dúas

placas condutoras e o sometemos a unha tensión elevada, pero que se

poda regular, observamos que ao principio, a medida que aumenta a

tensión, o illante non deixar circular o paso da corrente.

Se continuamos subindo a tensión, chega un momento en que salta un

arco entre as dúas placas condutoras; isto quere dicir que o illante se

perforou, e a partir deste momento xa non nos serve para a finalidade

que se construíu.

Page 80: Electricidade

CONDENSADORES

O condensador é un compoñente que permite acumular e

descargar unha corrente eléctrica nun intervalo de tempo moi

pequeno.

Esta característica faino importante no campo da electricidade e

da electrónica.

Segundo o circuíto que se deseñe, tamén se pode modificar o

tempo de carga e descarga do condensador.

Page 81: Electricidade

CONDENSADORES

Un condensador está formado por dúas ou máis placas condutoras,

denominadas armaduras, separadas por un material illante,

denominado dieléctrico.

Page 82: Electricidade

Capacidade dun condensador

Denomínase capacidade dun condensador a propiedade que ten para

almacenar máis ou menos carga eléctrica. A carga eléctrica que pode

almacenar un condensador depende da tensión aplicada entre as súas

armaduras e das súas características construtivas, e ven dado por:

C= Q/V

C: Capacidade do condensador (F)

Q: Carga eléctrica almacenada (C)

V: Diferenza de potencial entre as armaduras (V)

Page 83: Electricidade

A unidade da capacidade eléctrica dun condensador é o faradio (F).

Esta unidade é moi grande e acostumase a empregar os submúltiplos:

1 mF (milifaradio) 10-3 F

1μF (microfaradio) 10-6 F

1 nF (nanofaradio) 10-9 F

1 pF (picofaradio) 10-12 F

Page 84: Electricidade

A capacidade dun condensador depende das súas características

construtivas.

A súa capacidade será máis grande se a superficie das armaduras é

máis grande, xa que si aumentamos a superficie das cargas

enfrontadas aumentamos tamén a carga.

Outro aspecto é a distancia entre as armaduras, que ao medrar fai

diminuír a capacidade do condensador.

A capacidade tamén variará segundo a materia illante que se introduce

entre as armaduras.

Este factor denomínase constante dieléctrica ou permitividade (ε).

Page 85: Electricidade

Así a capacidade dun condensador plano está determinada por:

C= ε· (S/d)

ε: Permitividade do dieléctrico (F/m)

S: Superficie enfrontada das armaduras (m2)

d: Espesor do dieléctrico (m)

A permitividade do baleiro represéntase por ε0 (ε0= 8,84 · 10-12 F/m)

Denomínase permitividade relativa εr ao cociente entre a

permitividade do dieléctrico e a permitividade do baleiro.

εr = ε / ε0

Page 86: Electricidade

A permitividade relativa dos dieléctricos teñen moita importancia na

construción dos condensadores,xa que tamén pode empregarse a

ecuación:

εr = C/C0

C: Capacidade do condensador co dieléctrico empregado.

C0: Capacidade do condensador usando o baleiro como dieléctrico.

Page 87: Electricidade

Código de cores nos condensadores

Como no caso dos resistores, moitos condensadores non incorporan

inscritas as súas características principais, pero sí que as indican por

medio dunha serie de franxas de cor.

A continuación pódense ver exemplos:

Page 88: Electricidade
Page 89: Electricidade

Carga e descarga dun condensador

Para explicar o proceso de carga e descarga dun condensador imos a

empregar o seguinte circuíto:

Na primeira posición do conmutador, o condensador está conectado ao xerador

e comeza o proceso de carga.

Neste momento, a diferenza de cargas no condensador é cero, e a intensidade

que indicará o amperímetro será: I0 = V/R

Page 90: Electricidade

A medida que o condensador se vai cargando, a tensión irá

aumentando; polo tanto, a intensidade diminuirá.

Cando a tensión do condensador é igual á do xerador, a carga do

condensador finaliza e a intensidade é cero.

A expresión que relaciona a tensión de carga dun condensador é a

seguinte:

VC = E (1- e-1/RC)

VC: Tensión de carga do condensador (V)

E: F.e.m. da pila ou tensión nos bornes do condensador (V)

t: Tempo

R: Resistencia de carga (Ω)

C: Capacidade do condensador (F)

Page 91: Electricidade

Na teoría, o tempo preciso para que o condensador se cargue é infinito , xa

que nunca se carga de todo.

Na práctica considérase cargado cando pasou un tempo igual a cinco veces a

súa constante de tempo:

t= 5·(R·C)

O produto (R·C) denomínase constante de tempo (τ) do condensador.

Page 92: Electricidade

Na segunda posición do conmutador, ao principio a intensidade é

elevada, xa que o condensador está cargado e entre os seus extremos

está toda a tensión.

A medida que o condensador se descarga, a intensidade vai diminuíndo

ata que o condutor se descarga totalmente.

Page 93: Electricidade

No proceso de carga dun condensador, este almacena unha cantidade de

enerxía que despois cede no proceso de descarga.

O valor da enerxía acumulada nun condensador é:

W= (1/2)·C·V2

W: Enerxía acumulada no condensador (J)

C: Capacidade do condensador (F)

V: Tensión aplicada no condensador (V)

Page 94: Electricidade

Exemplo:

No circuíto da figura, determine:

a) A carga total acumulada no condensador.

b) A enerxía almacenada no condensador.

c) O valor da tensión no condensador transcorrido un tempo igual a

cinco veces a constante de tempo.

Page 95: Electricidade

Clasificación dos condensadores

Os condensadores pódense clasificar en fixos e en variables.

Condensadores fixos

Son aqueles que non modifican a súa capacidade.

Clasifícanse segundo o tipo de dieléctrico empregado; os máis importantes son

os condensadores de papel, mica, plástico, vidro, cerámicos e electrolíticos.

Page 96: Electricidade

Condensadores variables

Caracterízanse porque poden modificar a súa capacidade.

Constan dun grupo de armaduras que xiran sobre un eixe, de maneira que a

superficie enfrontada coa armadura fixa sexa variable.

O dieléctrico xeralmente é o aire, pero a veces colócanse láminas de plástico

ou de mica, como separador.

Normalmente, empréganse en circuítos para sintonizar emisoras con

receptores de radio.

Unha variante destes condensadores son os condensadores axustables.

Pódeselles regular a capacidade e, unha vez axustada, practicamente non se

teñen que modificar.

Page 97: Electricidade

ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES

Os condensadores asócianse en serie, en paralelo e de maneira mixta.

Asociación en serie

Nunha asociación en serie, cada saída do condensador conéctase á

entrada do seguinte, e así sucesivamente.

Page 98: Electricidade

Nun circuíto en serie, a carga é igual para cada condensador, xa que a

intensidade que chega a cada condensador é a mesma, e o tempo de carga

para cada un tamén. Por tanto, si chamamos Q1, Q2, Q3, á carga de cada

condensador, e QT, á carga total, cumprirase:

Q= I·t

QT = Q1= Q2 = Q3

Nunha asociación en serie, a suma de tensións parciais é igual á tensión total:

VT = V1 + V2 + V3

Como V=Q/C, substituíndo na ecuación anterior obtemos:

(QT/CT) = (Q1/C1 ) + (Q2/C2) + ( Q3/C3)

Como QT = Q1= Q2 = Q3, podemos sacar factor común QT:

(1 /CT) = (1 /C1 ) + (1 /C2) + (1 /C3)

Page 99: Electricidade

Exemplo:

Determine a capacidade equivalente, a carga de cada condensador e a

tensión a que están sometidos tres condensadores en serie de

capacidade C1= 6 μF, C2= 12 μF, C3= 24 μF, se o conxunto está

sometido a unha tensión de 230 V.

Page 100: Electricidade

Asociación en paralelo

Nunha asociación en paralelo ou derivación, tódalas entradas se conectan a un

punto común, e as saídas tamén.

Tódolos condensadores quedan soltos na mesma tensión, polo tanto:

VT = V1= V2 = V3

A carga dependerá da capacidade do condensador, xa que, como é circuíto en

paralelo, a suma de intensidades en cada rama terá que ser igual que a

intensidade total. Q1= C1 · VT Q2 = C2 · VT Q3= C3 · VT

Page 101: Electricidade

Como I=Q/t , e nunha asociación en paralelo cumprese:

IT = I1+ I2 +I3

Obtense:

QT = Q1+ Q2 + Q3

Polo tanto, nun circuíto en paralelo a carga total do circuíto é igual á

suma das cargas dos condensadores.

Para determinar a carga equivalente so hai que substituír o valor da

carga:

QT = Q1+ Q2 + Q3

CT · VT = C1 · V1 + C2 · V2 + C3 · V3

Como VT = V1= V2 = V3 obtense a relación:

CT = C1+ C2 + C3

Page 102: Electricidade

Exemplo:

Determine a capacidade equivalente, a carga de cada condensador e a

tensión á que están sometidos os tres condensadores do exercicio

anterior, conectados en paralelo, se o conxunto está sometido a unha

tensión de 230 V.

Page 103: Electricidade

Asociación mixta

É unha combinación de condensadores conectados en serie e en

paralelo.

Para resolver este tipo de circuítos calcúlanse por separado os

montaxes en serie i en paralelo para obter un circuíto único.

Page 104: Electricidade

Determine a resistencia equivalente entre os terminais A e B dos

seguintes circuítos:

Page 105: Electricidade

Determine a intensidade, a caída de tensión e a potencia disipada en

cada resistencia dos seguintes circuítos: