I.
FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD
1. NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD En la sociedad actual, es fundamental disponer de electricidad para poder desarrollar nuestra vida cotidiana con normalidad. Sería difícil imaginar todas las actividades que realizamos al cabo del día sin los aparatos y electrodomésticos que funcionan con energía eléctrica. La electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas en reposo o movimiento. Existen cargas eléctricas de dos tipos: cargas positivas y negativas. Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de diferente signo se atraen. Para comprender bien la electricidad debemos antes estudiar la estructura de la materia. El núcleo de cada átomo está formado a su vez por protones y neutrones. Lo podemos imaginar como un racimo de partículas, pues neutrones y protones se encuentran en contacto unos con otros. Los electrones tienen carga eléctrica negativa ( -e), los protones la misma, pero positiva ( +e), y los neutrones no tienen carga. Los núcleos son por consiguiente positivos. La fuerza fundamental que mantiene a los electrones unidos a su respectivo núcleo es la eléctrica; sabemos que cargas opuestas se atraen y cargas del mismo signo se repelen. Estructura del Átomo
http://www.youtube.com/watch?v=jJOMzl3_pfA&feature=related
2. LA CORRIENTE ELÉCTRICA Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).
http://www.youtube.com/watch?v=ElB3GrL4eCY&feature=related
2.1 INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA La intensidad del flujo de los electrones de una corriente eléctrica que circula por un circuito cerrado depende fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) que se aplique y de la resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor conectado al circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones que circulen por el circuito será mayor en comparación con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice más el paso de los electrones. La intensidad de la corriente eléctrica se designa con la letra ( I ) y su unidad de medida en el Sistema Internacional ( SI ) es el ampere (llamado también “amperio”), que se identifica con la letra ( A ). La intensidad de la corriente eléctrica se define como el número de electrones que atraviesa de forma continua la sección transversal de un conductor por unidad de tiempo.
=
I=Intensidad en Amperios (A), Q=Cantidad de electricidad en culombios (C) y t=tiempo en segundos (s)
2.2 EL AMPERE (Amperio) De acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente eléctrica en ampere ( A ) que circula por un circuito está estrechamente relacionada con el voltaje o tensión ( V ) y la resi resiste stencia ncia en ohm ohm (
) de la la carga carga o con consumi sumidor dor cone conectad ctado o al circu circuito ito..
Definición de Ampere Un ampere ( 1 A ) se define como la corriente que produce una tensión de un volt ( 1 V ), cuando se aplica a una resistencia de un ohm ( 1
).
Los submúltiplos más utilizados del ampere son los siguientes: miliamperio ( mA ) = 10-3 A = 0,001 ampere microamperio ( µA ) = 10-6 A = 0, 000 000 1 ampere
2.3 MEDICIÓN DE LA INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA O AMPERAJE
La medición de la corriente que fluye por un circuito cerrado se realiza por medio de un amperímetr o o un.miliamperímetro, según sea el caso, conectado en serie en el propio circuito eléctrico. Para medir .ampere se emplea el "amperímetro" y para medir milésimas de ampere se emplea el miliamperímetro. La intensidad de circulación de corriente eléctrica por un circuito cerrado se puede medir por medio de un amperímetro conectado en serie con el circuito o mediante inducción electromagnética utilizando un amperímetro de gancho. Para medir intensidades bajas de corriente se puede utilizar también un multímetro que mida miliampere (mA) .
Multímetro digital
El ampere como unidad de medida se utiliza, fundamentalmente, para medir la corriente que circula por circuitos eléctricos de fuerza en la industria, o en las redes eléctricas doméstica, mientras que los submúltiplos se emplean mayormente para medir corrientes de poca intensidad que circulan por los circuitos electrónicos.
2.4
TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA
En la práctica, los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son: corriente directa ( CD) o continua y corriente alterna (CA). La corriente directa circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las pilas, baterías y dinamos.
Gráfico de una corriente directa (C.D.) o continua (C.C.).
Gráfico de la sinusoide que posee una corriente alterna (C.A.).
La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulación periódicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en hertz ( Hz) tenga esa corriente . A la corriente directa ( C.D.) también se le llama "corriente continua" (C.C.). La corriente alterna es el tipo de corriente más empleado en la industria y es también la que consumimos en nuestros hogares. La corriente alterna de uso doméstico e industrial cambia su polaridad o sentido de circulación 50 ó 60 veces por segundo, según el país de que se trate. Esto se conoce como frecuencia de la corriente alterna. En los países de Europa la corriente alterna posee 50 ciclos o hertz (Hz) por segundo de frecuencia, mientras que los en los países de América la frecuencia es de 60 ciclos o hertz.
3. Fuentes de Electricidad Una fuente de electricidad es un dispositivo o mecanismo que emplea un principio o sistema para producir o generar energía eléctrica. Entre estos principios tenemos:
3.1. POR INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
El principio de la Inducción Electromagnética es el más utilizado en la práctica para la generación de corriente eléctrica, de hecho los generadores industriales emplean este principio: las plantas hidroeléctricas, termoeléctricas, diesel-eléctricas, etc.
3.2. POR ACCIÓN QUÍMICA La siguiente fuente de electricidad, en orden de importancia, es la que utiliza la reacción química. Como su nombre lo indica se trata de un dispositivo que emplea algunas sustancias en estado líquido y otras en estado sólido, las cuales entran en reacción química (en cierta disposición física ó colocación) obteniendo como resultado una fuerza electromotriz (fem) que genera una corriente eléctrica a través de un circuito exterior conectado a los terminales de dicho dispositivo; Se trata de la pila eléctrica y el acumulador automotriz. Existen en la práctica dos tipos básicos de pilas eléctricas, clasificadas como primarias y secundarias; la característica fundamental de las primarias es que no son recargables y se desechan y las secundarias tienen la ventaja de que son recargables ó reactivadas en su carga eléctrica; el ejemplo más al alcance del estudiante de las pilas primarias lo constituyen las pilas secas que usan los aparatos de radio portátiles, de 1.5 y 9 voltios. El ejemplo más común de pila secundaria es el acumulador automotriz que está compuesto por varias pilas ó celdas.
3.3. POR ACCIÓN DEL CALOR Para obtener una Fuerza Electromotriz (fem) acompañada de una corriente eléctrica por medio de calor basta unir dos metales diferentes como el cobre y el hierro, por ambos extremos, y a una de las uniones aumentar la temperatura aplicando calor, en el extremo contrario se presentara una tensión eléctrica y corno consecuencia, un flujo de electrones, a este fenómeno se le conoce como "Efecto Termoeléctrico". Generalmente a estos empates (pares de metales térmicos como se les conoce) se les mide el voltaje generado del orden de millonésimas de voltio. A las uniones de hierro-cobre se ha encontrado que genera aproximadamente 7 micro-voltios por cada grado centígrado de diferencia entre los extremos unidos. El más usado en la práctica es la unión de cobre-constatan, que produce hasta 40 micro voltios por cada grado centígrado de diferencia de temperatura.
3.4. POR ACCIÓN DE LA LUZ Existen en la naturaleza algunos materiales que reaccionan a la luz en general, es decir que son sensibles a las radiaciones luminosas, tanto naturales como artificiales. A los materiales que presentan esta propiedad ó característica se les denomina foto-sensitivos. Este fenómeno consiste en que al incidir un haz luminoso sobre la superficie de un material foto sensitivo produce electricidad desalojando ó emitiendo electrones libres de su superficie, fenómeno que se conoce como desprendimiento foto eléctrico. Los materiales más usados son el cesio, el selenio, el bario, el estroncio, el litio y otros materiales alcalinos. Parte de la energía de la luz llamada fotones es transferida a los electrones libres dentro del material y los lanza fuera de la superficie del mismo, con lo que se obtiene el desprendimiento foto eléctrico, que es estudiado por la foto electricidad. Actualmente existen tres tipos de dispositivos foto eléctricos, clasificados como: foto emisivos, foto voltaicos y foto conductivos. Entre ellos están los que Utilizan en aplicaciones de control: Un dispositivo foto eléctrico puede operar un relevador siempre que un haz luminoso caiga sobre él, dicho relevador puede abrir las puertas de un garaje automáticamente con las luces delanteras del automóvil; operar un registrador mecánico y contar los objetos que se interponen entre una fuente luminosa y la celda foto eléctrica; conectar una alarma; abrir una puerta; etc., y muchas más aplicaciones son controladas por la energía liberada por la luz.
3.5. POR PRESIÓN
Otro sistema de generar una fuerza electromotriz consiste en someter a presión mecánica algunos materiales como cristales de cuarzo, turmalina o sales de rochelle, se produce un desplazamiento de carga en sus superficies de sus caras dando como resultado el que
aparezca
una diferencia de potencial entre ellas. Este fenómeno es conocido como
efecto piezo eléctrico y la fuerza electromotriz así generada se le llama Rezo electricidad. El efecto es temporal, solo mientras permanece la presión aplicada. Entre las aplicaciones más comunes se mencionan las sales de rochelle y otros cristales extensamente usados en la construcción de brazos fonográficos y micrófonos para convertir las vibraciones sonoras (mecánicas) en correspondientes
vibraciones
eléctricas
(pulsos
eléctricos).
La
tensión
de
salida
de
un
fonocaptor
es
aproximadamente de un voltio y la tensión de salida de micrófono de cristal es de aproximadamente de una centésima de voltio. (1/100).
CIRCUITOS ELECTRICOS(ver documento en Flash electricidad.exe) Combinación de componentes conectados entre sí, que conforman una o más trayectorias cerradas que permiten la circulación de corriente y el aprovechamiento de ésta en el empleo de trabajos útiles.
4. COMPONENTES DE UN CIRCUITO ELECTRICO Todo circuito posee tres características importantes GENERADOR DE ENERGÍA o FUENTE DE VOLTAJE
CARGA o RECEPTOR DE ENERGIA
CONDUCTORES ELECTRICOS
Artefacto que aprovecha el paso de corriente
Sirven de enlace entre la fuente y la carga,
Suministra la fuerza necesaria para impulsar
eléctrica a través de el para cumplir un
permitiendo la circulación de la corriente.
una corriente de electrones a través de los
determinado trabajo. Ej: resistencia, lámpara,
Generalmente son conductores de cobre.
circuitos. Ej: Pila, batería, tomacorriente, etc.
motor, parlante, etc.
Voltaje (V): el voltaje o diferencia de potencial se define como la energía o la cantidad de trabajo necesario para mover una carga eléctrica de un punto a otro. Unidad Voltio Los voltajes en un circuito se designan en varias formas dependiendo de su n aturaleza así: - Voltaje entre los terminales de la fuente de alimentación se denomina Fuerza
electromotriz (F E M) - Voltaje entre los terminales de una carga es llamado caída de voltaje . - Voltaje entre dos puntos cualesquiera de un circuito se llama diferencia de potenci al.
Carga o receptor de energía: Ésta convierte la energía de los electrones en movimiento en señales eléctricas u otras formas de energía
Conductores: proporcionan un camino fácil o de baja resistencia para la circulación de la corriente hacia y desde la carga.
Conductividad y Resistividad Si los elementos permiten el paso de la corriente eléctrica se denominan conductores y los que no lo permiten se llaman no conductores, aislantes o dieléctricos . De acuerdo a esto los materiales se clasificaron en aislantes y conductores, pero entre estos existen materiales que no son buenos conductores pero tampoco son aislantes. La Resistividad de un material hace que este sea más o menos conductor, siendo la resistividad una cualidad propia de cada material. La Conductividad es el poder de conducción de un material.
=
1
La resistividad y la conductividad dependen de la naturaleza y dimensiones del conductor
El tubo más largo tendrá mayor oposición al paso de la corriente El tubo más grueso tendrá menos oposición al paso de la corriente La resistencia R de un conductor cilíndrico es proporcional a l a longitud L e inversamente proporcional a la sección transversal S, teniendo en cuenta que p es el coeficiente de proporcionalidad, el cual recibe el nombre de Resistividad o Resistencia Específica determinada.
=
5. LEY DE OHM Es la relación existente entre el voltaje, la corriente y la resistencia.
RESISTENCIAS (R)
Una resistencia o resistor es un elemento que causa oposición al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje). Las resistencias se representan con la letra R y el valor de éstas se mide en Ohmios (Ω).
Tipos de resistores
Los resistores están construidos con diferentes materiales resistivos, en diversos tipos, formas y tamaños dependiendo de su aplicación y se clasifican en dos grandes grupos, resistores fijos y resistores variables.
Resistores fijos A este grupo pertenecen todos los resistores que presentan un mismo valor sin que exista la posibilidad de modificarlo a voluntad. De acuerdo con su material de construcción los resistores fijos se clasifican en dos grandes grupos principales: Carbón y alambre.
Resistores variables
Son aquellos resistores cuyo valor en ohmios puede ser variado dentro de un rango ya sea de forma manual o mediante algún estímulo externo tal como la luz, el calor, el sonido, el voltaje, etc.
Los potenciómetros
Código de Colores
Para verificar códigos de colores ingrese al siguiente link on-line http://www.forosdeelectronica.com/tools/resistencia-4-bandas.htm Para verificar códigos de colores de 5 bandas ingrese al siguiente link on-line http://www.digikey.com/es/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-resistor-color-code-5-band
Resistencia Página 311 Libro de CEKIT 417 MULTIMETRO
6. POTENCIA ELÉCTRICA Energía es la cantidad de trabajo que un sistema es capaz de producir. La energía ni se crea nise destruye, se transforma. Los aparatos eléctricos consumen energía eléctrica y la transformanen energía luminosa (bombilla, lámpara, diodo LED), en calor (calentador de resistencia) ó enenergía mecánica (motores) por ejemplo. Potencia es la cantidad de energía que suministra o consume un sistema porunidad de tiempo. En el S.I la potencia se expresa en WatiosóJulios/Segundo. La potencia en componentes eléctricos se calcula como: Potencia (P) = V·I = Tensión*Intensidad
PROBLEMAS PROPUESTOS
7. CIRCUITOS SERIE Y PARALELO Dependiendo de la forma como están conectadas las cargas entre sí con respecto a la fuente, se habla de circuitos en serie, en paralelo y mixtos.
Circuito Serie:conexión de dos o más cargas a una fuente, de modo que solo e xista una trayectoria para la circulación de la corriente. Para ello es necesario que estén conectadas una tras otra a la fuente f ]ormando una cadena.
Circuito paralelo: conexión de dos o más cargas a una misma fuente, de modo que existe más de una trayectoria para la circulación de corriente. En este caso la corriente de
se reparte entre las cargas.
Circuito mixto: combinación de cargas en serie y en paralelo.
ACOPLAMIENTO DE RESISTENCIAS RESISTENCIAS EN SERIE La resistencia equivalente en un circuito serie es igual a la suma de las resistencias presentes en el circuito R AB = RT = R 1 + R 2 + R 3
RT =
R1 + R2 = 10 Ω + 5 Ω = 15 Ω
Ejemplo: Hallar la resistencia equivalente en el siguiente circuito serie
R T = R 1 + R 2 + R 3 + R 4 = 16 Ω+ 16 Ω + 16 Ω + 16 Ω = 64 Ω R T =64 Ω
RESISTENCIAS EN PARALELO
Nota: para los que tengan problemas con las matemáticas, decir que: 1/RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 ...
es lo mismo que: RT = 1 / (1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4)
Ejemplo: Hallar la resistencia equivalente en el siguiente circuito paralelo
RT = 1 / (1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4) RT = 1 / (1/16 + 1/16 + 1/16 + 1/16) RT = 1 / [(1 + 1 + 1 + 1)/16] RT = 1 / [(4)/16] RT = 1 / [1/4] RT = 4 Ω
8. LEYES DE KIRCHHOFF Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica.
Ley de Voltajes de Kirchhoff En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es igual a cero.
Ley de corrientes de Kirchhoff En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero
ELECTROSTÁTICA Y ELECTROMAGNETISMO CONDENSADORES (C) Un condensador es un dispositivo eléctrico que permite acumular energía en forma de voltaje. Están conformados básicamente por dos placas metálicas conductoras separadas por un material aislante llamado dieléctrico, el cual puede ser de papel, cerámica, aire, mica, cuarzo, fibras sintéticas, etc. Unidad de medida es el faradio (f). Pero es una unidad relativamente grande y por ellos se la expresa: como son el microfaradio µF (1x10-6), el nanofaradio nF (1x10-9) y el picofaradio pF (1x10-12)
ACOPLAMIENTO DE CONDENSADORES CONDENSADORES EN SERIE
CONDENSADORES EN PARALELO
CAB = C1 + C2 + C3
EJERCICIOS PRACTICOS : VERIFICAR EN EL
SIGUIENTE LINK LA Capacitancia equivalente (C AB) en circuitos
serie y paralelo, al igual que la carga de un condensador. http://www.tuveras.com/electrotecnia/condensadores.htm
INDUCTANCIAS - BOBINAS (L) Estos componentes, están construidos a base de alambre devanado (enrollado), se caracterizan en almacenar energía en forma de corriente, es decir que generan campos magnéticos alrededor de ellos. A la habilidad de producir estos campos magnéticos se conoce con el nombre de inductancias , y esta varía según la cantidad de vueltas o de espiras que tenga.A estas se las simboliza con la letra " L" y cuya unidad de medida es el " Henry " o " Henrios "(H). Tal como sucede en los capacitores, es una unidad relativamente grande y por ellos se la expresa en " mH"(mili henrio) o microHenrio (µH).
EL TRANSFORMADOR (T) Es un dispositivo constituido por dos o más bobinas (devanados o arrollamientos) que transfiere energía de un circuito a otro por vía electromagnética. Permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. El devanado conectado a la fuente se denomina primario y el conectado a la carga se conoce como secundario.
El Transformador ideal
El Transformador real
SITIOS WEB FUNDAMENTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD Sitios web de ayuda para la comprensión de los fundamentos básicos de electricidad
TEMA curso circuitos eléctricos
AYUDA MULTIMEDIA http://ntic.educacion.es/w3//recursos/fp/electricidad/ud1/inicio_elect_1.html Repasar las actividades de cada una de las unidades http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material081/index.html
Teoría componentes Video de componentes Ley de Ohm Ley de Ohm y potencia eléctrica Tipos de Circuitos Análisis Circuitos serie
Análisis Circuitos Paralelo Carga de Condensador
http://r-luis.xbot.es/ebasica/eb01.html http://www.youtube.com/watch?v=fEt91M_Ry88&NR=1&feature=endscreen http://www.educaplus.org/play-263-Ley-de-Ohm.html http://www.educaplus.org/play-328-Ley-de-Ohm-y-potenciaeléctrica.html?PHPSESSID=a35766e6a4b04b9974a7c818733e430b http://www.educaplus.org/play-266-Circuitos-y-esquemas.html http://www.educaplus.org/play-66-Resistencias-en-serie.html http://ntic.educacion.es/w3/recursos/fp/electricidad/ud4/inicio_elect_4.html Clic en Actividad 2 http://www.educaplus.org/play-65-Resistencias-en-paralelo.html http://ntic.educacion.es/w3/recursos/fp/electricidad/ud4/inicio_elect_4.html Clic en Actividad 4 http://www.educaplus.org/play-67-Carga-de-un-condensador.html http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material081/index.html
Calculo de Capacitancias en serie y paralelos
http://www.tuveras.com/electrotecnia/condensadores.htm
SIMULACIÓN DE CIRCUITOS http://www.tecnovirtual.com/joomla/index.php?option=com_weblinks&view=category&id=45&Itemid= 15 buscar animaciones
