Comunidad_Emagister_65851_65851 Fundamentos de electricidad y magnetismo para técnicos electricistas

Capítulo No. 1

Fundamentos Fundamentos de Electricidad

ÍNDICE MODULO No. 1 CONCEPTOS BÁSICOS OBJETIVO GENERAL 1.1 FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD 1.1.1 NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD ELECTRICIDAD 1.1.2 INTERA INTERA CCIÓN ENTRE CARGAS 1.1.3 CORRIENTE CORRIENTE ELÉCTRICA 1.1.4 RESISTENCIA, LEY DE OHM Y POTENCIA POTENCIA ELÉCTRICA 1.1.5 CIRCUITOS ELÉCTRICOS ELÉ CTRICOS 1.1.6 GENERACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA 1.1.7 PILAS Y BATERIAS BATERIAS RESUMEN CUESTIONARIO 1.2 ELECTRICIDAD ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO 1.2.1 LAS MÁQUINAS NAS ELÉCTRICAS ELÉCTRICAS 1.2.2 EL CAMPO MAGNÉTICO MA GNÉTICO 1.2.3 ELEMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO 1.2.4 PRINCIP PRINCIP IO DEL TRANSFORMADOR RESUMEN CUESTIONARIO 1.3 SIMBOLOGÍA 1.3.1 SIMBOLOGÍA ESTANDAR PARA DIAGRAMAS LINEALES 1.3.2 SIMBOLOS GRÁFICOS (Europeo y (Din) 1.3.3 REFERENCIADO EN UN ESQUEMA DESARROLLADO 1.3.4 MARCADO DE LOS BORNES DE LOS APARATOS 1.3.5 ELEMENTOS DE CONT CON TROL RESUMEN CUESTIONARIO 1.4 MATERIALES Y HERRAMIENTAS 1.4.1 CONDUCTORES ELÉCTRICOS 1.4.2 MATERIALES AISLANTES AISLANTES 1.4.3 HERRAMIENTAS PARA EL ALAMBRADO DE INS INS TALACIONES TALACIONES ELÉCTRICAS. RESUMEN CUESTIONARIO 1.5 SISTEMA DE MEDICIÓN 1.5.1 EL MEDIDOR DE CORRIENTE CORRIE NTE 1.5.2 VOLTÍMETROS 1.5.3 EL OHMIMETRO 1.5.4 EL MEGOHMIMETRO MEGOHMIMETRO 1.5.5 MEDIDORES DE POTENCIA 1.5.6 MULTÍMETRO RESUMEN CUESTIONARIO 1.6 SISTEMA 1.6.1 1.6.2 1.6.3

MÉTRICO LA METROLOGÍA METROLOGÍA INTERNACIONAL LAS METROLOGÍAS METROLOGÍAS TÉCNICAS TÉCNICAS MÉTRICA E INGLESA INGLESA EQUIVALENCIAS DE UNIDADES RESUMEN CUESTIONARIO

1.7 RECOMENDACIONE RE COMENDACIONE S GENERALES EN EL MANEJO MANEJO DE EQUIPO ELÉCTRICO 1.7.1 REGLAS GENERALES DE PROTECCIÓN PROTECCIÓN 1.7.2 REGLAS EN LA ELABORACIÓN ELABORACIÓN FÍSICA DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS 1.7.3 PRIMEROS AUXILIOS RESUMEN CUESTIONARIO BIBLIOGRAFIA

Programa de Adiestramiento para Técnicos Electricistas

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Módulo No. 1

Conceptos Conceptos Básicos

MODULO 1 (CONCEPTOS BÁSICOS) OBJETIVO OBJETIVO GENERAL: Al término del módulo el participante estará familiarizado con los principios básicos de la electricidad y el magnetismo, identificará la simbología eléctrica, elementos de control y materiales eléctricos; conocerá y aplicará el uso de herramientas y equipos de medición básicos en instalaciones eléctricas así como las l as reglas de protección y primeros auxilios. auxilios.


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Capítulo No. 1

Fundamentos de Electricidad

1.1 FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Al término del capítulo el participante definirá el comportamiento de los diferentes tipos de corriente eléctrica y mencionará los circuitos empleados para el aprovechamiento de la electricidad y explicará la generación de la energía eléctrica. OBJETIVO:

1.1.1

NATURALEZA DE ELECTRICIDAD

La electricidad es una forma de energía capaz de transformar en calor, movimientos y luz; es la causa de muchos otros fenómenos físicos de los que ha obtenido innumerables beneficios el hombre. Los cuerpos sólidos líquidos y gaseosos son compuestos de moléculas, las cuales están constituidas por átomos.

Una molécula de agua

Se convierte en

Dos átomos de Hidrógeno

Por esto la fórmula química del agua es H2O


Un átomo de Oxígeno

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Módulo No. 1

Conceptos Básicos

Los átomos tienen una masa central llamada núcleo, formado por partículas infinitamente pequeñas a las que se ha denominado protones y neutrones. Alrededor del núcleo giran, en órbitas elípticas, corpúsculos que son 1,840 veces menores que los protones, conocidos con el nombre de electrones.

La estructura del átomo es semejante a la del sistema solar; el núcleo sería el sol y los electrones los planetas. Al protón y al electrón se les atribuyen las propiedades eléctricas de la materia; se ha demostrado que poseen cargas que producen fuerzas de atracción y repulsión. A éstas se debe que los electrones permanezcan girando en sus órbitas y que no sean arrancados de ellas por la acción de la fuerza centrífuga. Las cargas del electrón y del protón son eléctricamente opuestas, aunque de igual magnitud. Para diferenciarlas, se ha asignado al electrón una carga negativa ( - ) y al protón una carga positiva ( + ).


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Capítulo No. 1


Experimentalmente se demuestra la existencia de las cargas eléctricas opuestas por medio de dos esferitas de sauco sostenidas cada una por un hilo delgado y colocadas a la distancia de varios milímetros una de otra; al ser electrizadas, las esferillas se atraen o se repelen, según sean las polaridades de sus cargas.

Los neutrones no tienen carga eléctrica: son la unión de un protón con un electrón. La masa del neutrón es ligeramente mayor que la del protón. Los átomos de un elemento son iguales entre sí, pero distintos a los átomos de los otros elementos. El número de protones, neutrones y electrones de que están compuestos los átomos origina las características eléctricas de cada uno de los elementos, así como las diferencias de los pesos atómicos de éstos. Por ejemplo, el átomo del hidrógeno (el más sencillo de los que se encuentran en la naturaleza) tiene un protón y un electrón y el de cobre tiene 29 protones, (29) neutrones y 29 electrones; el complicado uranio lleva 92 protones, (92) neutrones y 92 electrones.


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Módulo No. 1

Conceptos Básicos

Como se ha dicho, los protones se agrupan en el núcleo y los electrones giran en órbitas, formando capas o estratos con 1, 2, 8, 16 32.......electrones. El número total de electrones en las capas debe ser igual al número de protones para que el átomo eléctricamente equilibrado, o sea que por cada carga eléctrica negativa (electrón) existe una carga eléctrica positiva (protón). Un ejemplo de ello se tiene en esta hoja de papel, la cual contiene electrones y protones; sin embargo, por tener el mismo número de electrones y de protones, no manifieste carga eléctrica. La estabilidad eléctrica del átomo la determina el número de electrones que existe en la última capa; la facilidad con que los electrones entren a esa órbita o salgan de ella, harán que el átomo sea bueno a mal conductor de la electricidad. Un átomo, en condiciones óptimas de estabilidad, requiere de 8 electrones en su última órbita. Mientras menor número de electrones tenga esta capa, el átomo será menos estable; así el átomo de cobre, cuya capa exterior tiene sólo un electrón, es menos estable que el átomo de carbono, con cuatro electrones en su última órbita, por ello, el cobre es mejor conductor que el carbono; éste tiende a la condición de estabilidad. Además, el electrón de la última capa del átomo Programa de Adiestramiento para Técnicos Electricistas

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Capítulo No. 1


de cobre está muy alejado del núcleo, quedando más independiente de la influencia estabilizadora de éste. Como consecuencia, en un conductor de cobre, en el que existe un elevadísimo número de átomos, no puede saberse con seguridad a cual de éstos pertenecen los electrones de la órbita exterior, debido a que dichos electrones pasan de un átomo a otro con extraordinaria facilidad, por cuya razón se les denomina electrones libres. El movimiento de los electrones libres es el que de lugar a la corriente eléctrica en los metales conductores. Cuando en un cuerpo los electrones pueden moverse fácilmente de átomo en átomo, el cuerpo es conductor y cuando los electrones tienden a permanecer en sus átomos, el cuerpo se denomina aislador. En general, todos los metales son conductores, algunos en mayor grado que otros; por ejemplo (en órden de conductividad); plata, cobre, aluminio, tungesteno, zinc, níquel, hierro, plomo. Entre los materiales aislantes, se tienen: vidrio, porcelana, papel, aire, mica, plástico, hule. Existen materiales llamados semiconductores. En su estado puro son buenos aisladores, pero con pequeñísimas cantidades de otros elementos y bajo ciertas condiciones eléctricas, se convierte en conductores; por ejemplo, el carbono, silicio selenio y germanio.


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Módulo No. 1

Conceptos Básicos

1.1.2 INTERACCIÓN ENTRE CARGAS.

Desde tiempos muy remotos, se sabe que entre cuerpos electrizados (cargados eléctricamente) ocurren acciones recíprocas de atracción y repulsión. Ésta experiencia se resumen en la célebre ley de Coulomb. Con objeto de facilitar el estudio, se recurre a cuerpos ideales electrizados, como lo son los de cargas puntiformes, esto es, esferitas diminutas de radio y masa infinita. Si designamos con e1 y e2 las cargas de dos cuerpos como los descritos y con r la distancia entre ellos, entonces la fuerza de acción mutua será según la mencionada Ley de Coulomb:

F=

e1 e2 2

r

La fuerza F puede expresarse en cualesquiera de las unidades físicas de fuerza; ello dependen solamente del sistema de unidades y dimensiones que se elija.

-

INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO, POTENCIAL Y TE NSIÓN ELÉCTRICA.

En la vecindad de un cuerpo cargado eléctricamente se produce un campo eléctrico que puede registrarse mediante detectores diversos. Si aproximamos o alejamos a la carga generadora del campo una partícula de exploración que tenga una carga positiva de magnitud unitaria, sobre esta partícula obrará una fuente coulombiana expresada por: E=

ex 1 2 r

Donde:

E es la fuerza que actúa sobre la carga unitaria de exploración, a la que llamamos INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO, es la carga que origina el campo eléctrico y r la distancia relativa entre la carga e y la carga de exploración. La aproximación o el alejamiento de la partícula exploradora a la carga generadora del campo debe realizarse muy lentamente para evitar la aparición de otros fenómenos.


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Capítulo No. 1


E E

E

E

+1

L _ +e

Durante el movimiento se efectúa trabajo. Éste se valúa mediante la relación:

W=

E.L.

Donde:

E es, como se dijo, la intensidad del campo y L, la distancia a la que queda la partícula de exploración (+ 1) respecto de la carga (e) generadora del campo. La intensidad del campo eléctrico se mide en: volts metro


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Módulo No. 1

Conceptos Básicos

El trabajo realizado por el desplazamiento de una carga positiva, unitaria, desde un punto infinitamente distante, se llama potencial eléctrico (vulgarmente voltaje). Si el potencial eléctrico tiene un valor V 2 medido no desde el punto donde el mismo tenga un valor nulo sino desde un punto arbitrario de potencial V 1 , por ejemplo, entonces la diferencia de potencial: U= V1 - V 2

es la tensión eléctrica entre ambos puntos del circuito con el que se este operando. La tensión eléctrica y la diferencia de potencial se miden en volts. Es frecuente el uso de múltiplos y submúltiplos del volts; por ejemplo: 1 Kilovolt 1 Milivolts 1 Microvolt


(kv) = 1,000 volts (mv) = 10-3 volts (mv) = 10-6 volts

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Capítulo No. 1


1.1.3 CORRIENTE ELÉCTRICA

Al movimiento de los electrones libres o de conducción, se llama corriente eléctrica de conducción. Para que se produzcan una corriente eléctrica es preciso que se desplacen las cargas eléctricas. En la siguiente figura se muestra como circulan los electrones en un conductor. Si en los extremos del conductor conectamos una batería, los electrones tratan de alcanzar el borne positivo, pensando de un átomo a otro en la siguiente forma. El electrón e sale del borne negativo de la batería, es repelido por éste y atraído por el borne positivo, con lo que se desplaza hasta el átomo número 1. Entonces, el átomo número 1, tendrá un electrón de más; por lo tanto, el electrón libre de este átomo podrá pasar al átomo número 2. De esta manera, se establece una circulación de electrones libres que van de un átomo al siguiente hasta alcanzar el borne positivo de la batería. En el ejemplo anterior, se ha considerado solo siete átomos y un electrón; pero en realidad, la corriente en un conductor está formada por un flujo o nube de electrones que circulan desde el punto de carga negativa al punto de carga positiva. La unidad fundamental de corriente eléctrica es el amper. El flujo de la corriente se indica con las letras I ó i. Es usual emplear submúltiplos del amper, como: Miliamper =

ma =

Microamper =

µa

=

1 1,000

amps =

10

-3

amper

1 1,000,000

amps =

10 -6

amper

La corriente se clasifica en continua y alterna, según que la dirección de ella sea constante o variable. 1

2

3

4

5

6

7

BATERÍA


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Módulo No. 1

-

Conceptos Básicos

CORRIENTE DIRECTA

Una corriente directa o continua (abreviadamente c.d. ó c.c.) es aquella originada por electrones que siempre se mueven en la misma dirección a lo largo de los conductores de un circuito. La figura da una idea de la característica principal de la corriente continua. Al conectar la lámpara a la batería, el flujo de electrones siempre será del borne negativo al positivo, teniendo, durante un tiempo relativamente grande, la misma magnitud e igual sentido. En la misma figura, se muestra la gráfica de la magnitud de la corriente respecto del tiempo. -

CORRIENTE ALTERNA

La corriente alterna (c.a.) es aquella en que los electrones que la originan cambian de dirección a intervalos regulares. A cada cambio de dirección se le da el nombre de alternación o ciclo. La figura muestra, en forma gráfica, un ciclo de las variaciones de la corriente alterna; la curva representativa es una senoide. En cada ciclo, la corriente cambia dos veces de polaridad; la magnitud de la corriente varía con el tiempo. El numero de ciclos por segundo es la frecuencia de la corriente. Por ejemplo, si la energía eléctrica utilizada en la operación de los aparatos domésticos es de 60 ciclos por segundo, la corriente cambiará de sentido 60 veces en un segundo.

T= TIEMPO

1 CICLO

AMPERES +3 +2 +1

½ SEGUNDO A A

-1

A 1 SEGUNDO

¼ SEGUNDO

-2 -3 -4

SEMI-CICLO POSITIVO


SEMI-CICLO NEGATIVO

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Capítulo No. 1


1.1.4 RESISTENCIA, LEY DE OHM Y POTENCIA ELÉCTRICA.

-

RESISTENCIA

La resistencia eléctrica es la oposición que presenta un material a la circulación de electrones a través de él; en los conductores, se debe a las colisiones de los electrones con los iones positivos del retículo cristalino del metal. La excesiva resistencia de los aisladores es debido a la escasez de electrones libres en el material. La unidad de resistencia es el ohm y se simboliza por la letra griego omega (). Se utilizan, en el cálculo, multíplos, submúltiplos del ohm:

-

Mega - ohm Kilo - ohm mili - ohm

= = =

micro - ohm

=

6

1,000,000 = 10 3 1,000 = 10 -3 1 = 10 1,000 -6

= 10

1 1,000,000

LEY DE OHM

“Si el estado de un conductor permanece invariable, entre la tensión eléctrica (V) aplicada a sus extremos y la corriente originada en él ( I ), existen una relación constante ( R ), llamada resistencia”. Así expresó Ohm su famosa ley para los circuitos eléctricos, algebraicamente se escribe: V I

=

R

Si el voltaje está dado en volts (V) y la corriente en amperes ( A ) la resistencia resulta expresada en ohms (). Además: V= I=

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RXI V R

(Volts) (amperes)

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Conceptos Básicos

Ejemplo: A.- Una lámpara tiene una resistencia de 60 ohm () y circulan por ella 2 amperes. ¿Cuál es el voltaje aplicado a la lámpara?.

V= V=

RI = 120 Volts

60 X 2

B.- Un calentador tiene una resistencia de 20 ohms y se conecta en una fuente de alimentación de 110 volts ¿Qué corriente circulará por él?

I

V R

=

I=

5.5

=

110 20

amperes

I

E

V R= V/I


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Capítulo No. 1

-


POTENCIA ELÉCTRICA

Al aplicar una tensión eléctrica entre los extremos de un conductor, los electrones libres adquieren movimiento y llegan a chocar con los iones de los retículos cristalinos. Desde el momento en que inician su movimiento, los electrones ganan energía cinética, la que ceden a los iones positivos con los que chocan, haciéndolo vibrar y aumentando su vibración. El aumento de las vibraciones de los iones se convierte en calor. La energía cedida por las cargas eléctricas será proporcional a la tensión eléctrica aplicada y a la cantidad de carga que pasa por el conductor; ésta, a su vez, es proporcional al flujo o corriente eléctrica que circula de un extremo a otro del conductor, en un tiempo determinado. Lo anterior se expresa con la ecuación. W

=

QV

=

I tv

en donde: W Q T V

= = = =

energía carga tiempo tensión eléctrica

La potencia producida en el conductor se define como la energía cedida en la unidad de tiempo, o sea: W T

P=

=

(Watts)

Y en función de la resistencia: 2

P=

I R

2

=

V R

(watts)

La unidad fundamental del potencia es el watt; pero comunmente se emplean el kilowatt, equivalente a 1,000 watts dy el miliwatt que es igual a la milésima parte de un watt. Ejemplo: Un motor de 1 H.P. (horse power, caballo de fuerza), está alimentado por una fuente de 220 volts. ¿Cuál es la corriente que circula por sus bobinas y cuál es la resistencia de éstas? Puesto que 1 H.P. equivale a 746 watts: I

=

P V

=

746 220

I

= 3.4 amperes


R =

V I

=

220 3.39

=

64.89 ohms

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Conceptos Básicos

1.1.5 CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Un circuito eléctrico es una agrupación de elementos conductores, aisladores, semiconductores y fuentes de energía conectados entre si y dispuestos de manera tal que se logra producir, modificar o anular los efectos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento. Puede estar formado por una fuente y un elemento o por una cantidad indefinida de ellos. Por la forma en que se conectan los distintos elementos de un circuito, estos se clasifican en circuitos en serie, en paralelo y mixtos. -

CIRCUITOS EN SERIE

Como su nombre lo indica, todos los elementos del circuito en serie están conectados en sucesiones; es decir, en el extremo final de un elemento se aplica el inicial del subsecuente y así en los demás. Ver figura.


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Capítulo No. 1


En este tipo de circuitos, se cumplen las relaciones siguientes; a) La corriente es la misma en todos los puntos del circuito: Er

Ir

=

Rr

I1

=

I2

=

.......

b) La caida de tensión en cada elemento pasivo es proporcional a la resistencia de ese elemento: V1

R1

=

Ir

V2

:

R2

=

Ir

:

......

c) La suma de las fuerzas electromotrices de las fuentes es necesariamente igual a la suma de las caídas de tensión Er

=

E1

E2

+

+

.....

=

V1

V2

+

+

.....

d) De la relación ( c ) se infiere que: Er

Vr

=

V1

+

(R1 + R 2 + . . . . . .)

+

......

Ir

Luego: (R1 + R2 )

+

......

E1

=

I1

De modo que puede decirse que la resistencia equivalente de un circuito en serie es la suma de todos las resistencias, es decir: R1

-

R1

=

R2

=

+

......

CIRCUITO EN PARALELO

En este tipo de circuitos, todo los elementos de él están conectados directamente a las terminales de la fuente de energía (ver figura). En estos circuitos se emplean las relaciones siguientes: a) La tensión es la misma para todos los elementos: V1

=


V2

=

....

E

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Conceptos Básicos

b) La corriente derivada en cada elemento del circuito es inversamente proporcional a la resistencia del mismo: I1

E R1

=

I2

;

E R2

=

;

.....

c) La suma de todas las corrientes derivadas necesariamente es igual a la corriente proporcionada por la fuente: It

I1

=

I2

+

......

d) De la relación ( c ) se infiere que: It

(

I1

=

1 R1

+

+

1 R2

I2

+

+

.....

.....

=

)

E

Luego: E

=

1 R1

+

1 1 R2

IT +

........

es decir, la resistencia equivalente de los circuitos en paralelo se determina tomando la inversa de la suma de las inversas de cada una de las resistencias.


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Capítulo No. 1

-


CIRCUITO MIXTO

Es una combinación de elementos en serie y en paralelo participa de todas las propiedades de los circuitos en serie y en paralelo, ver figura; parcialmente para cada sección y en todo el conjunto.


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Conceptos Básicos

1.1.6 GENERACIÓN DE LA ENERGÍA ELECTRICA

Para generar energía eléctrica es necesario tener la diferencia de potencial necesaria para poner en movimiento las cargas eléctricas a través de un medio conductor. Los principales procedimientos para generar energía eléctrica son: -

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD ESTÁTICA

Los cuerpos aislantes tienen la propiedad de electrizarse, esto es, de ganar o perder cargas eléctricas si son frotados por otros cuerpos con exceso o deficiencia de cargas o bien si son puestos en contacto con estos o quedan dentro de su campo de influencia. Al quitársele o cedérsele cargas a un cuerpo aislante, éste queda electrizado debido a la dificultad que tienen sus electrones para recambiarse y que le estructure atómica neutralice el exceso o deficiencia de ellos. Si un cuerpo conductor es electrizado, rápidamente se recombinan sus electrones y si se le pone en contacto con otro cuerpo, ya sea aislante o conductor, toma de éste las cargas necesarias para neutralizar el exceso o deficiencia de la suya. En un conductor electrizado, si está totalmente aislado de otros cuerpos, se produce un reacomodo de cargas de modo que las de signo contrario permanecen lo más alejadas unas de otras y así permanecen hasta ponerse en contacto con otros cuerpos o descargarse lentamente en la atmósfera. Las diferencias de potencial producidas al generarse electricidad estática pueden llegar a ser del orden de los millones de volts, pero sólo se emplean con fines experimentales. -

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD POR EMISIÓN FOTOELECTRICA Y TERMOIONICA.

Algunos materiales son sensibles a la luz y cuando éste incide en ellos, se desprenden electrones de su superficie, lo que producen en el cuerpo una carga eléctrica. Lo mismo sucede cuando se calientan dos materiales diferentes sólidamente unidos entres sí. -

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD POR MEDIOS MECÁNICOS.

Cuando un conductor se mueve en un campo magnético (espacio físico donde se manifiestan las fuerzas de naturaleza magnética) se genera en él una fuerza electromotriz. Este fenómeno se aplica a la conversión de la energía mecánica en eléctrica y viceversa. -

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD POR ACCIÓN QUÍMICA.

Se producen cargas de distinta polaridad por medio de la reacción química de un electrólito en contacto con dos metales diferentes que hacen el papel de terminales positiva y negativa. En los siguientes incisos, se explica como se realiza este fenómeno y se da a conocer algunos de sus múltiples aplicaciones.


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Capítulo No. 1


1.1.7 PILAS Y BATERÍAS

Con los nombres de pila, celda eléctrica o celda voltaica, son denominados aquellos dispositivos que producen fuerza electromotriz por la acción química entre sustancias que tienen la propiedad de intercambiar cargas eléctricas cuando están en contacto. El inventor de la pila fue Alejandro Volta quien apiló discos de plata y zinc, alternadamente, separándolos por cartones impregnados con una solución ácida o salina. Con esta disposición obtuvo un voltaje entre los extremos de esta pila de discos.


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Conceptos Básicos

Aún se sigue usando el mismo procedimiento: hacer que una solución química, llamada electrolito, se combine activamente con los materiales que constituyen los polos de la celda, también llamados electrodos. La acción básica de todos los tipos de celdas pueden explicarse por el funcionamiento de aquellas cuyo electrolito es el ácido sulfúrico diluido (en proporción de 20 por uno), contenido en un recipiente en el que encuentran los dos electrodos; uno de cobre y el otro de zinc.


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Capítulo No. 1


La molécula de ácido sulfúrico (H 2 SO) está compuesta por dos iones positivos del hidrógeno y uno negativo del radical, sulfato. Los iones del hidrógeno son atraídos por el cobre y dan a éste una carga positiva, mientras que los iones del SO 4 (sulfato) son atraídos por el zinc, forman sulfato de zinc y hacen que el electrodo de zinc tenga polaridad negativa. Esto origina una corriente entre los electrodos que puede ser registrada en un amperímetro, instrumento que mide el flujo de corriente que circula del borne negativo (zinc) al positivo (cobre). La generación de corriente cesa cuando la placa de zinc se sulfata, es decir, cuando ya no reacciona con los iones de SO4 . Al tiempo que la reacción se lleva a cabo los iones de hidrógeno producen burbujas que cubren la placa de cobre, disminuyendo el voltaje entre los electrodos; a este proceso se le llama polarización. Las pilas o celdas se dividen en dos grandes grupos: celdas primarias y celdas secundarias. -

CELDAS PRIMARIAS.

Son aquellas en las cuales la energía eléctrica se produce tan pronto como el electrólito y los electrodos se ponen en contacto. Se caracterizan porque no pueden ser cargadas de nueva cuenta. Las hay en dos tipos: húmedas y secas. Las pilas primarias del tipo húmedo son similares a la mostrada en la figura; se emplean con fines experimentales. Las pilas secas, por lo contrario, son utilizadas en gran variedad de dispositivos eléctricos y electrónicos: linternas, radios de transistores, juguetes, etc. Están formadas por un material absorbente saturado del electrólito, en contacto esto con los electrodos. El electrolito común en las pilas secas es una mezcla de sal de amoniaco y cloruro de zinc. El electrodo negativo es un recipiente de zinc y el positivo una barra de carbón colocada en el centro del recipiente. Durante el proceso de generación de energía para alimentar un circuito exterior, el electrodo de carbón se cubre de una capa de hidrógeno (polarización); este elemento se combina con el oxígeno del bióxido de manganeso que rodea al electrodo de carbón y produce agua, al tiempo que despolariza el electrodo de carbón, evitándose en esta forma disminuya rápidamente el voltaje. Voltaje y corriente en una Celda Primaria.- El voltaje que se desarrolla entre las terminales de una celda primaria depende únicamente del material empleado en los electrodos y de la clase de electrólito. Las dimensiones de la celda no guardan ninguna relación con el voltaje de la misma. Una celda de grandes dimensiones proporciona el mismo voltaje que una de pequeñas dimensiones. Los materiales antes mencionados dan una intensidad de 1.5 volts. La capacidad de la corriente generada por una celda primaria está en función de la superficie de los electrodos: Una celda de grandes dimensiones proporcionará corrientes durante mayor tiempo que una pequeña. Las celdas se fabrican en una extensa variedad de tamaños.


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Conexión de Pilas en Serie y en Paralelo.- A menudo se usan incorrectamente los nombres de pila y batería. La palabra celda o pila designe la unidad elemental que proporciona energía por la corriente química de sus elementos; la batería es el grupo de celdas conectadas en serie o en paralelo para obtener voltaje o corrientes más altos. En la siguiente figura se muestran dos circuitos, uno en serie y otro en paralelo y se ilustra el voltaje y la corriente en ambos. Las baterías comerciales de voltajes mayores de 1.5 volts, por ejemplo: 6, 9, 12, 22, 5, 45 volts, son combinaciones en serie de celdas individuales contenidas en un mismo recipiente.


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Capítulo No. 1

-


CELDAS DE MERCURIO.

Este nuevo tipo de celdas, utiliza mercurio amalgamado con zinc; opera similarmente a las ya descritas. El voltaje entre sus electrodos es de 1.4 volts aproximadamente y tienen la ventaja, sobre los otros tipos, de su mayor duración, aún en condiciones desfavorables de temperatura y humedad.


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Conceptos Básicos

CELDAS SECUNDARIAS O ACUMULADORES.

Las celdas secundarias, a diferencia de las primarias, requieren previamente de la aplicación de una corriente eléctrica, a través de sus elementos, a fin de obtener energía de ellas. Su principal ventaja es la propiedad que tiene de ser cargadas nuevamente de energía. Un ejemplo típico de celdas secundarias es el acumulador utilizado en los automóviles. En realidad el acumulador no acumule corriente, sino que la corriente eléctrica de una fuente exterior, que se aplica durante la carga, la transforma en energía química que entrega en forma de energía eléctrica durante la descarga. La operación básica de un acumulador puede explicarse por la acción de dos placas de plomo sumergidas en un electrólito hecho con una solución de ácido sulfúrico el 100%. Ver figura:

Se conectan las placas a una fuente de corriente continua para que la corriente circule del borne positivo al negativo a través del electrólito. En la placa que constituye el borne positivo, se forma una capa de color rojizo y en la placa negativa una de color gris con burbujas. Esto se debe a la circulación de la corriente entre los electrodos que deposita oxígeno en la placa positiva e hidrógeno en la negativa. La oxidación producida en la placa positiva es proporcional al tiempo que dura circulando la corriente y la intensidad de ésta. Si desconectamos la celda del circuito de carga y entre las dos placas conectamos una lámpara de 2 volts. Ésta se pondrá incandescente, o sea, que la celda nos está suministrado corriente al mismo tiempo que se descarga. El sentido de la corriente, en este caso, es contrario al que tenía durante la carga.


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Capítulo No. 1


RESUMEN. -

La electricidad es una forma de energía capaz de transformarse en calor, movimiento y luz.

-

En este capítulo se explicó que los cuerpos sólidos, líquidos y gaseosos son compuestos de moléculas, las cuales están constituidos por átomos.

-

Se explicó la estructura del átomo y que al protón y al electrón se le atribuyen las propiedades eléctricas de la materia.

-

Se explicó cuando un cuerpo es conductor y cuando es aislador.

-

Se aplicó brevemente la interacción entre cargas eléctricas, intensidad del campo eléctrico, potencial y tensión eléctrica.

-

Se definió el concepto de corriente eléctrica sus tipos y sus unidades.

-

Se explicó el concepto de resistencia, ley de Ohm, potencia eléctrica, sus unidades y aplicación.

-

Se analizó el comportamiento de los circuitos eléctricos en serie, en paralelo y mixtos.

-

Se describieron algunas formas de generación de la energía.

-

Se explicó el principio básico de las celdas eléctricas ( pilas ) primarias y secundarias así como la conexión de pilas en serie y en paralelo.


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Módulo No. 1

Conceptos Básicos

CUESTIONARIO. 1.- Explique el concepto de electricidad. 2.- Explique la estructura del átomo. 3.- ¿Qué nombre reciben las partículas con carga negativa ( - ) y las partículas con carga positiva (+)? 4.- ¿Qué pasa en las cargas de signos iguales y con las cargas de signos diferentes?. 5.- ¿Qué determina que un átomo sea bueno o mal conductor de la electricidad?. 6.- ¿Qué es lo que da lugar a la corriente eléctrica en los metales conductores?. 7.- ¿A qué se debe que un cuerpo sea conductor o sea aislador?. 8.- Enliste 5 elementos conductores y 5 elementos aislantes. 9.- ¿Con qué letras y en que unidades se expresan la tensión y la corriente eléctrica?. 10.- Defina corriente directa y corriente alterna. 11.- Defina resistencia eléctrica y sus unidades. 12.- Describa la ley de OHM. 13.- Defina potencia eléctrica y sus unidades. 14.- Defina circuito eléctrico y sus clasificación en un esquema. 15.- Mencione los principales procedimientos para generar energía eléctrica. 16.- Describa una celda primaria y una celda secundaria.


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Comunidad_Emagister_65851_65851 Fundamentos de electricidad y magnetismo para técnicos electricistas

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