PERIODO 2

4 de mayo

Magnitudes eléctricas fundamentales:

CARGA ELÉCTRICA y CORRIENTE


   La carga eléctrica es la cantidad de electricidad almacenada en un cuerpo. Los átomos de un cuerpo son eléctrica mente neutros, es decir la carga negativa de sus electrones se anula con la carga positiva de sus protones. Podemos cargar un cuerpo positiva mente (potencial positivo) si le robamos electrones a sus átomos y podemos cargarlo negativamente (potencial negativo) si le añadimos electrones. Saber mas sobre el átomo.

Si tenemos un cuerpo con potencial negativo y otro con potencial positivo, entre estos dos cuerpos tenemos una diferencia de potencial (d.d.p.) Los cuerpos tienden a estar en estado neutro, es decir a no tener carga, es por ello que si conectamos los dos cuerpos con un conductor (elemento por el que pueden pasar los electrones fácilmente) los electrones del cuerpo con potencial negativo pasan por el conductor al cuerpo con potencial positivo, para que los dos cuerpos tiendan a su estado natural, es decir neutro.

*TENCION O VOLTAJE:   La Tensión es la diferencia de potencial entre dos puntos. En física se llama d.d.p (diferencia de potencial) y en tecnología Tensión o Voltaje. Como ya debemos saber por el estudio de la carga eléctrica la tensión es la causa que hace que se genere corriente por un circuito. 

   La tensión se mide en Voltios. Cuando la tensión es de 0V (cero voltios, no hay diferencia de potencial entre un polo y el otro) ya no hay posibilidad de corriente y si fuera una pila diremos que la pila se ha agotado. El aparato de medida de la tensión es el voltimetro.

*INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD:  La electricidad es un movimiento de electrones. Así de sencillo. Si conseguimos mover electrones a través de un conductor (cable) hemos conseguido generar electricidad. Pero expliquemos un poco mejor todo esto.

   Para hablar de la electricidad debemos conocer el átomo. Esto no es un curso de química, por eso explicaremos solo lo necesario para entender la electricidad, sin profundizar demasiado, lo justo para entenderlo.

   La materia o cualquier material está formado por partículas muy pequeñas (no se ven a simple vista) llamadas átomos.

   Efectos de la electricidad
   Por ejemplo si hacemos pasar electricidad por un filamento, hilo enroscado, por un material llamado tungsteno o de wolframio, resulta que... ¡¡¡se genera luz!!!. ¿útil no?.

  Pero los efectos de la electricidad son muchos más. Los elementos que producen efectos al ser atravesados por la electricidad (e-) se llaman receptores. Veamos algunos de los principales:

   - Receptores luminosos: los que producen luz.

   - Receptores magnéticos: producen electromagnetismo.

   - Motores: producen giro.

   - Receptores Sonoros: producen sonido.

   Fíjate, gracias a la electricidad podemos construir bombillas, imanes, motores, timbres, etc. Por eso es tan importante.

*RESISTENCIA ELECTRICA: Sabemos que la corriente eléctrica es el paso de electrones por un circuito o a través de un elemento de un circuito (receptor). Conclusión la corriente eléctrica es un movimiento de electrones.

   Estos electrones por los conductores pasan muy a gusto por que no les impiden el paso, pero cuando llegan algún receptor, como por ejemplo una lámpara, para pasar a través de ella les cuesta más trabajo, es decir les ofrece resistencia a que pasen por el receptor. Además dependiendo del tipo de cable o conductor por el que pasen les costará más o menos trabajo. Eso esfuerzo que tienen que vencer los electrones (la corriente) para circular, es precisamente la Resistencia Eléctrica. Veamos todo esto mucho mejor.

 La Resistencia Eléctrica es la oposición o dificultad al paso de la corriente eléctrica. Cuanto más se opone un elemento de un circuito a que pase por el la corriente, más resistencia tendrá.

*POTENCIOMETRO:   Un potenció metro es una Resistencia Variable. Así de sencillo. El problema es la técnica para que esa resistencia pueda variar y como lo hace.

   Los potenció metros limitan el paso de la corriente eléctrica (Intensidad) provocando una caída de tensión en ellos al igual que en una resistencia,  pero en este caso el valor de la corriente y  la tensión en el potenció metro las podemos variar solo con cambiar el valor de su resistencia. En una resistencia fija estos valores serían siempre los mismos. Si esto no lo tienes claro es mejor que estudies las magnitudes eléctricas (enlace en lo subrayado). 

   El valor de un potenció metro viene expresado en ohmios (símbolo Ω) como las resistencias, y el valor del potenció metro siempre es la resistencia máxima que puede llegar a tener. La mínimo lógicamente es cero. Por ejemplo un  potenció metro de 10KΩ puede tener una resistencia con valores entre 0Ω y 10.000Ω.

*CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA:   

CORRIENTE CONTINUA 

la producen las baterías, las pilas y las dinamos. Entre los extremos de cualquiera de estos generadores se genera una tensión constante que no varia con el tiempo. Por ejemplo si la pila es de 12 voltios, todo los receptores que se conecten a la pila estarán siempre a 12 voltios (a no ser que la pila este gastada y tenga menos tensión). Si no tienes claro las magnitudes de tensión e intensidad, te recomendamos que vayas primero al enlace de la parte de abajo sobre las magnitudes eléctricas antes de seguir. 

  Además de estar todos los receptores a la tensión de la pila, al conectar el receptor (una lámpara por ejemplo) la corriente que circula por el circuito es siempre constante (mismo número de electrones) , y no varia de dirección de circulación, siempre va en la misma dirección, es por eso que siempre el polo + y el negativo son los mismos.

  CORRIENTE ALTERNA

   Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en las viviendas en los enchufes es de este tipo.

     En este tipo de corriente, la intensidad varia con el tiempo (numero de electrones) y además cambia de sentido de circulación a razón de 50 veces por segundo (frecuencia 50Hz).

*LA CORRIENTE ELECTRICA:

   La corriente eléctrica es un movimiento de electrones. Así de simple, si movemos electrones generamos corriente eléctrica. La cantidad de electrones que se mueven por segundo sería la Intensidad de la Corriente Eléctrica (I) y se mide en Amperios (A).

   Los electrones se mueven de átomo en átomo del material conductor, por ejemplo el cobre. Un átomo cede un electrón a otro átomo próximo a él y así sucesivamente.

*FLUKE APARATO DE MEDIDA: El fluke es un aparato de medida, también llamado polí metro o multí metro fluke. Realmente fluke es una marca, la del multímetro o polímetro más famoso del mercado, es el polí metro más usado por los profesionales.

   Con él podemos medir tensiones o voltajes en alterna y en continua, intensidades, resistencias, continuidad y comprobar el estado de los diodos y transistores.

   Veamos las partes, como se mide, los tipos que hay y su precio.

PARTES DE UN FLUKE:   Si te fijas el botón amarillo (Shift) sirve para cambiar de medida en el caso de que el selector se encuentre en una posición donde tengamos posibilidad de dos medidas: de color blanco y de color amarillo. Por ejemplo en la posición en que este la maneta o selector en la imagen tenemos una V de color blanca y el símbolo de corriente alterna encima, con lo que en esa posición mediremos tensión en alterna. Justo encima de ese símbolo hay un símbolo de corriente alterna y de color amarillo Hz (hertzios) que mide la frecuencia. Para Medir frecuencia en lugar de tensión deberemos tener pulsado la tecla Shift amarilla.

   En la parte de abajo del fluke tenemos los conectores (agujeros) de las dos pinzas (roja y negra). La pinza negra siempre va conectada en el del medio o común (COM) de color negro también. Para la roja tenemos dos posibilidades:

   - Si queremos medir intensidad en corriente alterna (por ejemplo una pila o batería) deberemos conectar la pinza roja en el conector de la izquierda donde pone A.

   - Para el resto de medidas conectaremos la pinza roja en el de la derecha.

   Las medidas realizadas las visualizaremos en el display y para el cambio de medida giraremos la maneta a la posición adecuada para cada medida.

*AMPERIMETRO:   El amperímetro es un aparato de medida utilizado para medir la intensidad o corriente eléctrica. Es el instrumento industrial más adecuado para medir intensidades. En la imagen siguiente puedes ver dos tipos diferentes, uno fijo y el otro portátil. En el esquema de la parte de abajo de la imagen puedes ver como es el símbolo del amperímetro utilizado en los circuitos eléctricos. Como ves es muy sencillo, simplemente es un círculo con una A mayúscula en su interior.

*VOLTIMETRO:  Un voltí metro es un instrumento de medida para medir las tensiones o diferencias de potencial (d.d.p.) entre dos puntos. Su símbolo para los circuitos es un circulo con una V dentro, como verás más adelante.

*CÁLCULOS CIRCUITOS DE UNA LAMPARA:

   Datos Del circuito Total:
It= Intensidad total que recorre el circuito
Vt= Tensión total del circuito (pila)
Rt= Resistencia total a recorrer el circuito

   Datos Del receptor o la lámpara
Il= Intensidad que recorre la lámpara
Vt= Tensión de la lámpara
Rt= Resistencia de la lámpara

   Cuando tengamos calculado todos estos datos el problema está resuelto. Lógicamente alguno de estos datos nos los darán como veremos en los ejemplos de más abajo.

   Si nos fijamos en el circuito resulta que en este caso la Intensidad que recorre la lámpara, es la misma que la del circuito, la tensión de la pila es a la que tendrá la lámpara, y la resistencia que ofrece al paso de la corriente todo el circuito, será la de la lámpara, ya qué es el único receptor en todo el circuito (pensando que los cables no tienen resistencia).

*CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO:

CIRCUITOS EN SERIE

  Las características de los circuitos en serie son:

   - Los elementos están conectados como los eslabones de una cadena (el final de uno con el principio del otro). La salida de uno a la entrada del siguiente y así sucesivamente hasta cerrar el circuito. Veamos una bombilla y un timbre conectados en serie:

 - Todos los elementos que se conectan en serie tienen la misma intensidad, o lo que es lo mismo, la misma intensidad recorre todos los elementos conectados en serie. Fíjate que la intensidad que sale de la pila es la misma que atraviesa cada receptor.

   It = I1 = I2 = I3 ......

   - La tensión total de los elementos conectados en serie es la suma de cada una de las tensiones en cada elemento: 

   Vt = V1 + V2 + V3 ....

   - La resistencia total de todos los receptores conectados en serie en la suma de la resistencia de cada receptor.

   Rt = R1 + R2 + R3 .....

CIRCUITOS EN PARALELO

   Las características de los circuitos en paralelo son:

   - Los elementos tienen conectadas sus entradas a un mismo punto del circuito y sus salidas a otro mismo punto del circuito.

   

   - Todos los elementos o receptores conectados en paralelo están a la misma tensión, por eso:

   Vt = V1 = V2 = V3 .....

   - La suma de la intensidad que pasa por cada una de los receptores es la intensidad total:

   It = I1 + I2 + I3 .....

*LA DINAMO Y EL ALTERNADOR:

DINAMO

   Para conseguir sacar la corriente generada en la espira, colocamos unos colectores que giren con cada uno de los extremos de la espira y unas escobillas fijas por donde sacamos la corriente (ver imagen de mas abajo). 

   Si nos fijamos en los colectores estos están cortados. El motivo es para que por fuera de la espira la corriente siempre vaya en el mismo sentido (corriente continua). Giremos mentalmente la espira y analicemos que si los colectores fueran anillos completos (sin cortar) la corriente por fuera de la espira saldría por la escobilla (fija sin moverse) en un sentido y cuando la espira gira media vuelta saldría por el sentido contrario, es decir estaríamos generando corriente alterna, y no sería una dinamo sería un alternador (generador de corriente alterna). Esto lo podemos ver en el dibujo de abajo en alternador.

ALTERNADOR

Esquema del alternador (igual pero los colectores sin cortar) La misma escobilla cambiaría de polaridad (polo + a -) en cada vuelta completa de la espira:

   

   Y por último si en lugar de una espira construimos un bobinado, es decir muchas espiras, tendremos una dinamo que produce mas corriente o mayor tensión en sus extremos y además constantemente. Hay que darse cuenta que con una sola espira cuando está perpendicular al campo (o fuera de el) los conductores de la espira no cortan el campo y por lo tanto no producen corriente, esto se evita poniendo más espiras en todos los ángulos.

   Hay que recordar que si no conectamos nada en los extremos, aunque no tengamos corriente, si que se genera un tensión od.d.p., que es la que hará que al conectar un receptor comience a circular corriente eléctrica por él.

*EL MOTOR ELÉCTRICO:

    Todo empezó gracias al científico Hans Christian Oersted que comprobó como colocando una espira alrededor de una brújula (cable enrollado), si hacia pasar una corriente por la espira, la aguja de la brújula (el imán) se movía. 

Los motores eléctricos :son máquinas eléctricas rotatorias. Transforman una energía eléctrica en energía mecánica. Tienen múltiples ventajas, entre las que cabe citar su economía, limpieza, comodidad y seguridad de funcionamiento, el motor eléctrico ha reemplazado en gran parte a otras fuentes de energía, tanto en la industria como en el transporte, las minas, el comercio, o el hogar. 

*CONSUMO ELECTRODOMÉSTICOS Y AHORRO DE ENERGIA:

   Lógicamente el frigorífico se lleva el 30% de nuestra factura eléctrica por que esta enchufado 24 horas al día, pero no es el que más consume por hora al conectarlo. El que más consume es el que más potencia tiene. Para saber la potencia de un aparato solo hay que mirar en la placa de características del aparato y ver su potencia, que vendrá en vatios (w) o Kilovatios (Kw).

Ejemplos de potencias orientativas son:

   Horno 1200w, Secador de pelo 1200w, máquina de afeitar 15w, aspiradora 1200w, tv entre 60 y 150w, lavadora 2000w, cocina eléctrica 3000w, frigorífico entre 100 y 200w, lavavajillas entre 2500 y 3000w, etc. Ojo esto es muy variable dependiendo la marca, su eficiencia, etc.

   Como ves los que más consumen, si los conectamos, son el lavavajillas, la cocina eléctrica y la lavadora.

  El consumo de los electrodomésticos supone aproximadamente un 80% del consumo total en la vivienda, el 20% restante corresponde a la iluminación.

  El StanBy será ese consumo que producen los electrodomésticos por estar enchufados a la red cuando no los usamos. También se puede llamar consumo fantasma. Veamos algún ejemplo.

    El consumo fantasma o StandBy se origina por el simple hecho de estar un aparato electrónico enchufado a la red eléctrica. Los aparatos electrónicos llevan un transformador para convertir la tensión de nuestra casa que es de 220V a 12V o a la tensión de funcionamiento de los distintos aparatos que tenga el electrodoméstico. Este transformador estará siempre funcionando, mientras no apaguemos la corriente del todo en el electrodoméstico. Por ejemplo la luz o led que hay en los electrodomésticos, normalmente roja, para decirnos que no está encendido, lógicamente ya necesita el uso del transformador. ¿Cuanto consume el consumo fantasma? Pues unos 5W por aparato.

*EXPERIMENTOS DE ELECTRICIDAD:

  Batería Eléctrica con un Limón (patata, manzana, etc.)
    Una batería se compone de dos metales o electrodos (cátodo y ánodo) y un electrolizo. Un electrolizo es un líquido conductor; es aquí donde el jugo del limón, la patata o de una manzana ejerce su función. Si quieres saber más sobre como funciona una batería visita el siguiente enlace: Bateria y Acumuladores.
   Para este experimento usaremos un limón, una moneda (son de cobre) y un tornillo o clavo galvanizado (está recubierto de zinc).

 La moneda será el ánodo, el tornillo será el cátodo, es decir serán los terminales de la batería, y el limón será el electrolizo (líquido conductor).

   Insertaremos a un lado del limón el clavo o tornillo y al otro lado la moneda, estando siempre en contacto los dos metales con el jugo del limón. Esta será nuestra batería.

  Ya sabemos que la electricidad es simplemente un movimiento de electrones de un sitio a otro. Si conseguimos mover electrones por un circuito habremos generado electricidad. 

  La patata, la manzano o el limón no generan electricidad por si solos, pero los tres contienen ácido ascórbico. Este ácido o jugo del limón es el que va hacer de electrolizo (conductor) de nuestra pila.

  Gracias al ácido ascórbico del limón (jugo) se oxidan los dos metales en contacto con él y se liberan electrones en el ánodo (tornillo = zinc) y actuará de polo negativo de la batería. Estos electrones liberados tenderán a moverse hacia el cátodo (moneda = cobre) actuando de polo positivo y produciéndose una corriente eléctrica por el interior del limón.

*RIESGOS ELECTRICOS: Los riesgos eléctricos son todos aquellos riesgos derivados del uso de la electricidad.

   Si nos fijamos en el diccionario:

   Riesgo: Posibilidad de que se produzca un contratiempo o una desgracia, de que alguien o algo sufra perjuicio o daño.

   Pues en nuestro caso podríamos definir el riesgo eléctrico como:

   Riesgo Eléctrico: Posibilidad de que se produzca un contratiempo o una desgracia, de que alguien o algo sufra perjuicio o daño por el uso de la electricidad.

LA CORRIENTE ELECTRICA:

♥       BOMBILLA: La energía eléctrica se transforma en luz y calor.

♥       TIMBRE: la energía eléctrica se transforma en sonido.

♥       VENTILADOR: la energía eléctrica se transforma en movimiento.

COMPONENTES DE UN CIRCUITO:

La energía de la pila produce una corriente eléctrica que va de la pila a la bombilla por un conductor y vuelve a la pila. Si abrimos el circuito, no hay corriente eléctrica.

En general, los circuitos eléctricos constan de generadores, conductores, receptores y elementos de maniobra.

GENERADORES:

La tensión o voltaje provoca el movimiento de cargas eléctricas, es decir, la corriente eléctrica. Para que esta corriente fluya tiene que haber dos puntos con diferente tensión.

El voltaje de la red eléctrica suele ser de 220 V. La electricidad se genera en las centrales eléctricas y se transporta a través de la red por medio de largos tendidos de cables.

CONDUCTORES:

Son buenos conductores de la electricidad los metales (cobre, plata, oro, etc.) y sustancias como el grafito (presente en la mina de lápiz).

Son malos conductores de la electricidad los llamados aislantes (madera, vidrio, corcho, etc.). Algunos aislantes, como el plástico, se utilizan para recubrir los conductores y así, se protege a las personas de posibles descargas eléctricas.

RECEPTORES Y ELEMENTOS DE MANIOBRA:

♥       La bombilla es un receptor. Al paso de la corriente su filamento se pone incandescente y produce luz y calor.

♥       En el caso de los motores influye la forma en que se conectan. La corriente puede circular en ambos sentidos; al cambiar el sentido de la corriente, cambia el del giro del motor.

ESQUEMA DE CIRCUITO:           

En los esquemas, cada componente tiene un símbolo establecido:  

ACTIVIDAD: AISLANTES Y CONDUCTORES

CONDUCTORES:

♥       metales.

♥       agua.

NO CONDUCTORES:

♥       plástico.

♥       madera.

♥       Papel.

♥       Vidrio.

CIRCUITOS EN SERIE:

En los circuitos en serie los elementos están conectados uno a continuación del otro. Solo hay un camino por el que pasa la corriente eléctrica.

♥       La intensidad es única en todos los puntos del circuito.

♥       La tensión o el voltaje se reparte entre los diferentes componentes. Las bombillas de un circuito en serie lucen menos que cada una por separado.

EJM: la corriente electrice se reparte entre varios caminos.

CIRCUITO EN PARALELO:

♥       La corriente eléctrica se reparte por las ramas donde se sitúan los componentes.

♥       El voltaje de cada componente es el mismo. Las bombillas lucen más que si estuvieran conectadas en serie.

EJM: si se quita o se funde una bombilla el resto sigue funcionando.

MAYO 25/2016

TALLER DE EJERCICIOS DE LA ELECTRICIDAD

   1. Partículas que forman el átomo, descripción de cada una de ellas.

    2. Define corriente eléctrica.

3. ¿Qué son materiales aislantes y conductores?

4. Define semiconductores.

5. Define e indica la unidad en la que se mide: a) Voltaje. b) Intensidad de corriente eléctrica. c) Resistencia eléctrica.

6. Elementos de un circuito eléctrico.

 7. Receptores.

8. Elementos de protección.

9. Explica la ley de Ohm.

10. Define potencia y energía.

DESARROLLO:

1. El atomo está formado por tres tipos de partículas que tienen distintas propiedades según las cargan electrónicas que posean:

NUCLEO: se encuentran dos tipos de partículas distintas, cuyo peso es muy similar: unas se llaman neutrones su denominación se debe a que son neutros eléctricamente; por otra parte están los protones que poseen carga positiva.

ELECTRONES: Alrededor del núcleo se encuentran unas partículas llamadas electrones que tienen carga negativa y cuyo peso es insignificante. Según los distintos modelos atómicos se fueron elaborando distintas hipótesis con respecto a la disposición de los electrones.

NUBE CON CARGA: Actualmente se cree que se encuentran formando como una nube con carga negativa alrededor del núcleo positivo.

2. La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor por el que circula la corriente que se desea medir.

3. MATERIALES AISLANTES:

 Se produce cuando se cubre un elemento de una instalación eléctrica con un material que no es conductor de la electricidad, es decir, un material que resiste el paso de la corriente a través del elemento que alberga y lo mantiene en su desplazamiento a lo largo del semiconductor. Dicho material se denomina aislante eléctrico.

MATERIALES CONDUCTORES:

Son materiales cuya resistencia eléctrica al paso de la electricidad es muy baja. Los mejores conductores eléctricos son metales, como el cobre, el oro, el hierro y el aluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) o cualquier material en estado de plasma.

4. Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.