Unidad 2: Electricidad

Unidad 2: Electricidad
Unidad 2: Electricidad
ÍNDICE DE LA UNIDAD:
3.Introducción.
4.Tipos de cargas eléctricas.
5.La corriente eléctrica
6.Elementos de un circuito eléctrico.
7.Magnitudes eléctricas.
5.1. Voltaje.
5.2. Intensidad.
5.3. Resistencia.
5.4. Potencia eléctrica.
6. Ley de Ohm.
7. Simbologías eléctrica.
8. Circuitos eléctricos. Tipos y medición de magnitudes eléctricas.
1. Introducción.
Carga y corriente eléctrica
Unidad 2: Electricidad
ANTES DE LA ELECTRICIDAD
ILUMINACIÓN
JUEGOS
LAVADORA
ERA DE LA ELECTRICIDAD
ENTRETENIMIENTO
1. Introducción.
Carga y corriente eléctrica
Unidad 2: Electricidad
El término electricidad deriva del
Griego "electrón“ (“Elektrón”), que
significa "ámbar" (el filósofo Griego
Tales de Mileto, se percató de que al
frotar una varilla de ámbar con lana o
piel, se creaba una atracción hacia
otros cuerpos en la vecindad, e
incluso se producían chispas)
video
ÁMBAR
LANA
PIEL
Carga y corriente eléctrica
Unidad 2: Electricidad
La electricidad y el magnetismo son
fenómenos que observaban los antiguos
griegos. La Electricidad la producían
cuando frotaban un pedazo de ámbar el
cual se electrificaba, atraía pedazos de
paja. También supieron de las fuerzas
magnéticas observando que la piedra
magnetita (Fe3O4) era atraída por el
hierro. En electricidad, se usan términos
tomados del griego como la palabra
eléctrico que proviene de elektron,
palabra griega para ámbar. La palabra
magnético proviene de Magnesia, nombre
de la provincia griega donde por primera
vez se encontró la magnetita.
1. Introducción.
MAGNETITA
Carga y corriente eléctrica
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1. Introducción.
La electricidad: Es una forma invisible de energía que produce como
resultado la existencia de unas diminutas partículas llamadas
ELECTRONES LIBRES en los átomos de ciertos materiales o sustancias.
Estas partículas, al desplazarse a través de la materia, constituyen lo
que denominamos una corriente eléctrica.
Es un agente físico que llena la estructura atómica de la materia, y todo
lo que vemos , sentimos y ocupa un lugar en el espacio, esta constituido
por diminutas partículas o corpúsculos de electricidad, denominados
electrones. La electricidad no es un invento del hombre sino una fuerza
natural; esta fuerza o fenómeno físico se origina por cargas eléctricas
estáticas o en movimiento . Cuando una carga se encuentra en reposo
produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se
desplaza produce también fuerzas magnéticas.
Carga y corriente eléctrica
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La electricidad en su manifestación natural mas
imponente seria el relámpago, que se producen
cuando se establece una diferencia de potencial
elevada y son descargas eléctricas que se
produce entre la tierra y las nubes conocidas
comúnmente como nubes cumulonimbus, las
diferencias de potencial entre la nube y la tierra al
momento de producirse la descarga, son del orden
del millón de voltios (1.000.000V) y la corriente
que atraviesa el aire durante la descarga, es del
orden de los 10.000 amperes (10.000 A)
La generación de energía eléctrica consiste en
transformar alguna clase de energía química,
mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en
energía eléctrica
1. Introducción.
Carga y corriente eléctrica
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Los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron considerados
como independientes hasta 1820, cuando su relación fue
descubierta por casualidad.
Hans Oersted estaba preparando su clase de física en la
Universidad de Copenhague, una tarde del mes de abril, cuando
al mover una brújula cerca de un cable que conducía corriente
eléctrica notó que la aguja giraba hasta quedar en una posición
perpendicular a la dirección del cable. Más tarde repitió el
experimento una gran cantidad de veces, confirmando el
fenómeno. Por primera vez se había hallado una conexión entre
la electricidad y el magnetismo, en un accidente que puede
considerarse como el nacimiento del electromagnetismo.
Pocos días después de enterarse del hallazgo de Oesterd, fue el
científico francés Andre-Marie Ampere quien logró formular
este importante descubrimiento en términos matemáticos
sólidos. Ampere propuso formalmente que una corriente
eléctrica produce un campo magnético.
1. Introducción.
Hans Oersted
André-Marie Ampère
Carga y corriente eléctrica
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1. Los polos magnéticos opuestos se atraen y
los polos iguales se repelen.
2. Una corriente eléctrica circulando por un
conductor genera un campo magnético.
3. Un conductor moviéndose dentro de un
campo magnético provoca que se genere a
través de el una corriente eléctrica.
4. Un conductor por el que circula una corriente
eléctrica, moviéndose a través de un campo
magnético queda sometido a una fuerza.
1. Introducción.
Hans Oersted
¿Qué entender por electricidad?
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1. Introducción.
Experimentación
1. Bobinado cable de cobre barnizado alrededor de un elemento metálico
(p.e. un tornillo) y haciendo pasar a través de el una corriente eléctrica,
comprobar la creación de un campo magnético.
2. Usando un conductor de cobre, conectado a sus extremos a un polímetro
y en posición de intensidad, comprobar que al moverlo dentro de un campo
magnético se genera en el conductor una corriente eléctrica.
Material necesario: un tornillo de acero, cable de cobre barnizado, un
polímetro y un imán.
2. Tipos de cargas eléctricas.
Tipos de cargas
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Positivas (+)
Existen 2 tipos
de cargas
Negativa (-)
Un cuerpo está compuesto
por muchas cargas.
Positivas (+)
Existen 3 tipos de
cuerpos según su
carga eléctrica neta.
Negativa (-)
Neutro
Tipos de cargas
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2. Tipos de cargas eléctricas.
Positivo
+ – + –
+ + +
Negativo
–
–
+
+
–
–
Neutro
+ + +
– – –
Cargas + = 5
Cargas – = 2
Carga total = +3
Cargas + = 2
Cargas – = 4
Carga total = -2
Cargas + = 3
Cargas – = 3
Carga total = 0
2. Tipos de cargas eléctricas.
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Tipos de cargas
a) La electrostática es la rama de la física que estudia los
fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas
estáticas.
b) La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una
acumulación de cargas eléctricas en un objeto. Esta
acumulación puede dar lugar a una descarga eléctrica cuando
dicho objeto se pone en contacto con otro.
¿Qué le ocurre a un peine de plástico cuando se frota
con el pelo?
Benjamin Franklin
Experiencia: frotar un peine con
el pelo y acercarlo a un hilo de
agua o a unos papelillos
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2. Tipos de cargas eléctricas.
a) El generador de Van der Graaff, GVG: Consta de una correa
transporta la carga eléctrica que se forma en la ionización del aire
por el efecto de las puntas del peine inferior y la deja en la parte
interna de la esfera superior.
Material
es
más
positivo
s
aire
vidrio pulido
fibra sintética
piel de conejo
mica
lana
piel de gato
plomo
aluminio
papel
Material
es
neutros
algodón
papel
ebonita
acero
madera
caucho
resina
cobre
níquel
plata
azufre
vidrio sin pulir
acetato(celuloi
de)
poliéster
poliuretano
polipropileno
vinilo (PVC)
silicona
Material
es
más
teflón
negativo
s
Los materiales que
están más
próximos al
extremo más
negativo, tienen
propensión a
adquirir carga
eléctrica negativa
al rozar con
materiales
situados encima
de ellos.
Los materiales
más próximos al
extremo más
positivo tienen
tendencia adquirir carga eléctrica
positiva al rozar
con los situados
debajo de ellos.
Para adquirir una
carga máxima los
materiales puestos
en contacto debe
estar lo más
apartados posible
el uno del otro en esta lista
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a)
b)
2. Tipos de cargas eléctricas.
"La Bobina de Tesla es un generador electromagnético que produce altas tensiones
de elevadas frecuencias (radiofrecuencias) con efectos observables como
sorprendentes efluvios, coronas y arcos eléctricos.
Su nombre se lo debe a Nikola Tesla, un brillante ingeniero que vivió en la segunda
mitad del siglo pasado y a principios de éste y que en 1891, desarrolló un equipo
generador de alta frecuencia y alta tensión con el cual pensaba transmitir la energía
eléctrica sin necesidad de conductores."
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3. La corriente eléctrica.
La corriente eléctrica es un fenómeno originado por el movimiento que experimentan los
electrones, partículas de masa casi nula, que se encuentran entorno al núcleo del átomo.
Decimos que los electrones tienen carga eléctrica negativa (-), mientras que los protones,
situados en el núcleo del átomo, tienen carga positiva (+). Los cuerpos pueden estar cargados
positiva o negativamente como consecuencia del defecto o exceso electrones.
En determinados materiales, que denominamos conductores, es posible hacer fluir los
electrones de un extremo al otro de los mismos, estableciéndose entonces una corriente
eléctrica.
El camino por el que se desplazan los electrones es lo que denominamos circuito eléctrico,
que podemos definir también como el un conjunto de elementos interconectados que
permiten el paso de la corriente eléctrica.
Para que haya un movimiento de electrones, como mínimo, debe existir una diferencia de
carga entre dos puntos.
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3. La corriente eléctrica.
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4. Elementos de un circuito eléctrico.
•Generadores: Son los elementos encargados de suministrar la energía al circuito, creando
una diferencia de potencial entre sus terminales que permite que circule la corriente
eléctrica. Los elementos que se encargan de esta función son: las pilas, baterías, dinamos y
alternadores.
•Conductores: Son materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica, por lo que se
utilizan como unión entre los distintos elementos del circuito. Generalmente son cables
formados por hilos de cobre trenzado y recubiertos por un aislante plástico.
•Receptores: Son los componentes que reciben la energía eléctrica y la transforman en otras
formas más útiles para nosotros como: movimiento, luz, sonido o calor.
Algunos receptores muy comunes son: las lámparas, motores, estufas, altavoces,
electrodomésticos, máquinas, …
•Elementos de control: Estos elementos nos permiten maniobrar con el circuito conectando y
desconectando sus diferentes elementos según nuestra voluntad. Los elementos de control
más empleados son los interruptores, pulsadores y conmutadores.
•Elementos de protección: Estos elementos tienen la misión de proteger a la instalación y sus
usuarios de cualquier avería que los pueda poner en peligro. Los más empleados son los
fusibles, automáticos, térmicos y los interruptores diferenciales de protección.
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4. Elementos de un circuito eléctrico.
RECEPTORES
ELEMENTOS DE CONTROL
Bombilla
Interruptor
CONDUCTOR
Cable
GENERADOR
Motor
Pila
Fusible
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN
4. Elementos de un circuito eléctrico.
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Son dispositivos que originan y proporcionan la energía necesaria
para que circule la corriente eléctrica en un circuito.
Pilas
Batería
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4. Elementos de un circuito eléctrico.
Sirven para unir los elementos del circuito y les hace llegar la
electricidad.
La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que presentan gran
resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los conductores tienen cargas libres y que
pueden moverse con facilidad. Los átomos de la materia están constituidos por un núcleo cargado
positivamente, alrededor del cual giran a gran velocidad cargas eléctricas negativas.
En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden pasar libremente de
un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial (o tensión eléctrica) entre los
extremos del conductor.
Cables
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4. Elementos de un circuito eléctrico.
Son dispositivos que sirven para dirigir o interrumpir a voluntad el
paso de la electricidad.
Interruptor
Pulsador
Conmutador
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4. Elementos de un circuito eléctrico.
Son dispositivos que detectan las subidas de tensión e interrumpen el paso de la
electricidad para evitar que los elementos del circuito de más valor o las personas que los
manejan sufran daños.
El interruptor magneto-térmico protege contra sobrecargas y
cortocircuitos, provocando la desconexión de la fuente de
alimentación cuando circula a través de él, una intensidad de
valor mayor a la nominal del propio interruptor.
La labor del interruptor diferencial es algo más compleja, su
función básica es la de proteger a las personas de los contactos
indirectos
El principio del fusible está basado en que al ser construido
mediante una aleación metálica al circular una corriente
elevada o sobreintensidad que exceda el valor predeterminado
del fusible se funde interrumpiendo el circuito protegiéndolo.
4. Elementos de un circuito eléctrico.
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Son dispositivos a los que llega la electricidad y la transforman en otro tipo de energía
( luz, calor, sonido, movimiento,…)
Motor
Bombilla
Timbre
Resistencia
Métodos de electrización
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5. Magnitudes eléctricas
La unidad de carga eléctrica, en el Sistema Internacional de Unidades,
¿En qué unidad
se denomina culombio (símbolo C). Así un culombio se corresponde con
se mide
18
la carga de 6,24 × 10
electrones aproximadamente.
la carga eléctrica?
Charles Coulomb
(1736 – 1806)
Físico francés
El culombio (símbolo C) se define como la cantidad de carga que a la
distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerza
de 9x109 N.
La carga de un electrón vendrá dada por la siguiente expresión y
equivale a 1.6 x 10-19 culombios.
Interacción de cargas. Cargas del mismo
signo se repelen y de distinto signo se
atraen.
5. Magnitudes eléctricas
Voltaje
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Alessandro Volta
(1745-1827)
Inventor de la pila
voltaica
La tensión, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud física
que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito
eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica. La
diferencia de potencial también se define como el trabajo por unidad
de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada,
para moverla de un lugar a otro.
Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante
un conductor, se producirá un flujo de electrones.
El voltio o volt (símbolo V), es la unidad derivada del SI para
el potencial eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje
Pilas ideadas por
Alessandro Volta
Voltaje
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5. Magnitudes eléctricas
La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de
tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los
electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de
Unidades se expresa en C·s-1 (culombios sobre segundo), unidad que se
denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un
movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se
aprovecha en el electroimán.
André-Marie Ampère
(de 1775 - † 1836), fue
un matemático y físico
francés, uno de los
descubridores
del
electromagnetismo
La corriente eléctrica está definida por convenio en el
sentido contrario al desplazamiento de los electrones.
Voltaje
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5. Magnitudes eléctricas
Se denomina resistencia eléctrica, simbolizada habitualmente como
R, a la dificultad u oposición que presenta un cuerpo al paso de una
corriente eléctrica para circular a través de él.
Georg Simon Ohm
(Alemania,
1789-1854)
Físico alemán. Descubridor
de la ley de la electricidad
que lleva su nombre
En el Sistema Internacional de
Unidades, su valor se expresa en
ohmios, que se designa con la
letra griega omega mayúscula, Ω.
Voltaje
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5. Magnitudes eléctricas
1. Calcula el valor de las resistencias:
1. Calcula el valor de la resistencia de un cable:
Calcular la resistencia que ofrece, al paso de la corriente eléctrica, un alambre de aluminio, de 1 metro de longitud, con
una sección transversal de 0,1 mm2.
5. Magnitudes eléctricas
Voltaje
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Se denomina potencia eléctrica al cociente entre la energía disipada por
un elemento y el tiempo que este está activo y se simbolizada como W.
La energía disipada por un elemento viene dada por el efecto Joule, que
determina que una corriente circulando por un elemento provoca un
calentamiento del mismo.
James Watt
(1736-1819)
En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en vatios,
que se designa con la letra doble uve, w. Su denominación (watio) viene
en honor del británico James Watt inventor de la máquina de vapor.
Potencia
Energía
Ley de Joule
Potencia
Tiempo
Intensidad de corriente
voltaje
Voltaje
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5. Magnitudes eléctricas
El efecto Joule fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de
energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende
directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo
que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el
mismo al paso de la corriente". Matemáticamente se expresa como
James Prescott Joule
1818 - 1889
físico inglés nacido en
Salford, Manchester.
E = I2 × R × t
Unidad de energía en Julios
En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, las
tostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente como
soldadoras, etc., en los que el efecto útil buscado es, precisamente, el calor que desprende el
conductor por el paso de la corriente.
Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón por la que los
aparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que disminuya el calor generado y
evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos como podían ser los circuitos
integrados o las bombillas incandescentes que producen más energía calorífica que lumínica.
La unidad internacional de energía y trabajo, el Julio , fue bautizada en su honor.
6. Ley de Ohm
Voltaje
Unidad 2: Electricidad
La Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un
conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e
inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar
matemáticamente en la siguiente ecuación:
I=
V
R
E = I2 × R ×Rt =
V
V=IxR
Unidad de energía en Julios
I
donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que:
•I = Intensidad en amperios (A)
•V = Diferencia de potencial en voltios (V) ó (U)
•R = Resistencia en ohmios (Ω).
Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando la resistencia del conductor varía con la
temperatura, y la temperatura del conductor depende de la intensidad de corriente y el
tiempo que esté circulando.
Voltaje
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6. Ley de Ohm
1. Calcular la caída de tensión entre los extremos de una resistencia de 50 Ω por la que
circula una intensidad de 0,05 A. Sol. (2,5 v)
2. Calcular la intensidad que circula por un circuito de 100 Ω de resistencia conectado a
una fuente de tensión de 50 v. Sol ( 0,1 A)
3. Calcular la intensidad que circula por un cable de acero de 100 m de longitud y 0,5 mm2
de sección, sabiendo que entre sus extremos se aplicó una tensión de 100 v.
Datos: racero= 0,25 Ω.mm2/m sol. ( 2 A)
7. Simbología
Voltaje
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1. GENERADORES DE TENSIÓN
2. CONDUCTORES ELÉCTRICOS
3. ELEMENTOS DE CONTROL
Pila
Batería
Pulsador
Toma de corriente alterna
Conmutador
5. ELEMENTOS DE
PROTECCIÓN
4. RECEPTORES ELÉCTRICOS
Fusible
Timbre
Zumbador
6. ELEMENTOS DE MEDICIÓN