TEMA 4: La electricidad El electrón es una partícula diminuta situada en la corteza del átomo. Tiene carga negativa. Cuando los electrones se mueven, generan CORRIENTE ELÉCTRICA. CARGA ELÉCTRICA (Q): Es una propiedad de algunas partículas, relacionada con los fenómenos eléctricos. La carga eléctrica se mide en CULOMBIOS (C). La carga del electrón es muy pequeña, se necesitan 6,24.1018 e- para juntar una carga de 1C. MAGNITUDES ELÉCTRICAS FUNDAMENTALES VOLTAJE (V): Es el paquete de energía que lleva cada una de las cargas eléctricas. Se mide en VOLTIOS (V). V=E/Q E energía INTENSIDAD(I): Es la cantidad de cargas eléctricas que atraviesan un conductor en un tiempo. Se mide en AMPERIOS (A). I=Q/t t tiempo (segundos) RESISTENCIA (R): Es la oposición al paso de la corriente que presentan los distintos elementos de un circuito. Se mide en OMHIOS (). LA LEY DE OHM La ley de Ohm relaciona el valor de la resistencia de un conductor con la intensidad de la corriente y con el voltaje entre sus extremos. V= I.R I = V/R R = V/I En esta expresión observamos que la energía eléctrica (V) se puede emplear en que los electrones circulen más rápido (I) o en vencer impedimentos al paso de la corriente (R) CIRCUITO ELÉCTRICO Y SUS ELEMENTOS Un circuito eléctrico es un camino cerrado por el que puede circular la corriente eléctrica. En un circuito podemos encontrar los siguientes elementos: Receptores Generadores Conductores Elementos de maniobra Elementos de protección Los distintos elementos de un circuito se representan mediante símbolos eléctricos en un esquema eléctrico. 1. 2. 3. 4. Generador Receptor Elemento de maniobra conductores RECEPTORES Elementos de un circuito que reciben la energía eléctrica y la transforman en la energía que se necesite. La electricidad no se destruye pero si se transforma debido a distintos efectos. EFECTO JOULE (TÉRMICO) :Cuando la resistencia y la intensidad son elevadas los electrones chocan entre sí dentro del conductor, este rozamiento se transforma en calor. Por lo tanto, en las resistencias la energía eléctrica se transforma en calor. Esto es útil en planchas, hornos, tostadoras,… pero indeseable en el transporte de electricidad. EFECTO LUMÍNICO: En una bombilla el filamento es de wolframio, un metal que presenta bastante resistencia y que se calienta por efecto Joule, poniéndose al rojo vivo sin fundirse. De esta forma se consigue irradiar luz. EFECTO MAGNÉTICO: Los experimentos de Oersted demostraron que las corrientes eléctricas provocan la aparición de campos magnéticos. En esto se basa el electroimán. La potencia del electroimán dependerá del tamaño del núcleo de hierro (1), del número de espiras de la bobina (2) y del voltaje de la pila (3). EFECTO MECÁNICO:Consecuencia del efecto magnético se construyen los motores que transforman la electricidad en movimiento. EFECTO ACÚSTICO: Los timbres y zumbadores también se basan en el efecto magnético. EFECTO QUÍMICO: Existen reacciones químicas de intercambio de electrones de donde podemos obtener electricidad (pilas). Alguno de estos procesos son reversibles y la energía eléctrica se transforma en química pudiéndose, así, recargar pilas y baterías. A+B C + D + electricidad GENERADORES Elementos de un circuito que proporcionan energía eléctrica por la transformación de otras energías. Existen generadores de distintos tipos: CÉLULAS FOTOVOLTAICAS: Se basan en los trabajos de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico. Las células fotovoltáicas tiene dos capas de silicio dopado de forma que en la capa exterior sobran electrones y en la interior faltan. La energía del Sol es suficiente para que los electrones salten de una capa a otra produciendo al moverse pequeñas corrientes eléctricas. Sumadas las de muchas células producen una corriente suficiente. ELECTROMAGNÉTICOS: Se basan en los experimentos de Faraday. Michael Faraday descubrió que en un conductor cercano a un imán en movimiento aparecía una corriente eléctrica (fenómeno de inducción electromagnética). Transforman el movimiento en energía eléctrica. Son las DINAMOS (corriente contínua)y los ALTERNADORES (corriente alterna). PILAS: Se basan en los hallazgos de Volta, que descubrió que ciertas reacciones químicas producen corrientes eléctricas. Una pila consta de dos electrodos ÁNODO y CÁTODO (dos metales) y un electrolito (líquido conductor: agua, ácido,…) La reacción entre los metales producen corrientes de electrones ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Estos elementos proporcionan protección al circuito y a las personas. Están en el cuadro de protección y distribución de nuestras viviendas (interruptores automáticos y diferenciales) y en los aparatos, coches, bases de enchufe.. (FUSIBLES) FUSIBLES: Protegen de las subidas de tensión. Ante una sobrecarga su filamento se calienta por lo que se funde y abre el circuito, impidiendo que la corriente llegue al aparato. ELEMENTOS DE MANIOBRA Estos elementos permiten controlar el paso de la corriente. Existen distintos tipos: PULSADOR: - Dos contactos: Entrada y salida - Dos posiciones: Abierto/Cerrado - Monoestable: Una posición permanente, la otra solo existe si mantenemos el pulsador pulsado. Existen dos tipos de pulsadores, NA (normalmente abierto) y NC (normalmente cerrado) INTERRUPTOR: - Dos contactos: Entrada y salida. - Dos posiciones: Abierto/Cerrado. - Biestable: Cambia de posición al pulsarlo y permanece en ella. CONMUTADOR: - Tres contactos: Una entrada y dos salidas. - Dos posiciones: ES1/ES2, es un selector de caminos. - Biestable Pulsador NA NC Interruptor Conmutador ACOPLAMIENTO DE RECEPTORES. CÁLCULOS EN CIRCUITOS. TIPOS DE ACOPLAMIENTOS Los receptores de un circuito se pueden acoplar de dos formas: En SERIE y en PARALELO La combinación de ambos acoplamientos da lugar a un circuito MIXTO. SERIE: Sólo hay un cable, un camino por el que circula la corriente eléctrica. Los receptores se colocan todos en el mismo cable un a continuación del otro. PARALELO: Existen varios caminos, cables para salir y llegar a la pila. En cada un de estos cables se sitúa un receptor. CIRCUITOS EN SERIE En un circuito en serie: ✔ La intensidad que circula por el circuito es siempre la misma. ✔ El voltaje que proporciona la pila se reparte entre los receptores. ✔ Los electrones van a tener que atravesar ambos receptores, por lo que la resistencia total del circuito será la suma de las de los receptores. I T = I 1 = I2 VT = V1 + V2 RT = R1 + R2 CIRCUITOS EN PARALELO En un circuito en paralelo: ✔ La intensidad se reparte por las distintas ramas, por lo que a los receptores le llega distinta intensidad. ✔ Los receptores están directamente unidos a la pila por lo que llega todo el voltaje a cada receptor. ✔ Los electrones escogerán un camino y pasarán por un único receptor. La resistencia total del circuito será la suma de las inversas de los receptores. I T = I1 + I2 VT = V1 = V2 1/RT = 1/R1 + 1/R2 CARACTERÍSTICAS DE LOS CIRCUITOS EN SERIE Y EN PARALELO SERIE • Si se estropea un receptor el PARALELO • resto deja de funcionar. • La resistencia total es mayor Si se estropea un receptor el resto sigue funcionando. • La resistencia total es menor que la mayor de las resis- que la menor de las resisten- tencias cias • Consume más voltaje el re- • ceptor de mayor resistencia. • Funciona con más fuerza Circula más intensidad por el receptor de menor resistencia. • Funciona con más fuerza (bombilla alumbra más, mo- (bombilla alumbra más, motor tor gira a más velocidad,..) el gira a más velocidad,..) el re- receptor de mayor resisten- ceptor de menor resistencia. cia. • Dos receptores que presenten la misma resistencia acoplados en paralelo funcionan con más fuerza que acoplados en serie. • Las pilas se agotan antes para receptores iguales acoplados en paralelo que acoplados en serie POTENCIA Y ENERGÍA ELÉCTRICA La ENERGÍA ELÉCTRICA (E) que se consume en los circuitos tiene que ver con la potencia de los distintos receptores y el tiempo (t) que están funcionando. La POTENCIA ELÉCTRICA (P) nos indica la energía que se consume por unidad de tiempo. Se mide en vatios (W) o en kilovatios (kW). Los distintos aparatos suelen llevar indicada su potencia. Las magnitudes eléctricas relacionadas con la energía y con el tiempo son, respectivamente, el voltaje y la intensidad. Las expresiones que nos permiten calcular energía y potencia son: P=V.I E=P.t E=V.I.t La energía eléctrica puede expresarse en dos unidades: Sistema internacional: Se expresa en Julios (J) La potencia y el tiempo también se expresan en el sistema internacional, es decir, en vatios (W) y en segundos (s) Compañía de la luz: Se expresa en kilovatios por hora (kW.h) La potencia se da en kilovatios (kW) y el tiempo en horas (h). Coste de la energía eléctrica consumida: Para calcular lo que nos cuesta la energía que consume un aparato hay que calcular la energía expresada en kW.h y multiplicarlo por el precio de la energía eléctrica que dé la compañía de la luz. COSTE = ENERGÍA consumida . PRECIO
