Corriente y voltaje

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Corriente y voltaje

  1. 1. ELECTRICIDAD. CIRCUITOS ELÉCTRICOS. CORRIENTE CONTÍNUA Y CORRIENTE ALTERNA Origen de los fenómenos eléctricos. Los átomos están formados por un núcleo central donde se encuentran los protones (+) y los neutrones (sin carga) y una órbitas alrededor de éste donde se sitúan los electrones ( - ) que giran. Cargas del mismo signo se repelen y cargas de distinto signo se atraen: + + + Como la materia es neutra, debe haber el mismo número de protones que de electrones en un átomo pero como los protones están muy ligados al núcleo es muy difícil que lo abandonen. Sin embargo, los electrones necesitan solo un pequeño “empujón” aporte de energía para escapar del átomo. Al escapar un electrón, conseguimos una carga negativa (el electrón e - ) y una carga positiva (el resto del átomo ) catión electrón + - - - + energía = + + - De aquí se desprende una consecuencia. La carga negativa existe por sí misma, mientras que la carga positiva es el resultado de la ausencia de la negativa. Concepto de cantidad de carga. Cantidad de carga de un cuerpo es el número de e- que tiene en exceso o en defecto. Pero la carga del e- es muy pequeña, por eso se usa una unidad mayor que definió el francés Charles de Coulomb. 1 Culombio = 6,3 x 1018 e- Concepto de corriente eléctrica. Cuando se ponen en contacto dos cuerpos cargados con signos opuestos, uno con exceso y otro con defecto de e- , hay un flujo de electrones destinado a volver a los dos cuerpos al estado neutro. Aunque lo que se mueven los electrones, se considera a efectos de cálculo que hay un flujo de cargas + del cuerpo que tiene exceso de cargas + al que tiene falta de cargas +. Instructor: Robinson Giraldo C Página 1
  2. 2. El símil hidráulico es el siguiente: Exceso de Cargas + corriente Falta de Cargas + El paso de agua finalizará cuando se igualen los dos depósitos. Al chorro de agua (chorro de cargas positivas) se le llama corriente eléctrica. Efectos de la corriente eléctrica. Cuando un cuerpo es atravesado por la corriente eléctrica se producen 3 efectos: a) Efecto calorífico: al atravesar la corriente eléctrica un cuerpo, éste se calienta. Es el efecto Joule. b) Efecto químico: la corriente eléctrica es capaz de descomponer ciertas sustancias. (electrólisis). c) Efecto magnético: siempre que hay corriente eléctrica se produce un campo eléctrico que sirve para mover elementos mecánicos. Es el principio de funcionamiento de los motores. Intensidad de la corriente eléctrica. Es la cantidad de carga Q (se mide en Culombios) que atraviesan la sección de un conductor en la unidad de tiempo. I: Amperios; Q: Culombios; t: segundos; I= Q/t 1A=1C/1s CORRIENTE CONTINUA: Flujo o movimiento de electrones libres en una dirección. Estos electrones libres salen del mismo conductor como por ejemplo un alambre de cobre. Cuando los electrones libres se mueven en una dirección, ellos solo viajan una distancia muy corta, o sea cada electrón se mueve una fracción de distancia, pero el efecto total es como si un electrón se moviera a través de todo el conductor Figura 1 Instructor: Robinson Giraldo C Página 2
  3. 3. Suponga que hay un tubo lleno con pelotas de ping-pong. Si usted mete otra pelota – A- una sale por el otro extremo – B-. en el interior del tubo la pelota solo se mueve una distancia, pero el efecto se siente en todo el tubo. Esto es lo que pasa en un circuito eléctrico. Las bolas de ping-pong son los “electrones”, cada cual empujando a otro, aunque cada electrón se mueve solo a una corta distancia. Figura 2 En el circuito de la figura 3 ( y en cualquier circuito otro circuito) cuando se cierra un interruptor, los electrones se mueven en la dirección indicada. Esto pasa en todo el circuito y al mismo tiempo. Figura 3 Por cada electrón que sale del Terminal negativo de la pila, llega uno inmediatamente al Terminal positivo de la misma. La corriente es, para términos prácticos, instantánea en todo circuito. Instructor: Robinson Giraldo C Página 3
  4. 4. Amperio la unidad de medida La unidad de medida de la corriente es el amperio. Se relaciona con dos factores: La cantidad de electrones libres y el tiempo en segundos. La corriente en amperios también se denomina Intensidad de corriente y se representa con la letra I, y es la cantidad de electrones por unidad de tiempo. Un amperio o (A), es la medida de la cantidad de electrones libres que pasan por un punto de un conductor en un segundo. La cantidad de electrones libres de que estamos hablando es muy grande: 6.280.000.000.000.000.000. Esta cantidad se llama Culombio. Si un culombio pasa por un punto dado de un conductor en un segundo, tenemos un amperio de flujo de corriente. Qué ocurre si pasan dos columbios en un segundo en este caso tendríamos dos amperios. La necesidad de corriente continúa La corriente continua es aquella que fluye en una sola dirección y que no cambia en el tiempo a la corriente continua también se le llama corriente directa y se representa con las siglas CC y CD. Se produce una fuente de voltaje (con un Terminal positivo y uno negativo) como una pila, una batería o una fuente de poder o convertidor. Si usted mira alrededor y piensa en los equipos electrónicos que se usan hoy en los hogares o en la industria, encontrará que todos equipos electrónicos necesitan corriente continua (CC). Instructor: Robinson Giraldo C Página 4
  5. 5. METODOS DE PRODUCCION DE LA CORRIENTE CONTINUA CC PILAS Y BATERIAS: La pila o celda básica almacena energía en forma química. Cuando se libera esa energía, se convierte en energía eléctrica para nuestro uso. Pila básica esta formada por dos placas de metales diferentes (Zinc Carbón), sumergidas en una solución química. Varias celdas básicas o pilas se pueden conectar en serie y se forma una sola batería. Celda: Es un elemento electroquímico básico que produce electricidad. Batería: dos o más celdas conectadas juntas. Celda primaria: Aquella que no es recargable Celda Secundaria: Aquella que es recargable. La batería de zinc – carbón o pila seca Las características básicas de una pila de carbón son: - tiene larga duración - Produce 1.5 voltios - Es la pila más usada - Viene en tamaños AAA, AA, C y D - Es una celda primaria - Mientras más grande la pila produce más corriente en un periodo de tiempo Instructor: Robinson Giraldo C Página 5
  6. 6. Estas pilas se encuentran juguetes radios, equipos. Hay que recordar que estas pilas por ser de tipo primario no se pueden recargar. Pila Alcalina La principal ventaja es que produce mayor corriente en periodos de tiempo largos. Aunque es más costosa que la zinc-carbón su duración compensa con el valor. Algunos tipos de pilas alcalinas son recargables. Las pilas alcalinas son ideales para alimentar lámparas de destello en fotografía, juguetes con motores, linternas y otros equipos que requieren una corriente más o menos alta. Pila de mercurio: Las características básicas son: - entrega aproximadamente de 1.33 a 1.4 voltios con una rata de descarga muy constante. - Es muy pequeña, algunas son tal delgadas como una aspirina. - Tienen alta eficiencia. - Son primarias o sea no recargables. La pila de Níquel Cadmio: Las pilas de Níquel-Cadmio se encuentran en tamaños comunes y en formas especiales. Si es un sola celda produce 1.25 voltios. Generalmente se encuentran agrupadas en serie formando baterías recargables de diferentes voltajes. Su principal ventaja consiste en que se puede recargar hasta 1.000 veces en muchos casos. Las pilas o baterías Níquel-Cadmio se usan cuando recargas y una larga vida especialmente en equipos portátiles de radio-comunicación linternas recargables y otros aparatos. Las baterías de plomo-acido Uno de los tipos de baterías más usados como suministro de corriente continua son las de plomo acido, también llamadas acumuladores. Estas son las que utilizan los automóviles y se pueden recargar muchas veces. Se fabrican con voltajes de 6 y 12 voltios y 24 voltios y su característica más importante es la alta corriente que pueden suministrar. Instructor: Robinson Giraldo C Página 6
  7. 7. Conexión en serie Las pilas y las baterías se pueden conectar en serie para obtener mayores voltajes. Una conexión en serie significa que el polo negativo de una bacteria se conecta al polo positivo de la otra ver la figura. Figura En una conexión en serie, el voltaje total obtenido es igual a la suma de los voltajes de las bacterias conectadas. Conexión en paralelo: Si se conecta varias pilas o baterías en paralelo que tienen que ser del mismo voltaje, se obtienen corrientes mayores. Una conexión en paralelo significa que los dos polos positivos se conectan juntos y los dos polos negativos también se conectan juntos como en se muestra en la figura. La corriente total que puede suministrar este tipo de conexión es igual a la suma de las corrientes que suministra la batería. Podemos ver un ejemplo de este tipo de conexión en la figura este circuito nos puede suministrar 6 voltios y 12 amperios. Conexiones serie paralelo Instructor: Robinson Giraldo C Página 7
  8. 8. Es posible conectar pilas o baterías en serie paralelo al mismo tiempo con el fin de aumentar el voltaje y la corriente. Pilas en serie y en paralelo. Pilas en serie : se suman las tensiones cuando tienen la misma orientación y se restan cuando tienen la contraria: Ejemplo: Vtotal = 1+2-3-4 = -4V 1V 2V 3V 4V 4V Ejemplo: Vtotal = 5+3-2 = 6V 5V 3V 2V 6V Pilas en paralelo : deben ser IGUALES y la tensión total es la misma que la de una de ellas. Ejemplo: 2V Vtotal = 2V 2V 2V 2V Ejemplo: 1V Vtotal = 1V 1V 1V 1V Instructor: Robinson Giraldo C Página 8
  9. 9. VOLTAJE: Fuerza electromotriz (f.e.m) o diferencia de potencial (ddp) CORRIENTE ALTERNA (CA) La corriente alterna (CA) es la corriente que se mueve de una dirección a otra en un periodo tiempo dado esta se mueve primero en una dirección luego en la dirección opuesta como se muestra en la figura 4 Los tomacorrientes que tenemos en los hogares y en los edificios suministran corriente alterna a 60 ciclos por segundo. Esto significa que la corriente alterna cambia de polaridad o se alterna 60 veces por segundo. Mostrando un voltaje de CA Cuando comúnmente se habla del corriente alterna, nos referimos a corriente alterna periódica, es decir, que es cíclica (se repite la forma de onda con el tiempo de manera regular). Las corrientes alternas periódicas más importantes son las siguientes: Instructor: Robinson Giraldo C Página 9
  10. 10. Concepto de potencial eléctrico. Se llama potencial al “nivel” eléctrico de un cuerpo. Siguiendo con la analogía hidráulica, sería la altura que alcanza el agua en el depósito. Para medirlo habrá que tomar un nivel de referencia. Si fijamos el nivel 0 en el potencial de los cuerpos neutros habrá potenciales positivos y negativos según el cuerpo esté cargado positiva o negativamente. Potencial + Nivel 0 Potencial -- corriente El potencial se mide en Voltios (V) Lo que se mide son diferencia de potencial (ddp) entre cuerpos y se miden con el voltímetro. Para que haya corriente eléctrica tiene que haber diferencia de potencial (diferencia de alturas entre los depósitos). Caída de tensión, diferencia de potencial (ddp) o voltaje. Cuando nos referimos a la diferencia de potencial entre dos puntos A y B lo notaremos como VAB , esto significa VA - VB siendo VA el potencial en el punto A y VB el potencial en el punto B. A VA VAB Nivel Nivel 0 0 VB B Corriente Ciclos y frecuencia: Ciclo: en nuestro caso es un movimiento completo que se sigue en orden determinado hacia atrás y hacia delante hasta terminar un proceso. Ese proceso es una vuelta del generador de CA. Instructor: Robinson Giraldo C Página 10
  11. 11. Periodo: es el tiempo que dura un ciclo. Frecuencia: es el número de ciclos en un periodo de tiempo dado. En otras palabras frecuencia es la regularidad con que ocurre un evento. 1 Frecuencia : Periodo Por lo tanto si un ciclo de corriente alterna ocurre una vez cada segundo, tenemos una frecuencia de un ciclo por segundo. Si en cada segundo pasan 60 ciclos de CA tenemos una frecuencia 60 por segundo. Valores de voltaje pico a pico el voltaje pico positivo de una señal de CA es el valor más positivo de voltaje. Por ejemplo: en la señal de CA, mostrado en la figura, el voltaje pico positivo (Vp +) es +10 voltios (Vp + = 10 voltios). En cambio, el voltaje pico negativo de una señal de CA, es el valor más negativo del voltaje. En nuestro ejemplo Vp - = -10 voltios. El valor del voltaje pico a pico, es valor absoluto del voltaje entre los valores del voltajes pico. Voltaje efectivo El voltaje efectivo o raíz media cuadrática (RMS) de CA se puede definir como el valor causado por la misma fuerza al ser disipada en un resistor, como un voltaje en CC equivalente. Vp Vrms = = 0.707 * Vp 1.41 Vrms=0.707 * Vp Vp = 1.41 * Vrms Instructor: Robinson Giraldo C Página 11
  12. 12. El multimetro corriente o voltímetro mide el voltaje RMS o voltaje efectivo de la señal. Ejemplo: Se toma un multimetro y se lee un voltaje AC en un tomacorriente de 117 V RMS. Calcular el voltaje pico y Vpp. Vp= 1.41* 117 = 164.97 voltios. Vpp= 2* Vp = 2 * 164.97 = 329.94 voltios Instructor: Robinson Giraldo C Página 12

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