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Electricidad y electrónica para física y química y tecnología de primero de bachillerato

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Corrienteelectrica1 Corrienteelectrica1 Presentation Transcript

  • CORRIENTE ELÉCTRICA 1º Bachillerato Física y química y Tecnología Carmen Peña IES. Altaír Getafe
  • ELECTRICIDAD : estudio de la generación y transporte de la corriente eléctrica. ELECTRÓNICA: estudio y desarrollo de todo tipo de aplicaciones para circuitos eléctricos
  • Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos empleados para la transmisión y control de la energía desde el generador hasta el receptor (lugar donde se consume). Tipos de corriente eléctrica CONTÍNUA: los electrones circulan todo el rato en el mismo sentido y con la misma intensidad. Pilas, baterias y dínamos ALTERNA: cambia el sentido y la intensidad de la corriente de forma periódica. Alternadores Valor eficaz : de una señal eléctrica alterna es el valor que debería tener la señal continua para que ambas produzcan el mismo efecto
  • La corriente que llega a nuestras casas es alterna y su valor eficaz es 220v V t V t
  • La materia está formada por ÁTOMOS Un átomo que ha ganado electrones tiene carga negativa y se llama ANIÓN Un átomo que ha perdido electrones tiene carga positiva y se llama CATIÓN electrones Núcleo con protones y neutrones
  • Pila o generador Sentido convencional de la corriente eléctrica de ánodo a cátodo En la pila : El ánodo es el polo positivo El cátodo es el polo negativo Sentido real de la corriente eléctrica de cátodo a ánodo
  • MATERIALES Conductores : Metales , permiten el paso de la corriente eléctrica con facilidad. Los más empleados son COBRE , aluminio, plata y oro, también aleaciones NICROM (NIQUEL+CROMO) Su conductividad disminuye al aumentar la temperatura. Semiconductores : silicio y germanio . Conductividad eléctrica intermedia. Permiten el paso de la corriente solamente cuando son alimentados con un voltaje mínimo determinado. A veces su conductividad aumenta con la temperatura y a veces disminuye Superconductores: a muy bajas temperaturas no ofrecen resistencia ninguna al paso de la corriente. Son materiales de nueva generación como por ejemplo algunos óxidos complejos de cobre. Aislantes: No permiten el paso de la corriente eléctrica como la madera, el plástico, el vidrio, cerámica etc...
  • MAGNITUDES ELÉCTRICAS LEYES QUE RELACIONAN ESTAS MAGNITUDES
  • INTENSIDAD DE CORRIENTE Carga eléctrica que circula por un circuito por unidad de tiempo. Se mide en AMPERIOS (A) Carga eléctrica se mide es CULOMBIOS. ( C ) Es la carga equivalente a 6.10 18 electrones El tiempo se mide en segundos El aparato que mide intensidad de corriente en un circuito se llama AMPERÍMETRO. Se coloca siempre en serie
  • RESISTENCIA ELÉCTRICA Oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica Se mide en OHMIOS (  ) La resistencia depende de: -El tipo de material empleado como conductor . Esto se mide con la resistividad  . Los buenos conductores tienen valores de resistividad bajos -La longitud del cable L. A mayor longitud mayor resistencia -La sección del cable S. A mayor sección menor resistencia. ¿cuál tiene mayor resistencia y por qué?
  • VOLTAJE, TENSIÓN O DIFERENCIA DE POTENCIAL Se denomina voltaje, tensión o diferencia de potencial (ddp) a la energía necesaria para transportar una unidad de carga (culombio) desde un punto a otro del circuito eléctrico. E=energía eléctrica (JULIOS) Q=carga (CULOMBIOS) V=voltaje (VOLTIOS) Se denomina fuerza electromotriz (fem) a la energía por unidad de carga que consume un generador de corriente para mantener entre sus bordes una tensión (voltaje) determinado. Se mide igualmente en VOLTIOS ya que también son Julios/Culombio Se mide con el VOLTÍMETRO que siempre se coloca en PARALELO en los circuitos
  • fem = energía por unidad de carga que gasta la pila ddp = energía por unidad de carga que circula ¿La fem de una pila normalmente será mayor, igual o menor que la ddp que suministra al circuito?
  • Voltímetros en paralelo Amperímetro en serie Medidas: -Resistencia de 10k  tiene una ddp entre sus extremos de 6 voltios -Resistencia de 5k  tiene una ddp entre sus extremos de 3 v -Intensidad de corriente= 6 microamperios=6.10 -6 A
  • LEY DE OHM   A mayor diferencia de potencial más electrones circulan por el conductor intentando compensar esa diferencia de potencial y por tanto mayor será la intensidad de corriente que circula. Al aumentar la diferencia de potencial la intensidad de corriente aumenta proporcionalmente, la constante de proporcionalidad entre ambas magnitudes es característica del circuito y se llama RESISTENCIA.     La intensidad de corriente que circula por un hilo conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial que existe entre sus extremos e inversamente proporcional a una constante que depende de la naturaleza del conductor y que se llama resistencia eléctrica.   V=I.R
  • La energía que consume el generador (fem) siempre es mayor que la diferencia de potencial que llega al circuito porque parte de la energía del generador se consume en su misma resistencia interna V=  -I.R i R i =resistencia interna La fem a veces también se representa como  Ley de Ohm aplicada al interior del generador V=I.R Si la resistencia interna es tan pequeña que se puede considerar despreciable es cuando la fem del generador coincide con la diferencia de potencial que origina
  • ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS RESISTENCIAS EN SERIE: se un el extremo de la resistencia con la siguiente en línea . La intensidad de corriente que circula por las tres es la misma , pero en cada extremo de cada resistencia se genera una diferencia de potencial distinta. Las resistencias en serie actúan como una resistencia mayor suma de las tres. R=R 1 +R 2
  • RESISTENCIAS EN PARALELO: conectando sus extremos a puntos comunes. Entonces la diferencia de potencial es la misma para las tres resistencias ya que sus extremos son comunes pero no la intensidad ya que por cada rama circula una intensidad diferente. La intensidad total que circula se reparte entre las tres ramas . Se obtiene una resistencia menor suma de los inversos de cada resistencia.  
  • EFECTO JOULE Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor o algún elemento de corriente parte de su energía se transforma en calor. La cantidad de calor emitido depende de la mayor o menor resistencia que oponga al paso de la corriente Este fenómeno de transformación de energía en calor se conoce como efecto Joule E=q.V V=I.R E=q.I.R E=I 2 .t.R En calorias E=0,24.I 2 .t.R
  • POTENCIA ELÉCTRICA Potencia es la rapidez con que se realiza un trabajo. Se mide en watios (w) La energía eléctrica muchas veces se mide en kw.h E=P.t P=V.I
  • LEYES DE KIRCHHOFF Primera ley : En cualquier nodo del circuito (punto de la red donde concurren dos o más conductores) la suma de las intensidades de corriente que entran es igual a las que salen. Segunda ley: en todo circuito cerrado (Malla) la suma de las fuerzas electromotrices (voltaje que producen los generadores) es igual a la suma de las caídas de tensión de los diferentes elementos instalados en el circuito, incluida la resistencia interna de los generadores sino es despreciable. (I.R) Se aplican a circuitos complicados que no se pueden aplicar solamente con la ley de Ohm. Para resolver este tipo de circuito basta con aplicar la primera ley a todos los nodos menos uno y la segunda a todas las mallas menos una. Al tomar un sentido para la corriente los generadores que van en ese sentido tienen fuerza electromotriz positiva y los que van al revés negativa
  • DENSIDAD DE CORRIENTE La densidad de corriente es el cociente entre la intensidad de corriente que circula por un conductor y su sección. Normalmente se mide en amperios/m 2 pero como las secciones de los cables son muy pequeñas también se usa amperio/mm 2
  • ELEMENTOS DE UN CIRCUITO (Tecnología)
  • CIRCUITO GENÉRICO ENERGÍA CONVERSOR ACUMULADOR DE ENERGÍA ELEMENTOS DE PROTECCIÓN ELEMENTOS DE CONTROL RECEPTORES
  • ENERGÍA: viento, sol, agua o vapor de agua a presión, aceite a presión CONVERSOR/GENERADOR hélices, turbina y alternador ACUMULADOR DE ENERGÍA : pilas, baterias, condensadores ELEMENTOS DE PROTECCIÓN : fusibles, resistencias, magnetotérmicos y diferenciales ELEMENTOS DE CONTROL : interruptores, conmutadores, pulsadores, transistores, relés CIRCUITO ELECTRICO RECEPTORES: bombillas, motores, electroimanes, timbres, leds
  • RESISTENCIAS -Ofrecen oposición al paso de la corriente. -Producen una caída de tensión entre sus extremos TIPOS DE RESISTENCIAS FIJAS : oposición al paso de la corriente siempre del mismo valor VARIABLES LINEALES REÓSTATOS: Dos conexiones, una fija y otra móvil POTENCIÓMETROS : tres conexiones, dos fijas y una móvil DEPENDIENTES De la luz: LDR De la temperatura: - NTC a más temperatura menos resistencia. - PTC : a más temperatura más resistencia
  • Resistencia fija: LDR Resistencia dependiente de la temperatura Reóstato Potenciómetro
  • CARACTERÍSTICAS DE LAS RESISTENCIAS - VALOR : su resistencia en ohmios - TOLERANCIA : su precisión - POTENCIA: la energía por unidad de tiempo que es capaz de disipar sin estropearse -ESTABILIDAD: respecto al las condiciones de trabajo (temperatura, humedad...) Primer segundo potencia precisión en% Número número COLOR PRIMER NÚMERO SEGUNDO NÚMERO POTENCIA DE 10 NEGRO 0 0 1 MARRÓN 1 1 10 ROJO 2 2 10 2 NARANJA 3 3 10 3 AMARILLO 4 4 10 4 VERDE 5 5 10 5 AZUL 6 6 10 6 MORADO 7 7 10 7 GRIS 8 8 10 8 BLANCO 9 9 10 9
  • DIODOS -Semiconductor que permite el paso de la corriente en un solo sentido . -En los circuitos suele actuar como interruptor o como rectificador. TIPOS DE DIODOS LED : emite luz VARICAP: actúa como condensador ZENER : estabiliza el valor de la corriente inversa. Según el voltaje actúa de diodo o no.
  • INDICA EN QUÉ CIRCUITO PASA LA CORRIENTE Y EN CUAL NO Y POR QUÉ
  • INTERRUPTORES UNIPOLAR BIPOLAR CONMUTADOR LLAVE DE CRUCE Abre y cierra el circuito por dos puntos a la vez Permite controlar un receptor desde dos puntos distintos y distantes Permite controlar un receptor desde tres puntos distintos y distantes ABIERTO CERRADO
  • RELÉ Consta de: a) un circuito electromagnético de voltaje bajo, la bobina. b) Un circuito de contactos con gran cantidad de corriente. a b Puede actuar como interruptor, conmutador o para proteger aparatos de bajo voltaje El primer circuito es un electroimán que al actuar atrae y desplaza los contactos móviles del circuito secundario Con pequeñas señales de control (mando) es capaz de gobernar grandes potencias de utilización.
  • TRANSISTORES Formado por semiconductores, tiene tres patillas de conexión : -EMISOR -BASE -COLECTOR Hay dos tipos de transistores: NPN (cede/acepta/cede) PNP (acepta/cede/acepta) Pequeñas cantidades de corriente en la base permite el paso de corrientes mayores por el circuito emisor-colector Base + Colector + Emisor - Base - Colector - Emisor +
  • LOS TRANSISTORES PUEDEN ESTAR EN TRES POSICIONES - EN CORTE : no entra corriente por la base y no se abre el paso emisor-colector -EN ACTIVA : entra un poco de corriente por la base y se abre el paso emisor-colector - EN SATURA CIÓN: paso emisor-colector completamente abierto porque entra mucha corriente por la base Puede actuar como interruptor pero sobretodo suele actuar como amplificador La relación entre la corriente que entra por la BASE que es pequeña y la que circula por el emisor-colector que es mucho mayor se llama AMPLIFICACIÓN O GANANCIA PAR DARLINGTON Con dos transistores se logra mayor amplificación
  • TRANSFORMADORES Dos bobinas (primario y secundario)una frente a otra con diferente número de espiras (cable enrollado) SIRVE PARA CAMBIAR EL VOLTAJE AUMENTÁNDOLO O DISMINUYÉNDOLO Según el número de espiras en el primario y en el secundario se logra aumentar el voltaje de entrada o hacerlo menor. A mayor número de espiras mayor voltaje
  • CONDENSADOR Formado por dos placas metálicas paralelas separadas entre si por aire o por un aislante - - - - + + + + SIRVE PARA ALMACENAR CARGA ELÉCTRICA -C es la capacidad del condensador, se mide en Faradios (F). -q es la carga eléctrica que almacena y se mide en culombios (c ). -V es la diferencia de potencial o voltaje entre los extremos del condensador se mide en voltios (v) Tiempo de carga: lo que tarda en alcanzar los 2/3 de su tensión cuando se carga a través de una resistencia. t=C.R -t=tiempo (segundos) -R=resistencia respecto a la que se carga o descarga (ohmios) -C=capacidad en Faradios
  • TIPOS DE CONDENSADORES Según su construcción Según su polaridad FIJOS VARIABLES POLARIZADOS NO POLARIZADOS El aislante suele ser papel, material cerámico, poliéster. Su valor de capacidad suele ser bajo y se puede conectar de cualquier forma. El aislante suele ser electrolítico.
  • USOS MÁS FRECUENTES DE LOS CONDENSADORES -Cuando está descargado deja pasar la corriente continua pero si está lleno no permite el paso de la corriente por lo que puede hacer de interruptor . -Se puede descargar y así alimentar a otro elemento de corriente del circuito con lo que hace de pila respecto a ese elemento. -Su uso más frecuente es como TEMPORIZADOR . Un temporizador es un dispositivo que funciona un cierto tiempo y luego se desconecta automáticamente . Al accionar el pulsador se enciende el LED y se carga el condensador, al soltar el pulsador el LED continua luciendo un tiempo con la corriente que le suministra el condensador hasta que se descarga y la luz se apga
  • ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES En serie: En paralelo: C=C 1 +C 2
  • GENERADORES DE CORRIENTE ELÉCTRICA Son todas aquellas máquinas que transforman cualquier tipo de energía en eléctrica. TIPOS DE GENERADORES Generadores de corriente continua Generadores de corriente alterna Dínamo : Emplea la energía mecánica de rotación de una rueda para producir electricidad Placas fotovoltáicas : Convierten las luz del sol en energía eléctrica Alternadores: Circuitos que giran dentro de campos magnéticos generados por imanes (el giro se produce normalmente al estar unidos a una turbina o a un motor) Pilas y baterias : transforman energía química en energía eléctrica.
  • ASOCIACIÓN DE GENERADORES En serie: El polo positivo de un generador se conecta con el negativo del siguiente, en fila. La fuerza electromotriz de los generadores es al suma de la de cada uno. V=V 1 +V 2 +V 3 Si alguno se coloca al revés (en oposición) se resta. En paralelo: Todos los positivos se unen entre si, por un lado, y todos los negativos por el otro. Sólo se pueden acoplar generadores que produzcan la misma fuerza electromotriz. La fem final es igual a la de uno de ellos. V=V 1 =V 2 =V 3
  • ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Permiten proteger las instalaciones eléctricas y también a las personas que las usan. FUSIBLES : INTERRUPTORES MAGNETOTÉRMICOS (automáticos) INTERRUPTORES DIFERENCIALES Hilo conductor con resistividad alta y bajo punto de fusión. Cuando al intensidad que circula por un circuito supera un valor, por efecto Joule se calienta y se funde con lo que se corta la corriente Cuando al intensidad de corriente es muy grande porque ha habido un cortocircuito o hay demasiados aparatos consumiendo y superan la potencia contratada, el contacto se abre, al pulsar la palanca se vuelve a cerrar Controla que la intensidad de entrada sea igual que la de salida o que la diferencia se inferior a la sensibilidad de interruptor. Si es superior salta y evita descarga eléctricas por mal aislamiento del sistema o contactos accidentales. I 1 I 2
  • CIRCUITOS BÁSICOS (Tecnología)
  • TRANSDUCTOR Para obtener información del exterior es necesario un SENSOR , son elementos que cambian según las condiciones externas (luz, temperatura, humedad, humo...). Los sensores más típicos son resistencias dependientes . Para conectar un sensor a un circuito podemos usar un DIVISOR DE TENSIÓN , su función es aprovechar los cambios en el sensor para producir cambios de tensión. El conjunto formado por el sensor y el resto de los elementos que posibilitan la conexión al circuito se conoce como TRANSDUCTOR .
  • CIRCUITOS INTEGRADOS Transistores muy pequeños interconectados formando circuitos diseñados sobre pequeños CHIPS de silicio. Son bastante sensibles a la temperatura por lo que suelen llevar un pequeño radiador o ventilador incorporado para disipar el calor. Por ejemplo: un circuito integrado que se identifica como: 7806 Es un regulador de tensión o RECTIFICADOR , permite pasar de alterna a continua, obteniendo una tensión de salida lo más estable posible, evita el rizado de la señal.
  • CIRCUITO RECTIFICADOR V t V t
  • V t
  • PLACAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS PLACA DE PISTAS PRETALADRADAS PLACA DE PRUEBAS PLACA CON CIRCUITO IMPRESO Las patillas de los componentes se insertan en los orificios de la placa aprovechando las pistas de cobre prediseñadas. Se corta la conexión rayando la pista de cobre con tijeras. Permite montar circuitos de forma provisional insertando las patillas de los componentes y conectando cables dentro de perfiles metálicos. Placas de baquelita o fibra de vidrio con una de sus caras recubiertas de una fina capa de cobre. Cada placa se corta al tamaño adecuado, se rotulan las pistas del circuito sobre la cara del cobre, se sumerge en un baño de ácido, se taladran y se sueldan los componentes.
  • PUENTE DE WHEATSTONE Se utiliza para determinar el valor de una resistencia desconocida de manera muy precisa R 1 R 3 R 2 R 4 Consta de cuatro resistencias una de ellas desconocida . Se colocan de forma que por el amperímetro no pase corriente, marque cero, esto implica que V AB =V AD y V BC =V DC A B C D Aplicando la ley de Ohm a cada tensión queda: I 1 .R 1 =I 3 .R 3 I 2 .R 2 =I 4 .R 4 Dividiendo una entre la otra: I 1 .R 1 I 3 .R 3 I 2 .R 2 I 4 .R 4 Por la condición de equilibrio se cumple que: I 1 =I 2 I 3 =I 4 R 1 R 3 R 2 R 4 Despejando se obtiene la resistencia desconocida.
  • MEDIDA DE INTENSIDADES MEDIANTE SHUNT Se emplea cuando la intensidad de corriente a medir supera la permitida por el amperímetro disponible.Se conecta en paralelo con el amperímetro un shunt (una resistencia de valor conocido) por donde pasa parte de la corriente. R s Aplicando la ley de Ohm se determina la intensidad que circula por la rama de la resistencia que sumada a la que marca el amperímetro es la resistencia total del circuito.