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  1. 1. Electricidad y Electromagnetismo
  2. 2. <ul><li>El circuito eléctrico </li></ul>Corriente eléctrica circulación de electrones libres por materiales conductores. Circuito eléctrico camino cerrado formado por un conjunto de elementos conectados entre sí, y por el que circulan los electrones. Protones carga ( + ) Neutrones sin carga Electrones carga ( - ) Generador : proporciona energía para que los electrones se muevan. Cables : hilos conductores por los que circula la corriente eléctrica. Receptores : transforma la energía del generador en energía útil. Elementos de maniobra : interruptores.
  3. 3. 1.1. El sentido de la corriente eléctrica En generadores La Intensidad circula del polo negativo (-) al positivo (+) 1º Interruptor abierto Circulación de los electrones Los electrones no pueden circular, están en el generador. 2º Interruptor cerrado Los electrones circulan, encienden la bombilla. 3º Interruptor abierto Los electrones no pueden circular, están en el generador.
  4. 4. <ul><li>Representación y simbología </li></ul>Voltímetro Amperímetro Relé Fusible Bobina Conmutador dos posiciones Zumbador Pulsador Motor Interruptor Resistencia Batería Bombilla Pila Símbolo Elemento Símbolo Elemento
  5. 5. <ul><li>Magnitudes eléctricas </li></ul>Carga eléctrica Cantidad eléctrica almacenada en un cuerpo (Q). Se mide en Culombios (C). Electrón = 1,6 ·10 -19 C. Tensión o Voltaje (V) Diferencia de energía eléctrica para la unidad de carga entre dos puntos. Se mide en Voltios (V). Intensidad de corriente (I) Número de electrones que recorren un circuito en cada segundo. Se mide en Amperios (A). Resistencia eléctrica (R) Oposición que ofrece un circuito al paso de la corriente eléctrica. Se mide en Ohmios ( Ω ). Múltiplos y submúltiplos Tensión en milivoltios (mV) Intensidad en miliamperios (mA) Resistencia en kiloohmio (k Ω )
  6. 6. Símil hidráulico Bomba hidráulica aporta la energía para que el agua pueda circular Generador aporta la energía para que los electrones circulen Energía potencial Tensión o Voltaje La turbina es el elemento receptor al igual que la lámpara . Si la turbina es muy grande necesita mucho caudal de agua, al igual que si la lámpara es grande necesitará elevada corriente eléctrica. Cuanto mayor sea la altura del depósito B más caudal de agua habrá, al igual que cuanto mayor sea la Tensión más energía eléctrica se producirá.
  7. 7. 3.1. Instrumentos de medida Voltímetro Mide la tensión eléctrica. Se conecta en paralelo con el componente que se va a medir. A través de él no circula casi corriente. No conectar a tensiones muy grandes. Amperímetro Mide la intensidad de corriente eléctrica. Se conecta en serie con el componente que se va a medir. No conectar en paralelo. Polímetro o multímetro voltímetro, amperímetro o medidor de resistencias.
  8. 8. <ul><li>Ley de Ohm </li></ul>Ley que relaciona la Tensión, Intensidad y Resistencia eléctrica de la siguiente manera:
  9. 9. 4.1. Aplicaciones de la ley de Ohm Ejemplo 1 Se conecta una resistencia de 3 k Ω a una pila de petaca (4,5 V). ¿Cuál será la intensidad que recorre el circuito? Ejemplo 2 Se conecta un amperímetro y un voltímetro a una bombilla. ¿Cuál será su resistencia?
  10. 10. Ejemplo 3 Tenemos una resistencia de 5 k Ω por la que circula una intensidad de 4 mA. ¿Cuál será la tensión que hay en la resistencia? Ejercicios <ul><li>¿Qué corriente circula por la bombilla de una linterna alimentada a 4,5 V, si su resistencia es de 9 Ω ? </li></ul><ul><li>Calcula la resistencia de una bombilla, en la cual V=6 V y I=0,5 A. </li></ul><ul><li>Expresa en unidades del sistema internacional las siguientes medidas: </li></ul><ul><ul><li>25 k Ω </li></ul></ul><ul><ul><li>3 mV </li></ul></ul><ul><ul><li>45 mA </li></ul></ul><ul><ul><li>0,1 mA </li></ul></ul>
  11. 11. <ul><li>Circuito serie, paralelo y mixto </li></ul>5.1. Disposición en serie Dos o más elementos se encuentran en serie cuando la salida de uno es la entrada del siguiente. I=I R1 =I R2 =I R3 V=V R1 +V R2 +V R3 La corriente eléctrica que circula por todos los elementos es la misma . El voltaje total es la suma de los voltajes de cada elemento. Resistencia total o equivalente:
  12. 12. Generador total o equivalente: Ejemplo Calcular el generador y la resistencia equivalente del siguiente circuito.
  13. 13. 5.2. Disposición en paralelo Dos o más elementos se encuentran en paralelo cuando todos tienen la misma entrada y la misma salida. La corriente eléctrica que circula por cada elemento varía . El voltaje en cada elemento es el mismo . I R1 ≠ I R2 ≠I R3 V=V R1 =V R2 =V R3 Resistencia total o equivalente:
  14. 14. Ejemplo Calcular la resistencia equivalente del siguiente circuito. 5.3. Disposición mixta Se produce cuando tenemos dispositivos conectados en serie y en paralelo en un mismo circuito.
  15. 15. Ejemplo Calcular la resistencia equivalente del siguiente circuito. En los circuitos mixtos, la corriente que circula por los elementos que están en serie es la misma. La tensión de cada uno de los elementos conectados en paralelo tampoco varía. Para calcular la resistencia equivalente de un circuito mixto, se calcula primero la de los elementos en paralelo y luego se suma a la resistencia de los que están en serie.
  16. 16. Ejercicios <ul><li>Conecta estas cuatro resistencias en serie y en paralelo y calcula la resistencia equivalente en cada caso. Conecta después las dos primeras en serie (16 y 8) y las otras dos (4 y 2) en paralelo y calcula la resistencia equivalente del circuito mixto. </li></ul><ul><li>Si conectamos las cuatro resistencias anteriores en serie y le conectamos una pila de 9 V, ¿qué intensidad sale del generador? ¿Y si las colocamos en paralelo? </li></ul><ul><li>Si tenemos tres pilas de 1,5 V en serie y le conectamos dos bombillas de 6 k Ω en paralelo, ¿cuál es la intensidad que sale de la asociación de generadores? </li></ul><ul><li>¿Por qué crees que los diferentes aparatos de una vivienda están conectados en paralelo? ¿Qué inconvenientes tiene conectarlos en serie? </li></ul>
  17. 17. <ul><li>Energía y potencia eléctrica </li></ul>6.1. Energía eléctrica La energía eléctrica consumida se define mediante la siguiente expresión: V ≡ Tensión (Voltios) I ≡ Intensidad (Amperios) t ≡ Tiempo (Segundos) La Energía se mide en julios (J) También se usa la caloría (cal) 1 cal = 4,18 J Dependiendo del tipo de receptor, la electricidad consumida se puede transformar en diferentes formas de energía, de este modo: Motores Energía eléctrica Energía mecánica Bombillas Energía eléctrica Energía luminosa Radiadores Energía eléctrica Energía calorífica
  18. 18. Ejemplo Calcula el calor que produce un radiador eléctrico conectado durante 3 horas y que tiene las siguientes características: 220 V y 5 A. En primer lugar se han de convertir las horas a segundos. Después se aplica la fórmula: 6.2. Potencia eléctrica Es la capacidad que tienen los receptores eléctricos para transformar la energía eléctrica en un tiempo determinado. La potencia se mide en vatios (W), es frecuente utilizar el kilovatio (kW) que equivale a 1000 vatios. La potencia eléctrica se calcula según esta expresión:
  19. 19. La energía eléctrica consumida se puede expresar en función de la potencia mediante una nueva unidad, el kilovatio hora (kW·h) Si se conoce la potencia de un receptor, es fácil calcular la energía eléctrica que consume en kW·h. Para ello se multiplica la potencia en kilovatios por el tiempo en horas . Ejemplo Calcula la potencia eléctrica del radiador del ejemplo anterior. ¿Qué energía consume una bombilla de 40 W que está encendida durante 5 horas?
  20. 20. Ejercicios <ul><li>¿Por qué crees que los aparatos eléctricos se calientan al funcionar? </li></ul><ul><li>¿Qué energía consume en dos horas una linterna que funciona con dos pilas de 1,5 V y por la que circula una intensidad de 3 A? </li></ul><ul><li>Calcula la corriente que circula por una bombilla de 100 W y 220 V. Haciendo uso de la ley de Ohm, determina la resistencia de la bombilla. </li></ul><ul><li>Calcula la energía que consumen los siguientes aparatos en el tiempo indicado: </li></ul><ul><ul><li>Una plancha de 800W durante una hora y media </li></ul></ul><ul><ul><li>Un radiador de 1500 W durante 5 horas </li></ul></ul><ul><ul><li>Un secador de pelo de 1100 W durante 15 minutos </li></ul></ul><ul><ul><li>Una bombilla de 100 W durante 6 horas </li></ul></ul>
  21. 21. <ul><li>La factura de la luz </li></ul>En una vivienda los aparatos eléctricos consumen electricidad al conectarse a la red eléctrica para poder funcionar. El consumo de una vivienda lo determina un aparato llamado contador, gracias a este aparato, la compañía eléctrica emite bimestralmente un recibo donde se indica la energía consumida y su coste. Ejercicio Calcula el coste de los consumos del ejercicio anterior suponiendo que la compañía eléctrica factura el kilovatio hora a 0,09 € sin tener en cuenta los alquileres ni el IVA. Energía consumida Precio kWh
  22. 22. <ul><li>Elementos de maniobra y protección </li></ul><ul><li>Son empleados para dirigir y controlar la corriente eléctrica. </li></ul><ul><li>Interruptores : permiten o interrumpen de modo permanente el paso de la corriente eléctrica. </li></ul><ul><li>Pulsadores : son interruptores que actúan solamente mientras son accionados. Constan de un muelle interno que hace que el dispositivo retorne a la posición inicial una vez se suelta el botón. </li></ul><ul><li>Conmutadores : Permiten dirigir la corriente por una rama del circuito, impidiendo que pase por la otra. </li></ul>8.1. Elementos de maniobra
  23. 23. 8.2. Elementos de protección Son empleados para proteger los cables y componentes de un circuito y para evitar daños en las personas que los utilizan. Cuando la corriente circula por un cable y no encuentra casi resistencia, tiende a salir del generador una gran cantidad de corriente. Este efecto se denomina cortocircuito . Al producirse, los cables y componentes del circuito se calientan en exceso y pueden llegar a fundirse, ya que circula por ellos una intensidad de corriente muy elevada que se suele denominar sobreintensidad . Para evitar la destrucción de alguna parte del circuito conviene conectar a la entrada del mismo un componente llamado fusible . El fusible consiste en un hilo más débil que los demás que se funde en caso de sobreintensidad interrumpiendo la corriente de inmediato. Otros elementos de protección son el interruptor magnetotérmico , similar a un fusible automático, y los diferenciales , que protegen de derivaciones o fugas de corriente.
  24. 24. <ul><li>Magnetismo y electromagnetismo </li></ul>La palabra magnetismo procede de un mineral llamado magnetita, el cual es capaz de atraer al hierro. Los imanes son piezas metálicas que pueden atraer a ciertos metales. Siempre tienen dos polos , el norte y el sur. Los polos de distinto nombre se atraen y los de mismo nombre se repelen. 9.1. El electroimán Un electroimán es una bobina eléctrica enrollada en torno a una barra alargada de una material ferroso. El efecto magnético del imán se manifiesta cuando circula corriente por la bobina. Si se invierte el sentido de la corriente, los polos del electroimán también se invierten.
  25. 25. 9.2. El descubrimiento del electromagnetismo Si colocamos una brújula en el centro de una vuelta de cable que se halla conectado a un generador, la aguja de la brújula detecta el paso de la corriente eléctrica y se orienta con respecto al circuito. Esta experiencia fue llevada a cabo por el científico danés Hans Christian Oersted , que demostró así la relación que hay entre la electricidad y el electromagnetismo. El resultado de este experimento pone de manifiesto que el circuito eléctrico se ha transformado en un imán . Este efecto, como veremos, puede ser aprovechado para producir movimiento (motores, relés, etc). El científico inglés Michael Faraday , descubrió el efecto contrario. Comprobó que moviendo un imán ante un cable eléctrico, se generaba electricidad en el mismo. Esto lo estudiaremos en el caso de alternadores y dinamos. Los experimentos de Oersted y Faraday apuntan a un mismo fenómeno que se denomina inducción electromagnética . A continuación vamos a estudiar algunos aparatos que funcionan según dicho efecto.
  26. 26. <ul><li>Máquinas eléctricas </li></ul>Una máquina eléctrica es cualquier aparato o mecanismo capaz de convertir el movimiento en electricidad, o viceversa, es decir, capaz de aprovechar eficazmente los efectos electromagnéticos, tanto para producir electricidad como para convertir esta en energía mecánica. En una máquina eléctrica, la parte móvil se llama rotor , y la fija, estator . 10.1. El motor eléctrico Es una de las máquina motrices más eficaces, silenciosas y limpias. Transforma la energía eléctrica en movimiento. Existen varios tipos de motores eléctricos, en este tema estudiaremos el motor de corriente continua .
  27. 27. Su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y repulsión entre un imán y un circuito colocado en su interior, que consta de una o varias vueltas. La bobina del circuito va conectada a una pila a través de unos contactos de material conductor, denominados delgas , que forman el colector. Las delgas se apoyan en unas piezas llamadas escobillas , que están en contacto con la pila. Un motor eléctrico puede llevar más bobinas en distintos ángulos, lo que hace que la fuerza del sea mayor. Si se cambia la polaridad de un motor se invierte el sentido de giro.
  28. 28. 10.2. Generadores electromagnéticos Un generador eléctrico es un mecanismo capaz de transformar en electricidad otro tipo de energía, que puede ser química (pilas y baterías), mecánica (dinamos y alternadores) o luminosa (placas solares). Los generadores electromagnéticos se basan en los fenómenos electromagnéticos que hemos estudiado. Pueden ser de dos tipos, dinamos cuando generan corriente continua o alternadores cuando la corriente que generan es alterna. Corriente continua : las cargas van siempre en el mismo sentido Corriente alterna : las cargas cambian de sentido es su movimiento La dinamo Es muy similar a un motor de corriente continua. Consta de un imán en cuyo interior hay una bobina que termina en dos semianillos conductores separados: el colector. Sobre el colector están apoyadas las escobillas, de donde salen los cables.
  29. 29. Cuando el rotor (la bobina) empieza a girar por acción de la fuente de energía externa, se genera una corriente eléctrica en dicha bobina. La dinamo simple produce corriente continua pero pulsante. Si en lugar de una bobina se colocan varias que formen entre sí diferentes ángulos, el efecto se superpone y la corriente se hace constante. Este tipo de corriente es la misma que la generada por pilas o baterías.
  30. 30. El alternador El alternador más básico es prácticamente idéntico a la dinamo que acabamos de ver. La única diferencia consiste en el colector, que en el caso del alternador está formado por una pareja de anillos metálicos, en cada uno de los cuales se apoya una de las escobillas. Un alternador produce corriente eléctrica alterna del tipo que puede obtenerse en los enchufes de nuestros hogares.
  31. 31. <ul><li>Otros mecanismos electromagnéticos. Timbre y relé </li></ul>11.1. El timbre Un timbre es un electroimán alimentado por un circuito simple que está formado por un generador y un pulsador. Cuando se acciona el pulsador, la corriente eléctrica llega al electroimán, este atrae una placa de acero que termina en un martillo que golpea una campanilla. Al desplazarse la placa de acero, se abre el circuito, de modo que el electroimán deja de atraer a la placa y un muelle hace que esta vuelva a su posición inicial. A partir de aquí se vuelve a repetir el ciclo hasta que se suelte el pulsador.
  32. 32. 11.2. El relé El relé es un dispositivo en el que un electroimán acciona unos contactos eléctricos al atraer una placa de acero. Cuando cesa la corriente, un muelle lleva la placa a su posición inicial. Los contactos que acciona el relé pueden conectarse a un circuito externo. Ejercicio Dibuja un circuito con relé que sirva para controlar un semáforo con luz roja y verde, de forma que al accionar un pulsador se encienda la luz verde y al soltarlo la roja.
  33. 33. <ul><li>Precauciones con la corriente eléctrica </li></ul>

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