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Electricidad

  1. 1. Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba. FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD 3º ESO1. IntroducciónLa electricidad es la energía que más utilizamos. Todos los días encendemos la luz, enchufamosel brasero o ponemos en marcha el ventilador, lavamos la ropa o enfriamos los alimentos paraconservarlos. La electricidad se encuentra presente en nuestra vida cotidiana desde que suenael despertador hasta que apagamos la luz al acostarnos. Todo esto es posible gracias a laenergía eléctrica que llega hasta nuestras casas.El éxito de la electricidad como fuente de energía se encuentra en la facilidad para obtenerla,trasportarla y transformarla en otros tipos de energía.2. La carga eléctrica. Todo lo que nos rodea es materia. La materia está constituida por átomos. En lo átomos encontramos partículas más pequeñas que son: Electrones: tienen carga negativa y masa despreciable. Protones: tienen carga positiva. Neutrones: no tienen carga. En general, la materia no está cargada eléctricamente, ya que presenta el mismo número de electrones que de protones, hay un equilibrio entre cargas positivas y negativas. A veces, se produce unmovimiento de electrones y éstos pasan de unos materiales a otros. Por ejemplo, cuando frotamos unbolígrafo contra un trapo, los electrones son arrancados del trapo y pasan al bolígrafo.3. La corriente eléctrica.Cuando los electrones saltan de un átomo a otro se habla de corriente eléctrica. Por tanto, laelectricidad o corriente eléctrica es el movimiento de electrones por un conductor CABLECONDUCTORES, AISLANTES Y RESISTENCIASHay dos tipos distintos de materiales: Un material es conductor de la corriente eléctrica cuando deja pasar fácilmente a los electrones a través de él. Los metales son conductores de la electricidad, por eso la cuchara deja pasar a los electrones que llegan hasta la bombilla, que se enciende. El cobre es conductor, por eso se utiliza para fabricar conductores (cables). Un material es aislantes cuando no dejan pasar la corriente eléctrica através de él, no deja pasar a los electrones; por ejemplo: los plásticos, lamadera, la cerámica, el vidrio, etc. Por eso se utilizan para fabricar losmangos de las herramientas o las fundas de plástico de los cables.José Antonio González Ariza 1 de 9
  2. 2. Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba. Un material es una resistencia, cuando ni es un conductor ni aislante.Dejas pasar a los electrones pero se resiste. Como se resiste se calienta. Porejemplo, la resistencia de un brasero está hecha de un material que dejapasar a los electrones pero con dificultad, por lo que se calienta. De estaforma podemos convertir la energía eléctrica en calor, como en el brasero,tostador, horno,...Hay resistencias (como la de las bombillas) que, además decalentarse dan luz.4. El circuito eléctrico.Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos, hechos con materiales conductores,conectados entre sí de manera que forman un camino cerrado por el que circula una corrienteeléctrica (los electrones).Esto es un circuito eléctrico básicoformado por una pila, unosconductores (cables), unabombilla y un interruptor (parapoder apagar y encender labombilla).A la izquierda está dibujado tal y como sería en la realidad y a la derecha hemos utilizado los símbolos,para que resulte fácil. Como sabes, la electricidad o corriente eléctrica es el movimiento deelectrones por un conductor.5. Elementos de un circuito eléctrico.Fuentes de energía Energía continua: la pila, es el elemento que obliga a los electrones a moverse por el camino cerrado que forma este circuito. Proporcionan la energía necesaria para que la bombilla se encienda. Este es el símbolo de la pila los polos son las chapas de la pila. Hay pilas de 1´5 v, 4´5 v, 9v, 12v,… Energía alterna: La red de energía eléctrica llega hasta nuestras casas a 220 v y entra a través del cuadro de protección. Esta energía permite el funcionamiento de nuestro circuito eléctrico constituido por luces y tomas de corriente (enchufes). Si necesitamos una fuente de energía eléctrica para que funcione, por ejemplo un ventilador, utilizamos un enchufe. Su símbolo es este:Conductores o cablesSon los elementos que permiten el paso de la corriente eléctrica entre los distintos elementos delcircuito. Los cables suelen ser hilos de cobre cubiertos de plástico aislante, para protegernos.José Antonio González Ariza 2 de 9
  3. 3. Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba.ConsumidoresSon los elementos del circuito que gastan la energía que proporciona la pila. En este caso elconsumidor es un motor que, cuando da vueltas va gastando la energía de la pila. Losconsumidores transforman la energía eléctrica en otro tipo de nergía: movimiento, luz, calor, …Los símbolos más habituales de los consumidores son: Bombilla Motor Resistencia Luz Movimiento (ventilador,…) Calor (brasero, tostador,…)Elementos de control Son los elementos que permiten controlar el funcionamiento del circuito eléctrico, los más habituales son: Interruptores: como el que nos permiten encender y apagar la luz de una habitación, de una linterna,... Pulsador como los timbres o las luces de las escaleras, que al soltarlos vuelven a su posición. Conmutador, que nos permiten por ejemplo encender la luz de nuestro pasillo desde dos sitios distintos. Conmutador DOBLE, cuando pulsamos un conmutador doble, cambian de posición dos contactos a la vez. Este elemento de control puede ser útil para cambiar la dirección en la que gira un motor.Interruptor: abre o cierra un circuito, de modo que deja pasar o no, la corriente eléctrica hacia elconsumidor. MOTOR MOTOR EN PARADO MARCHA 1 Circuito abierto 2 Circuito cerradoComo has visto, para que el motor se ponga en marcha la corriente eléctrica debe salir del polo positivode la pila, atravesar el motor y llegar al polo negativo de la pila, o sea debe recorrer un camino cerrado.Si lo abrimos (cortando un cable), el motor deja de moverse porque la corriente eléctrica no puedeatravesarlo. Eso es lo que hace un interruptor. Un interruptor es un mecanismo que abre o cierra unconductor.1. Si el interruptor está abierto, el camino no está cerrado, no puede pasar la corriente eléctrica y elmotor está parado2. Si el interruptor está cerrado, el camino está cerrado, pasa corriente eléctrica y el motor semueveJosé Antonio González Ariza 3 de 9
  4. 4. Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba. Ejercicio 1: a. Indica que elementos componen cada uno de estos circuitos eléctricos (pilas, bombillas, motores, interruptores, resistencias,…) b. Explica que pasará en cada caso. a b c d Ejercicio 2:Explica que pasará en cada circuito cuando cerremos el interruptor. a b c dEjercicio 3. Analiza el siguiente circuito yexplica en que dirección atravesará lacorriente eléctrica al motor en este 4,5 vmomento y cuando cambiemos deposición el conmutador doble.Pulsador: cuando lo tenemos pulsado, funciona comoun interruptor (cierra el circuito y deja pasar la corrienteeléctrica), pero cuando lo soltamos regresa a suposición inicial y el circuito vuelve a abrirse. Ej: En este V=4´5 vcircuito, hemos conectado una pila, un timbre y unpulsador. Siempre que mantengamos pulsado elpulsador, el timbre sonara.Conmutador: hace que pase la corriente eléctrica porun camino o por otro. Cuando lo pulsamos, cambia deposición. Ej.: En este circuito, la luz esta encendida y elmotor parado, cuando cambiemos la posición del V=4´5 vconmutador, dejará de pasar energía eléctrica por labombilla, y se apagará, y se pondrá en marcha el motor.José Antonio González Ariza 4 de 9
  5. 5. Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba.Elementos de protecciónEn todos los hogares hay una caja, a la entrada, en la que encontraras unos interruptores que “cortan laluz” en toda tu casa. Estos elementos tienen la misión de protegernos tanto a nosotros como a lainstalación eléctrica. Cuando hay un accidente de estos interruptores se abren rápidamente y cortan laluz, para protegernos.Estos elementos tienen la misión de proteger a la instalación y a sus usuarios de cualquier accidente quelos pueda poner en peligro. Los más empleados son:Interruptores automáticos magnetotérmicos:Se abren automáticamente cuandohay una sobrecarga del circuito o seproduce un cortocircuito de unavivienda. Ej: si conectamosdemasiados aparatos Eléctricos a lavez, hay riesgo de que el circuito seincendie por la excesiva energía queestá pasando. Para evitar este riesgo se abren los magnetotérmicos.Interruptores automáticos diferenciales: Se abren automáticamente cuando detectan que hay unadescarga eléctrica a una persona o bien a un objeto metálico. Ej.: Si, accidentalmente tocamos un cablepelado, sentiremos una descarga eléctrica, en ese instante saltará el diferencial que nos protegerá.Fusibles: Podemos encontrarlos dentro de pequeños aparatos eléctricos y electrónicos. Protegen alaparato contra corrientes excesivas por sobrecargas o cortocircuitos. Ej: Ordenadores, equipos demúsica,…6. Simbología.Los esquemas eléctricos son dibujos abreviados que nos permiten representar de forma clara y sencillalas conexiones existentes entre los diferentes elementos de un circuito eléctrico. En ellos podemosidentificar cada elemento con su correspondiente símbolo eléctrico. Símbolo Componente Símbolo Componente PILA CONDUCTOR LÁMPARA MOTOR RESISTENCIA TIMBRE O ZUMBADOR INTERRUPTOR PULSADOR CONMUTADOR CONMUTADOR DOBLEJosé Antonio González Ariza 5 de 9
  6. 6. Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba.7. Magnitudes eléctricas básicasLas magnitudes eléctricas básicas son:Intensidad ( I )La intensidad de corriente o corriente eléctrica se define como la cantidad de electrones que pasa por unconductor en la unidad de tiempo. Cuanto mayor sea el número de electrones que pase por un cablemayor será la intensidad que estará pasando por el mismo.Su unidad de medida es el amperio (A) y el aparato con el que se mide recibe el nombre de amperímetroy en el circuito debe conectarse en serie.Voltaje (V)El voltaje o tensión representa la diferencia de potencial existente entre dos puntos de un circuitoeléctrico. O sea la diferencia de energía que existe entre dos puntos de un circuito eléctrico. Si, entredos puntos de un circuito hay diferencia de tensión, entre ellos se moverán los electrones y habrácorriente eléctrica. La intensidad eléctrica que irá desde el punto de mayor tensión o energía al de menor. A El punto A del circuito está conectado al polo positivo (+) de la pila. Por esta razón tendrá mayor tensión o energía que el punto B, conectado I al polo negativo (-). Por esta razón, la corriente eléctrica irá en la dirección de mas a menos tensión. BLa tensión se mide en Voltios (v). Se mide con el voltímetro, que debe conectarse en paralelo.Ejercicio 3. Las bombillas se fabrican para que den la máxima luz cuando se conectan a una tensióndeterminada. Por eso no podemos conectar una de las bombillas de nuestra casa, que están hechaspara funcionar a 220 v a una pila que da 4´5 v.Las bombillas que utilizamos en el taller dan su máxima luz cuando son conectadas a 4´5 v.Realiza el montaje 1 y 2. a) ¿En que montaje dan mas luz las bombillas?. b) Utilizando un voltímetro,mide la tensión o diferencia de energía que hay entre los extremos de una bombilla en el montaje 1 y enel 2. Apúntalo. d) ¿Qué sucede si aflojamos una de las bombillas en cada uno de los montajes? V 4,5 v V 1 2Resistencia (R)Se define la resistencia eléctrica como la mayor o menor oposición que presenta un material a seratravesado por los electrones. La unidad de media de la resistencia eléctrica es el ohmio (Ω), y suaparato de medida el ohmímetro. Ejercicio 4: mide la resistencia de las bombillas del taller.José Antonio González Ariza 6 de 9
  7. 7. Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba. 8. Ley de Ohm Es la ley física que cumplen todos los circuitos eléctricos. Fue descubierta por el científico G.S. Ohm. Dice que:” La diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico es igual al producto de la intensidad que lo que recorre por la resistencia eléctrica medida entre dichos puntos” V = I•R V = voltaje o tensión eléctrica (se mide en voltios v; ) I = Intensidad eléctrica (se mide en A Amperios) ; R = resistencia ( se mide en Ω ohmios) OJO: siempre que resuelvas un problema, debes indicar la fórmula que has utilizado y las unidades de medida.Ejercicio 5. Calcula el voltaje o tensión que debe tener la pila en los siguientes circuitos: I = 0´5 A I = 0´25 I = 0´15 ¿V? R=100 Ω ¿¿V? R=50 Ω ¿V? R=10 a b cEjercicio 6. Calcula la intensidad eléctrica que circula por estos circuitos. ¿I? R=100 Ω ¿I? R=150 Ω ¿I? R=15ΩV=10v V=4´5v V=4´5 v a b cEjercicio 7. Calcula la resistencia en los siguientes circuitos eléctricos. I = 0´5 I=1A I = 0´25 A ¿R ¿R ¿R ? V=10v V=4´5v V=4´5 a b c José Antonio González Ariza 7 de 9
  8. 8. Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba.9. Conexión de los elementos de los circuitos9.1. CIRCUITO EN SERIE:Cuando todos sus elementos se encuentran conectados uno a continuación del otroCÁLCULO Por todos los elementos del circuito pasa la misma intensidad eléctrica. IT IT = I 1 = I 2 I1 R1 V1 La tensión de la pila se reparte entre todos los elementos del circuito de modo que: VT = V1 + V 2 I2 La resistencia total del circuito serie será : R2 1 V2 RT = R1 + R 2 La tensión de la pila se reparte entre todos los elementos del circuito de modo que:EJEMPLO:Calcula la resistencia total del circuito, la intensidad RT = R1 + R2total , la intensidad que pasa por cada resistencia y latensión que hay en los extremos de cada resistencia. RT = R1 + R2= 10 Ω + 15 Ω= 25 Ω V=I●R IT I1 R1=10Ω VR2 VT = IT + RT 1 10 v = IT + 25 Ω V=10 v I2 R21=10Ω R =15Ω V2 I = 10v = 0´4 A T 25 Ω IT = I1 = I 2 V1 = I1 ● R1 = 0´4 A ● 10 Ω = 4 v V2 = I2 ● R2 = 0´4 A ● 15 Ω = 6 vJosé Antonio González Ariza 8 de 9
  9. 9. Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba.9.2. CIRCUITO EN PARALELO:Cuando todos sus elementos se encuentran conectados uno a continuación del otroCÁLCULO La intensidad que sale de la pila, se reparte por cada uno de los elementos del circuito: IT IT = I 1 + I 2 La tensión de la pila es la misma para cada I1 I2 uno de los elementos del circuito:VT R1 R2 VT VT = V1 = V 2 La resistencia total del circuito serie se calcula de aquí: 1 1 1 = + R R R T 1 2EJEMPLO:Calcula la resistencia total del circuito, la intensidad 1 1 1total y la intensidad que pasa por cada resistencia. = + R R R T 1 2 1 1 1 10 + 15 25 = + = = R 10 Ω 15 Ω 150 150 T 150 IT R = Ω = 6Ω T 25 V=10 v I1 I2 R1=10Ω R2=15Ω VT = V1 = V 2 VT = IT ● RT V 10 v I = T = = 1´ 66 A T R 6Ω T V 10 v I = T = = 1A 1 R 10 Ω 1 V 10 v I = T = = 0 ´ 66 A 2 R 15 Ω 2José Antonio González Ariza 9 de 9

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