Germán Isaac Sosa Montenegro. ELECTRICIDAD Germán Isaac Sosa Montenegro. Siempre que te pregunten si puedes hacer un trabajo, contesta que sí y ponte enseguida a aprender cómo se hace. Franklin Delano Roosevelt Julio de 2018

LA CORRIENTE ELÉCTRICA La corriente eléctrica es un conjunto de cargas eléctricas, en concreto electrones, que se mueven a través de un conductor. Para que este movimiento se produzca es necesario que entre los dos extremos del conductor exista una diferencia de potencial eléctrico”. Existen dos tipos de corriente eléctrica: Corriente continua: Los electrones circulan siempre en el mismo sentido, en la misma cantidad, en el mismo instante, del punto de mayor potencial (polo negativo) al de menor potencial (polo positivo). Su representación gráfica es una línea recta. Corriente alterna: Los electrones circulan en ambos sentidos, y además en cada instante para un número distinto de electrones. Estas variables de electrones que se trasladan de un sitio a otro, se repite periódicamente de manera cíclica. Su representación gráfica es una onda senoidal.

Magnitudes eléctricas CARGA ELÉCTRICA. Se denomina carga eléctrica a la cantidad de electricidad que posee un cuerpo o que circula por un conductor. Se representa con la letra Q. La unidad de carga eléctrica es el culombio (en honor al físico francés Charles Coulomb). Se representa mediante la letra C. 1 C = 6,3 · 1018 electrones DIFERENCIA DE POTENCIAL, VOLTAJE O TENSIÓN. Se denomina diferencia de potencial a la diferencia en el nivel de carga que existe entre los extremos de un conductor, de tal manera que se puede producir un flujo de electrones desde el extremo que tiene mayor carga negativa hasta el de menor carga. Se representa mediante la letra V. La unidad de diferencia de potencial es el voltio (en honor al físico italiano Alejandro Volta). Se representa con la letra V.

Magnitudes eléctricas INTENSIDAD ELÉCTRICA. Se denomina intensidad eléctrica a la cantidad de carga que atraviesa una sección de un conductor en la unidad de tiempo. Se representa mediante la letra I. La unidad de intensidad eléctrica es el Amperio (en honor al físico francés André Marie Ampére). Se representa mediante la letra A. Según su definición la intensidad eléctrica se calcula mediante la siguiente expresión: Donde: I = intensidad de corriente (A) Q = carga eléctrica (C) t = tiempo (s) RESISTENCIA ELÉCTRICA. Se denomina resistencia eléctrica a la oposición que ofrece un material a que los electrones se desplacen a través de él. Se representa mediante la letra R. La unidad de resistencia eléctrica es el ohmio (en honor al físico alemán Georg Simon Ohm). Se representa con la letra griega .

Magnitudes eléctricas La resistencia eléctrica de un conductor depende de tres variables: Del material con el que está fabricado. Esta variable se recoge en un factor denominado resistividad. De la longitud, de tal modo que a mayor longitud mayor es el valor de la resistencia. De la sección o área del conductor, de tal modo que a mayor sección menor es el valor de la resistencia.  

Magnitudes eléctricas ENERGÍA ELÉCTRICA. Es la energía que poseen las cargas (los electrones) cuando se desplazan por un conductor. Se representa mediante la letra E. La unidad de energía eléctrica es el julio (en honor al físico británico James P. Joule). Se representa con la letra J. E = energía eléctrica (J) Q = carga transportada ( C) V = diferencia de potencial (V) E = Q·V La energía eléctrica en función de la intensidad: E = energía eléctrica (J) I = intensidad de corriente (A) t = tiempo (s) V = diferencia de potencial (V) E = I · t · V La energía eléctrica se obtiene partiendo de la ley de Ohm: E = energía eléctrica (J) I = intensidad de corriente (A) R = resistencia () t = tiempo (s) E = I2 · R · t POTENCIA ELÉCTRICA. Es la cantidad de energía desarrollada o consumida por un aparato en la unidad de tiempo. Se representa mediante la letra P. La unidad de potencia eléctrica es el vatio (en honor al ingeniero británico James Watt). Se representa con la letra W.

Magnitudes eléctricas Potencial eléctrico. P = potencia eléctrica (W) I = intensidad de corriente (A) V = diferencia de potencial (V)   LA LEY DE OHM expresa la relación que existe entre las tres principales magnitudes eléctricas que definen un circuito.   V = diferencia de potencial (V) I = intensidad de corriente (A) R = resistencia eléctrica ()  

Corriente eléctrica V Ejemplo 1: Calcula la intensidad de una corriente eléctrica que transporta 1200C en 5 min. (Sol. 4A). Ejemplo 2: ¿Cuantos culombios transporta una corriente eléctrica de 3A en 20min? (Sol. 3600C). Ejemplo3: Por un conductor circula una corriente de 3mA. Calcula cuántos electrones pasan en 10s por una sección del conductor? NOTA: 1electrón=1.6•10-19C (Sol: 1,87•1017 electrones)

Corriente eléctrica VII Ejemplos Ley de Ohm: Ejemplo 4: Se tiene una resistencia (rezistor) de 3Ω. Si circula por ella una corriente de 2A. ¿Cual es la tensión entre sus extremos? (Sol: 6V) Ejemplo 5: ¿Qué corriente eléctrica circula por una resistencia de 150Ω si la conectas a una bateria de 4,5V? (Sol: I=0,03A=30mA) Ejemplo 6: ¿Qué resistencia tienes que conectar a una batería de 4,5V si quieres que por ella circule una intensidad de 100mA? (Sol: R=45Ω) R I Va Vb VR

Corriente eléctrica VIII: Resistencia Ejemplo Resistividad: Ejemplo 7: Si un alambre de cobre a 20 °C posee una longitud de 30 metros y un diámetro de 2 mm, a) ¿qué resistencia eléctrica posee entre sus extremos? b) ¿Cuantos metros necesitaríamos para tener una resistencia de 100Ω? Solución: Datos L = 30 m, ρ = 1,7 × 10–8 Ωm r =d/2= 0,001 m. R l A a) Como A = πr2, entonces A = 3,14 × 10–6 m2. Reemplazando en la fórmula de R tenemos que: b) Si tenemos R=100Ω:

Corriente eléctrica VIII: Resistencia No todos los materiales conductores son Óhmicos, hay materiales que no cumplen la ley de Ohm. En estos materiales la relación de proporcionalidad V/I no es constante depende del valor de la corriente I V(V) I (A) V (V) I (A) Conductor No-Ohmico Conductor Óhmico

Para dirigir e interrumpir la EL CIRCUITO ELÉCTRICO Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos que unidos de forma adecuada permiten el paso de electrones. Está compuesto por: GENERADOR o ACUMULADOR HILO CONDUCTOR RECEPTOR ELEMENTO DE MANIOBRA Proporciona energía Por el que circulan los e - Transforman la energía eléctrica en otro tipo que nos resulte útil Para dirigir e interrumpir la corriente eléctrica

RECUERDA El átomo está formado por un núcleo (compuesto de neutrones y protones) rodeado de electrones. Los protones tienen carga eléctrica positiva Los electrones tienen carga eléctrica negativa Los neutrones carecen de carga

CIRCUITO EN SERIE Dos o más elementos están en serie cuando la salida de uno es la entrada del siguiente. En esta disposición: La corriente que circula por todos los elementos es idéntica. I1 = I2 = I3 = … El voltaje total es la suma de las tensiones en los extremos de cada elemento. VTotal = V1 + V2 + V3+…

CIRC. EN SERIE: CIRCUITO EQUIVALENTE Para calcular la resistencia total o equivalente del circuito, basta con sumar todas las resistencias entre sí. Un caso particular de este tipo de conexión es la de generadores en serie. En ella, las tensiones de los diferentes generadores se suman para calcular el generador equivalente.

CIRCUITO EN PARALELO Dos o más elementos están en paralelo cuando se colocan de forma que tienen la misma entrada y la misma salida. En esta disposición: La diferencia de potencial en cada elemento es la misma. V1 = V2 = V3 = … La intensidad que circula por cada rama es diferente. La suma de todas ellas es igual a la suma a la entrada (y a la salida) común. IEntrada = ISalida = I1 + I2 + I3+…

CIRCUITO EN PARALELO CIRCUITO EQUIVALENTE La resistencia total o equivalente de este circuito es: Caso particular (2 Resistencias) 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +… R = (R1 * R2)/ (R1 + R2) Si se conectan varios generadores iguales en paralelo, el voltaje suministrado no se verá incrementado, pero la corriente suministrada se repartirá entre todos, por lo que durarán más.

CIRCUITO MIXTO Cuando en un mismo circuito existen elementos conectados en serie y en paralelo, la disposición es mixta Para calcular la resistencia equivalente del circuito, se calculan las resistencias parciales de cada tramo y se suman.

Circuitos eléctricos III: Leyes de Kirchoff Regla de los nudos: “La suma de las intensidades entrantes en un nudo es igual a la suma de las intensidades que salen de él” Regla de las tensiones: “La suma de las tensiones generadas por todos los generadores a lo largo de un bucle, es igual a la suma de las caídas de tensión en las resistencias a lo largo de ese bucle ” I1 I2 I3 I4 VS1 V3 + - V2 V1 VS2 Simulador de circuitos

Circuitos eléctricos VI: Asociación de resistencias Conexión serie: El efecto sobre el circuito es el mismo que el de una resistencia equivalente de valor: R1 R2 R3 = Req Asociación de resistencias: Conexión paralelo: El efecto sobre el circuito es el mismo que el de una resistencia equivalente de valor: R1 R2 R3 = Req Simulador de circuitos

Circuitos eléctricos VI: Asociación de resistencias, ejemplos Ejemplo 5: Calcular la resistencia equivalente a tres de valores 100, 200 y 300 Ω conectadas en serie: Solución: RT = R1 + R2 + R3 = (100 + 200 +300) Ω = 600 Ω Es decir, las tres resistencias pueden sustituirse las tres por una única resistencia de 600 Ω que produce idénticos efectos. Ejemplo 6: Calcular la resistencia equivalente a tres resistencias de 100, 200 y 300 Ω conectadas en paralelo valdría: Que es inferior a la menor de las resistencias conectadas. R1 R2 R3 R1 R2 R3 Simulador de circuitos

Circuitos eléctricos VI: Asociación de resistencias, ejemplos Calcula la resistencia equivalente del circuito, la intensidad que circula por él y la que circula por las resistencias R1 , R2 , R3 y R5. Calcula también las caídas de tensión en estas resistencias: a. b.

Circuitos eléctricos VI: Asociación de resistencias, ejemplos Ejemplo 1: Calcula la resistencia equivalente del circuito, la intensidad que circula por él y la que circula por las resistencias R1 , R2 , R3 y R5. Calcula también las caídas de tensión en estas resistencias: R1=0,5KΩ R2=1,5KΩ R3=1KΩ R4=2KΩ R5=450Ω R6=800Ω R8 =900Ω R7=750Ω VS =4,5V + Simulador de circuitos

Circuitos eléctricos VI: Asociación de resistencias, ejemplos Hallar la resistencia equivalente entre los puntos a y b de la figura

Circuitos eléctricos V: Problemas de circuitos simples. Ejemplo 2: Averigua la intensidad que circula por el circuito, suponiendo que la tensión suministrada por la batería es 4,5V y la resistencia de la bombilla es 9Ω Ejemplo 3: Averigua la intensidad que circula por el circuito y las caídas de tensión en cada bombilla, suponiendo que la tensión suministrada por la batería es 4,5V y la resistencias de las bombillas son 9Ω y 4,5 Ω. Pregunta: ¿si se funde una de las bombillas, dará luz la otra?

Circuitos eléctricos V: Problemas de circuitos simples. Ejemplo 4: Averigua la intensidad que circula por el circuito y las caídas de tensión en cada bombilla, suponiendo que la tensión suministrada por la batería es 4,5V y la resistencias de las bombillas son 9Ω y 4,5 Ω. Ejemplo 5: Averigua la intensidad que circula por el circuito y las caídas de tensión en cada resistencia, suponiendo que la tensión suministrada por la batería es 4,5V y la resistencias de las bombillas son R1=9Ω, R2=18Ω y R3=4,5 Ω.

FIN

TIPOS DE MATERIALES La conductividad eléctrica es la capacidad de un material para conducir la corriente eléctrica. CONDUCTORES Poseen electrones que se mueven con facilidad. Todos los metales son buenos conductores AISLANTES Los electrones no pueden circular libremente. La madera el vidrio, el plástico y el aire son buenos aislantes SEMICONDUCTORES Poseen propiedades intermedias. Los más importantes son el Si y el Ge. Con estos materiales se fabrican los transistores. Enumera 5 materiales conductores y 5 aislantes.

ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO I Generadores. Proporcionan la energía necesaria para que los electrones se muevan Se genera la corriente eléctrica a través de procesos químicos. Pila Batería

ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO II Receptores. Dispositivos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía que nos resulte útil

ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO III Elementos de control. Se utilizan para dirigir e interrumpir la corriente eléctrica

ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO IV Elementos de protección. Se utilizan tanto para proteger el circuito y como al usuario.

Circuitos eléctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplos Ejemplo 8: Resuelve el circuito, calcula la intensidad que circula por cada rama y la caída de tensión en cada resistencia (R1 , R2 y R3) VS 2=4,5V + VS 1=6V R1=0,5Ω R2=1,5Ω R3=10Ω I1 I2 I3 1ª Ley de Kirchoff (ley de los nudos o de las I): + (con signo!!, + entra; - sale) Para el pto B: (I) + B 2ª Ley de Kirchoff (ley de las mallas o de las tensiones): A (con signo!!) + Para la malla 1: (II) Para la malla 2: (III) Simulador de circuitos

Circuitos eléctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplos Ejemplo 8: Resuelve el circuito, calcula la intensidad que circula por cada rama y la caída de tensión en cada resistencia (R1 , R2 y R3) VS 2=4,5V + VS 1=6V R1=0,5Ω R2=1,5Ω R3=10Ω I1 I2 I3 (I) (II) (III) B A Solución: El signo de solución nos dice que las intensidades de la rama 2 y 3 (I2 e I3) en realidad circulan en el sentido contrario al que hemos supuesto (el del dibujo) Simulador de circuitos

Circuitos eléctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplos Ejemplo 8: Resuelve el circuito, calcula la intensidad que circula por cada rama y la caída de tensión en cada resistencia (R1 , R2 y R3) Solución: VS 2=4,5V + VS 1=6V R1=0,5Ω R2=1,5Ω R3=10Ω I1 I’2 I’3 Una vez conocidas las intensidades podemos calcular el resto de datos que necesitemos: B A Solución: El signo de solución nos dice que las intensidades de la rama 2 y 3 (I2 e I3) en realidad circulan en el sentido contrario al que hemos supuesto (el del dibujo) Simulador de circuitos

Circuitos eléctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplos Ejemplo 9: ¿Cual tiene que ser el valor de la resistencia varaiable (R) para que la intensidad suministrada por cada fuente (batería) sea la misma? + VS 2=3V VS 1=4,5V R1=1,5Ω R2=0.3Ω R I1 I2 I3 B A Solución: Aunque no lo parezca el circuito es exactamente igual que el del problema anterior (8), por lo que el sistema de ecuaciones será el mismo. Aunque tenemos que tener en cuenta que I1=I2: (I) (II) (III) (II) (I) (III)

Circuitos eléctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplos Ejemplo 10: Calcula el valor de la resistencia R3 para que la intensidad que atraviesa la resistencia R2 sea nula Solución: VS 1=12V + VS 2=6V R1=10Ω R2=100Ω R3=???

Circuitos eléctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplos Ejemplo 11: Resuelve el siguiente circuito. Calcula los valores de la intensidad que circula por cada rama del circuito y la caída de tensión entre los puntos B y A. B Solución: VS 1=3,0V + VS 2=3,0V R1=0,50Ω R2=2,0Ω R3=2,6Ω A

Circuitos eléctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplos Ejemplo 12: Resuelve el siguiente circuito. Calcula los valores de la intensidad que circula por cada rama del circuito y la caída de tensión en cada resistencia. B Solución: R2=3Ω R1=10Ω R3= 30Ω + + + VS 1=10V VS 2=10V VS 2=3V A

Circuitos eléctricos VI: Leyes de Kirchoff, ejemplos El problema de este método y estos circuitos es que el número de incógnitas crece muy rápidamente con el número de mallas. Ejemplo 13: Resuelve el circuito, calcula la intensidad que circula por cada rama y la caída de tensión en cada resistencia 1ª Ley de Kirchoff (ley de los nudos o de las I): + VS 1=6V R1=1Ω R3=2Ω R4=2Ω I1 I3 I4 B A R2=3Ω VS 2=3V VS 3=6V C D I5 I6 I2 (1) (2) (3) Para el pto A: (I) Para el pto B: (II) Para el pto B: (III) 2ª Ley de Kirchoff (ley de las mallas): Para la malla 1: (IV) Para la malla 2: (V) Para la malla 3: (VI) Resolución: de (V)  I2=-1A, con (I), (IV) y (VI) tenemos un sistema de 3 ecs con 3 incógnitas: