CONCEPTOS Y LEYES FUNDAMENTALES DE LA ELECTRICIDAD. U.T.1 CONCEPTOS Y LEYES FUNDAMENTALES DE LA ELECTRICIDAD.

1. LA MATERIA, EL ELECTRON Y LA ELECTRICIDAD.

0.ORIGEN DE LA ELECTRICIDAD. MOVIMIENTO DEL ELECTRON.

1.1. ESTRUCTURA DE LA MATERIA.

1.2. EL ATOMO. Constitucion del atomo (punto de vista electrico) NUCLEO Protones. Neutrones. ELECTRONES en orbitas alrededor del nucleo. Los e- permanecen en sus orbitas debido a La fuerza de atraccion que ejerce el nucleo sobre ellos

Constitucion del atomo.

1.3.CARGA ELECTRICA. DEFINICION CANTIDAD DE ELECTRICIDAD CON QUE SE CARGA UNA SUSTANCIA. UNIDAD DE MEDIDA DEL S.I. CULOMBIOS (C) 1C= 6.25*10000000000000000000 ELECTRONES LIBRES = 6,25x1018 electrones

LA CARGA ELECTRICA DE ALGUNOS CUERPOS INDUCEN FUERZAS DE ATRACCION O REPULSION ENTRE ELLOS CARGAS DEL MISMO SIGNO SE RECHAZAN CARGAS DE SIGNO CONTRARIO SE ATRAEN.

Carga electrica negativa Protones Carga electrica positiva Electrones. Carga electrica negativa Protones Carga electrica positiva Nota. Los neutrones no tienen carga electrica.

nº electrones = nº protones En condiciones de equilibrio normal nº electrones = nº protones Si el equilibrio es alterado Se producen los efectos de la electricidad.

El numero de electrones y Los atomos de los distintos elementos difieren entre si por El numero de electrones y de protones que tiene

Como es este atomo_? Atomo neutro

1.4. ELECTRONES DE VALENCIA Y ELECTRICIDAD Atomo neutro 2 niveles de orbitas. Electrones de orbita interior. e- ligados No pueden ser extraidos facilmente de su orbita. Electrones de orbita exterior e- lbres o electrones de valencia. Puden salirse de su orbita. La fuerza de atraccion que ejerce el nucleo sobre los e- es debil. Participan en los efectos electricos.

Electron ligado Electron libre

ION POSITIVO/ ION NEGATIVO Cation: pierde e- Anion: gana e-

Estructura Atómica - - - nº e- = nº p+ nº e-  nº p+ nº e- > nº p+ Como los electrones que giran en la órbita más apartada del núcleo son los menos ligados al átomo, ocurre a veces, que algunos de ellos escapan, acaso por el choque de un electrón libre que se acerca a ellos a gran velocidad. Entonces prepondera la carga positiva existente en el núcleo; el átomo se ha convertido en un ión positivo. A la inversa, la envoltura de electrones puede captar adicionalmente electrones libres. Entonces prepondera la carga negativa de la envoltura de electrones; el átomo se ha convertido en un ión negativo. + - + - + - CUERPO ELECTRICAMENTE NEUTRO CUERPO CON CARGA POSITIVA CUERPO CON CARGA NEGATIVA nº e- = nº p+ nº e-  nº p+ nº e- > nº p+

1.5.CLASES DE ELECTRICIDAD. ESTATICA ELECTRICIDAD Corriente Continua (C.D) DINAMICA Corriente Alterna (C.A)

2.PRINCIPIOS BASICOS DE LA ELECTRICIDAD.

2.1. ELECTRICIDAD ESTATICA.(E.E.) DEFINICION Aquella que no se mueve respecto a la sustancia determinada

2.3.LEY DE COULOMB “La fuerza de atracción o repulsión sobre dos cargas puntuales (Q1 y Q2) es Directamente proporcional al producto de las cargas Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ambos.”

F= k (Q1xQ2)/d2 Q1, Q2 =cargas puntuales. d= distancia entre cargas K= constante que depende del medio F= fuerza de atracción o repulsión.

UNIDADES DE MEDIDA CARGAS Q1 Y Q2 .................Culombio (C) Distancia d....................................Metros (m) FUERZA F..................................Newton (N)

Cuestionario LA UNIDAD DE MEDIDA DE k? SI LA FUERZA RESULTANTE ES POSITIVA, COMO ES LA FUERZA DE ATRACCION O DE REPULSION? SI LA FUERZA RESULTANTE ES NEGATIVA, COMO ES LA FUERZA DE ATRACCION O DE REPULSION?

Solucion N*m*m/C*C Si F es + q1 y q2 tienen el mismo signo, por lo que la fuerza es de repulsion. Si F es - q1 y q2 tienen distinto signo, por lo que la fuerza es de atraccion.

2.4. CAMPO ELECTROSTATICO Si colocamos conductor con carga positiva (A) y otro con carga negativa (B) relativamente cerca el uno del otro El espacio que rodea ambos conductores se encuentra sometido a su influencia, quedando alteradas sus propiedades iniciales Se denomina CAMPO ELECTROSTATICO

Si colocamos en un punto P (cerca del conductor A) una 2.5. LINEAS DE FUERZA Si colocamos en un punto P (cerca del conductor A) una Carga eléctrica (q) positiva y libre, su trayectoria Sera similar a la del dibujo Su sentido El indicado por las flechas (de + a -)

A esta trayectoria se le llama LINEAS DE FUERZA. Nota. Si la carga q fuese negativa el recorrido seria en sentido contrario.

2.6.INTENSIDAD DE CAMPO ELECTRICO La trayectoria que describe la carga (q) situada en el seno de un campo electroestático, es debido a Una fuerza F (tangente a la trayectoria que desplaza esta carga)

INTENSIDAD DE CAMPO ELECTRICO DEFINICION Fuerza ejercida por unidad de carga FORMULA E=F/ q UNIDAD DE MEDIDA Newton/Culombio

2.7. POTENCIAL ELECTRICO EN UN PUNTO Para mover una carga +(q) desde un punto P* (fuera del campo) a un punto P(dentro del campo) Hay que realizar un trabajo Para vencer las fuerzas de repulsión

POTENCIAL ELECTRICO EN UN PUNTO DEFINICION. Potencial en un punto P Trabajo necesario, por carga eléctrica, para trasladar la carga q desde un punto P* al punto P

2.8. TENSION O DIFERENCIA DE POTENCIAL (U) Dos puntos dentro del campo eléctrico (Pa y Pb) Un punto P DEFINICION. Diferencia de trabajo para trasladar una carga eléctrica (q), desde el punto P a cada uno de los puntos Pa y Pb

TENSION O DIFERENCIA DE POTENCIAL (U) FORMULA U= Ub-Ua= (Tb-TA)/ q UNIDAD DE MEDIDA Julio/Culombio= Voltio(V)

Analogia hidraulica de la tension. Dos recipientes de agua A y B nidos por un tubo provisto de una llave. La altura de estos dos niveles de agua es identica en A y B En este caso no circulara agua por el tubo Llave abierta

h Para que circule agua por el tubo,debera existir una diferencia de altura (h) entre los niveles de ambos recipientes h Llave cerrada

Con la llave cerrada,la diferencia de la altura (h) entre los dos recipientes, indica una diferencia de presion. Cuando la llave este abierta, es esta diferencia de presion, la que traera consigo el paso de agua del recipiente A al B. El caudal se interrumpira cuando ya no exista diferencia alguna de presion Los niveles se situaran entonces a igual altura entre ambos recipientes

A B h Llave cerrada Presion de B Presion de A

De igual manera, en electricidad para que una corriente circule en un circuito, hace falta que Exista una diferencia de presion electrica en sus extremos, llamada DIFERENCIA DE POTENCIAL O TENSION en los bornes del circuito

3.ELECTRICIDAD DINAMICA

Flujo continuo de electrones. 3.1. CORRIENTE ELECTRICA. DEFINICION. Flujo continuo de electrones.

Experiencia. Colocamos una batería cargada, comprobamos que hay una diferencia de potencial entre sus bornes (polos). Unimos los polos por medio de un hilo conductor, en el cual intercalamos una lámpara. ¿Qué le ocurre a la lámpara? Luce

¿Por qué luce la lámpara? Los electrones libres del conductor son atraídos por el polo positivo (ánodo) de la batería, Estos electrones se mueven a la vez que salen electrones del polo negativo (cátodo) Se establece entre los polos un flujo continuo de electrones a través del conductor, por lo que la lámpara luce

A este flujo continuo de electrones se le denomina CORRIENTE ELECTRICA

SENTIDO DE LA CORRIENTE ELECRICA Aunque la corriente eléctrica fluye del polo negativo al positivo Se toma como REGLA Que este fluye del polo positivo al negativo,conocido como SENTIDO TECNICO DE LA CORRIENTE

3.2. EFECTOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA. Cuando la corriente eléctrica fluye , los efectos que produce pueden ser de tres tipos. GENERACION DE CALOR. Ej. el encendedor del coche ACTIVIDAD QUIMICA Ej. Fenómenos que ocurren en la batería cuando produce corriente eléctrica. ACCION MAGNETICA Ej. Campo magnético creado en componentes y maquinas eléctricas, (alternador, motor de arranque)

3.3. INTENSIDAD DE LA CORRIENTE DEFINICION Cantidad de corriente que pasa por un conductor en un tiempo determinado.

Intensidad de corriente La intensidad de corriente es igual al número de electrones libres que pasan,a través de una sección transversal de un conductor ,en un segundo

Intensidad de corriente Se representa por I UNIDAD DE MEDIDA. Amperio (A)

Intensidad de corriente FORMULA UNIDADES Q .(carga eléctrica).........................Culombio (C) t (Tiempo).......................................Segundo(s) I (intensidad eléctrica)......................Amperio (A) Nota. Amperio = Culombio/ Segundo I= (Q/t)

Analogia hidraulica para la intensidad/ Por analogia, en un circuito hidraulico, la intensidad es el CAUDAL DE AGUA que circula por el tubo INTENSIDAD ELECTRICA

3.4. RESISTENCIA ELECTRICA DEFINICION. GRADO DE DIFICULTAD CON QUE SE MUEVEN LOS ELECTRONES EN UN MATERIAL DETERMINADO

Resistencia electrica PARAMETROS DE LOS QUE DEPENDE LA RESISTENCIA. LONGITUD DEL CONDUCTOR SECCION DEL CONDUCTOR. MATERIAL DEL QUE ESTA CONSTRUIDO EL CONDUCTOR

Analogia hidraulica de la resistencia Si la longitud (l) del tubo por el que circula agua, aumenta, Le costara Más atravesar el tubo Si la seccion del tubo es grande, Le costara menos atravesar el tubo Si el material es rugoso, Le costara mas atravesar el tubo, que si es liso

La corriente fluira mejor,cuanto. mayor sea la seccion La corriente fluira mejor,cuanto mayor sea la seccion menor la longitud

Resistencia electrica FORMULA . R=resistencia electrica ρ = resistividad o resistencia especifica (depende del material del conductor) l= longitud del conductor s= seccion del conductor. R=ρ (l/s)

Resistencia electrica UNIDADES DE MEDIDA . R=resistencia electrica..................... OHMIOS (Ω) ρ = resistividad o resistencia especifica (depende del material del conductor)......................... l= longitud del conductor ................METROS (m) s= seccion del conductor......…milimetros cuadrados(mm2) R=ρ (l/s)

Clasificacion de los materiales, atendiendo a su conductividad. AISLANTES MATERIALES QUE NO DEJAN PASAR LA CORRIENTE, O LA DEJAN PASAR MUY DIFICILMENTE CONDUCTORES MATERIALES POR LOS QUE PUEDE CIRCULAR LA CORRIENTE ELECTRICA CON FACILIDAD SEMICONDUCTORES (OCUPAN UNA POSICION INTERMEDIA ENTRE LOS ANTERIORES)

4. ECUACIONES FUNDAMENTALES DE LA ELECTRICIDAD.

4.0. CIRCUITO ELECTRICO DEFINICION. Conjunto de elementos necesarios para que se establezca una corriente eléctrica.

ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN EL CIRCUITO ELECTRICO Circuito eléctrico ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN EL CIRCUITO ELECTRICO GENERADOR (o batería) INTERRUPTOR( puede estar o no) RECEPTOR (o resistencia) CAMINO DE IDA Y CAMINO DE VUELTA (CONDUCTOR)

Circuito eléctrico CONDUCTOR (Camino de ida) INTERRUPTOR CONDUCTOR (Camino de vuelta)

Circuito eléctrico Interruptor cerrado

Circuito eléctrico NOTA En el circuito eléctrico del automóvil: El camino de vuelta es LA MASA (parte metálica del vehículo)

Analogía hidráulica para circuito eléctrico

4.1. LEY DE OHM ENUNCIADO. La intensidad (I), que circula por un circuito eléctrico es Directamente proporcional a la tensión aplicada (U) E inversamente proporcional a la resistencia del circuito

I= U/ R Ley de Ohm FORMULA I= INTENSIDAD U= TENSION APLICADA R= RESISTENCIA ELECTRICA.. I= U/ R

Ley de Ohm.

Ley de Ohm.

Ley de Ohm

I= U/ R Ley de Ohm UNIDADES DE MEDIDA I= INTENSIDAD.....................Amperio (A) U= TENSION APLICADA........Voltio(V) R= RESISTENCIA ELECTRICA.....Ohmio(Ω) I= U/ R

Ley de Ohm. Ejemplos Dar la lectura de Amperimetro (Am) Votimetro (V)

Solución Amperímetro I= U/R I= 3/2= 1.5 A. Voltímetro U= 3 V

4.2. ENERGIA Y POTENCIA ELECTRICA FORMULA DE LA ENERGIA ELECTRICA (T) T= Energía eléctrica .......Julios (J) U= Tensión ......................Voltios (V) I= Intensidad....................Amperios(A) t= tiempo.......................segundos(s) T= U*I*t

Energía y potencia eléctrica. DEFINICION DE POTENCIA ELECTRICA. La relación entre el trabajo eléctrico y el tiempo consumido en realizar ese trabajo

Energía y potencia eléctrica. FORMULA DE LA POTENCIA ELECTRICA. P= POTENCIA...se mide en vatios (W) U= TENSION...se mide en voltios(V) I= INTENSIDAD..se mide en amperios(A) P= U*I

P P= I*U P

Potencia eléctrica P P = I*U

Potencia eléctrica P I = P / U

Potencia eléctrica P U = P / I

4.3. GENERACION DE CALOR POR LA ACCION DE LA CORRIENTE ELECTRICA. La corriente electica al circular por una resistencia (puede ser un cable electrico) genera una energia calorifica

Formula de la generacion de calor por la accion de la corriente electrica. Q= 0.24 .T Q = Calor generado por la accion de la corriente electrica. T= Energía eléctrica ....... Como T = U.I.t Q= 0.24 .U.I.t

Como U = I.R Q= 0.24 .R.I.I.t

T= Energía eléctrica .......Julios (J) UNIDADES DE MEDIDA Q = Calor generado por la accion de la corriente electrica. Se mide en Calorias U= TENSION...se mide en voltios(V) I= INTENSIDAD..se mide en amperios(A) T= Energía eléctrica .......Julios (J) t= tiempo.......................segundos(s)

Ejercicios. Estudiar el cuadro de magnitudes y unidades en el sistema internacional.