Electricidad Definición Circuitos eléctricos Magnitudes Ley de OHM Cálculo de resistencias en serie, paralelo y mixto. Potencia.

Presentación del tema: "Electricidad Definición Circuitos eléctricos Magnitudes Ley de OHM Cálculo de resistencias en serie, paralelo y mixto. Potencia."— Transcripción de la presentación:

1 Electricidad Definición Circuitos eléctricos Magnitudes Ley de OHM Cálculo de resistencias en serie, paralelo y mixto. Potencia

2 ¿Qué es electricidad? La electricidad: Es una forma invisible de energía que produce como resultado la existencia de unas diminutas partículas llamadas ELECTRONES LIBRES en los átomos de ciertos materiales o sustancias. Estas partículas, al desplazarse a través de la materia, constituyen lo que denominamos una corriente eléctrica

3 Electricidad La electricidad tiene su origen en el movimiento de una pequeña partícula llamada electrón que forma parte del átomo. El átomo es la porción más pequeña de la materia* y está compuesto por un núcleo donde se encuentran otras partículas, como los protones (con carga eléctrica positiva) y los neutrones (sin carga). * La materia es todo aquello que tenga peso y ocupa espacio, es decir, que la tierra y todo lo que existe en la misma se clasifica como materia.

4 Electricidad Un átomo puede tener muchos electrones, situados en órbitas que giran alrededor del núcleo. Hay fenómenos que consiguen arrancar electrones de las órbitas externas del átomo, quedando entonces deficitario de cargas negativas (el átomo se convierte así en un ion positivo). Al producirse el abandono de un electrón de su órbita queda en su lugar un “hueco” el cual atraerá a un electrón de un átomo contiguo, de este modo se desencadena una cascada de electrones arrancados de otros átomos contiguos para ir rellenando huecos sucesivos, y así se produce una circulación de electrones.

5 Electricidad Si en un extremo se tienen muchos electrones mientras que en el otro apenas hay, aparecen aquí huecos, la tendencia natural es que se produzca una circulación de electrones hacia el extremo donde hay huecos, para alcanzar así un equilibrio. La diferencia existente en el número de electrones entre un extremo y otro, y que determina la “fuerza” con la que circulan, recibe el nombre de diferencia de tensión, lo que significa que cuanta mayor tensión exista en los extremos de un conductor mayor es también el número de electrones que hay dispuestos en un lado para desplazarse hacia el otro.

6 Conductores y No conductores No todos los átomos tienen la misma facilidad para desprender electrones de sus órbitas y originar una corriente eléctrica; hay cuerpos como los metales (cobre, plata, hierro, etc.) donde los electrones fluyen con facilidad, mientras que otros materiales (madera, plástico, caucho) encuentran mucha dificultad. Los primeros son los llamados conductores y los segundos no conductores o aislantes. No obstante entre ambos se encuentran los semiconductores, elementos cuya conductibilidad eléctrica depende de las condiciones del circuito y de la composición química que interviene en su formación Electrones libres: Son los electrones de valencia que se han separado temporalmente de un átomo. Puede recorrer el espacio libre en torno al átomo. Electrones de valencia: Son las partículas atómicas que intervienen en las reacciones químicas y corrientes eléctricas. La capa mas exterior de un átomo recibe el nombre de capa de valencia y los electrones en esa capa se llama electrones de valencia.

7 Conductores y No conductores Materiales conductores: Cobre Plata Aluminio Oro Níquel Cromo Hierro Magnesio Mercurio Materiales No conductores: La madera. El vidrio. El plástico. La cerámica Es importante recordar que el agua y el cuerpo humano son buenos conductores de electricidad, por lo tanto se debe evitar su contacto.

8 Origen de la electricidad Los fenómenos que consiguen arrancar electrones y establecer una corriente pueden ser de diverso origen: Térmico: los termopares son la unión de dos metales con diferente potencial termoeléctrico que al ser calentados generan corriente. Piezoeléctrico: la deformación física experimentada por un cristal de cuarzo genera corriente en los extremos del mismo. Fotoeléctrico: al incidir la luz en determinados compuestos de silicio se desprenden electrones, y se establece una corriente. Magnético: por inducción magnética sobre un conductor se genera corriente, tal es el caso de la dinamo, el alternador, la magneto, etc. Químico: la reacción química de dos compuestos puede originar el desprendimiento de electrones y la circulación de corriente, es el caso de las pilas y baterías.

9 Circuito eléctrico El circuito eléctrico es parecido a un circuito hidráulico ya que puede considerarse como el camino que recorre la corriente (el agua) desde un generador de tensión (también denominado como fuente) hacia un dispositivo consumidor o carga. La carga es todo aquello que consume energía para producir trabajo: la carga del circuito puede ser una lámpara, un motor, etc. (en el ejemplo de la ilustración la carga del circuito es una sierra que produce un trabajo). La corriente, al igual que el agua, circula a través de unos canales o tuberías; son los cables conductores y por ellos fluyen los electrones hacia los elementos consumidores.

10 Magnitudes: Tensión eléctrica Ahora se pueden definir las tres principales unidades eléctricas: la tensión, la intensidad y la resistencia. Tensión eléctrica (U) Se denomina tensión eléctrica (o también voltaje) a la fuerza potencial (atracción) que hay entre dos puntos cuando existe entre ellos diferencia en el número de electrones. En los polos de una batería hay una tensión eléctrica y la unidad que mide la tensión es el voltio (V).

11 Magnitudes: Corriente eléctrica Ahora se pueden definir las tres principales unidades eléctricas: la tensión, la intensidad y la resistencia. Corriente eléctrica (I) La cantidad de electrones o intensidad con la que circulan por un conductor, cuando hay una tensión aplicada en sus extremos, se le denomina corriente eléctrica o intensidad. La unidad que mide la intensidad es el amperio (A).

12 Magnitudes: Resistencia eléctrica Ahora se pueden definir las tres principales unidades eléctricas: la tensión, la intensidad y la resistencia. Resistencia eléctrica (R) Los electrones que circulan por un conductor encuentran cierta dificultad a circular libremente ya que el propio conductor opone una pequeña resistencia; resistencia que depende de la longitud, la sección y el material con que está construido el conductor. La corriente fluirá mejor cuanto mayor sea la sección y menor la longitud. La unidad que mide la resistencia es el ohmio (Ω).

13 Ley de OHM La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son: Tensión o voltaje (U), en volt (V). Intensidad de la corriente (I), en ampere (A) o sus submúltipos Resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al circuito en ohm (Ω) o sus múltiplos

14 Ley de OHM

15 Existe una relación entre las tres unidades eléctricas (voltio, amperio y ohmio) de tal modo que puede definirse cada una de ellas con la combinación de las otras dos, así por ejemplo puede decirse que: 1 amperio es la corriente que circula por un conductor de 1 ohmio cuando se aplica un 1 voltio de tensión. Y esta definición expresada matemáticamente es: Como el resultado de esta expresión matemática es una ecuación, puede despejarse cualquier valor incógnita partiendo de los otros dos.

16 Ley de OHM

17 Cálculo de resistencias La resistencia es la oposición que encuentra la corriente eléctrica para pasar por los materiales y esta depende de tres factores: El tipo de material. Cada material presenta una resistencia diferente y unas características propias, habiendo materiales más conductores que otros. A esta resistencia se le llama resistividad [ρ] y tiene un valor constante. Se mide [Ω·m]. La longitud. Cuanto mayor es la longitud del conductor, más resistencia ofrece. Se mide en metros [m]. La sección. Cuanto más grande es la sección, menos resistencia ofrece el conductor. Por lo tanto, presenta más resistencia un hilo conductor delgado que uno de grueso. Se mide en [m 2]. La resistencia de un conductor se cuantifica en ohmios (Ω), y se puede calcular mediante fórmula: R = ρ l / s

18 Cálculo de resistencias Suma de resistencias en Serie Asociación en serie. Los elementos asociados se colocan uno a continuación del otro. La corriente eléctrica tiene un único camino por recorrer, habiendo así la misma intensidad en todo el circuito. Por ejemplo, en caso de tener cuatro resistencias conectadas en serie, la resistencia equivalente se puede calcular como: R eq = R1 + R2 + R3 + R4

19 Cálculo de resistencias Suma de resistencias en Serie - Ejemplo - R T = 25 Ω + 55 Ω R T = R 1 + R 2 R T = 80 Ω

20 Cálculo de resistencias Suma de resistencias en Paralelo Asociación en paralelo. Se crean derivaciones en el circuito. La corriente eléctrica que sale del generador tiene distintos caminos por recorrer. Por ejemplo, en caso de tener cuatro resistencias asociadas en paralelo, la resistencia equivalente del circuito se calcula como: 1/R eq = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4

21 Cálculo de resistencias Suma de resistencias en Paralelo - Ejemplo - 1/R T = 1/6000 + 1/3000+ 1/6000 1/R T = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 1/R T = 1 + 2 + 1 / 6000 1/R T = 4 / 6000 R T = 6000 / 4 R T = 1500 Ω

22 Cálculo de resistencias Suma de resistencias en circuitos mixtos

23 Cálculo de resistencias Suma de resistencias en circuitos mixtos - Ejemplo - 1/R A = 1/6 + 1/18 1/R A = 1/R 1 + 1/R 2 1/R A = 3 + 1 / 18 1/R A = 4 / 18 R A = 18/4 = 9/2 R T = 9/2 + 3/2 = 6 Ω

24 Cálculo de resistencias Suma de resistencias en circuitos mixtos 1/R T = 1/25 Ω + 1/40 Ω 1/R T = 1/R A + 1/R B 1/R T = 8 + 5 / 200 1/R T = 13 / 200 R T = 200 / 13 = 15,38 Ω R A = 13 Ω + 12 Ω R A = R 1 + R 2 R A = 25 Ω

25 Cálculo de resistencias Calcular los siguientes circuitos Calcular el valor de la tensión del siguiente circuito.

26 Cálculo de resistencias Calcular los siguientes circuitos Calcular el valor de la intensidad del siguiente circuito.

27 Cálculo de resistencias Calcular los siguientes circuitos Calcular el valor de la resistencia del siguiente circuito.

28 Circuitos mixtos Elaborar el siguiente circuito eléctrico mixto. Calcular la resistencia de cada lámpara (usando los valores V y A de cada una). Un operador eléctrico como una lámpara puede considerarse una resistencia debido al consumo de corriente que realiza para transformar la energía en eléctrica. 3V 500 mA

29 Circuitos mixtos Elaborar el siguiente circuito eléctrico mixto. Calcular la resistencia de cada lámpara (usando los valores V y A de cada una). 3V 500 mA

30 Potencia eléctrica Es la cantidad de energía eléctrica consumida por un receptor en la unidad de tiempo. Si la tensión se mide en voltios y la intensidad en amperios, la unidad de potencia es el watt o vatio (w). El kilovatio (kw) equivale a 10 3 vatios o 1000 vatios.

31 Potencia eléctrica Fórmulas de Potencia

32 Potencia eléctrica Ejemplos: Un motor está alimentado con una tensión de 4.5V y consume una corriente de 0.2A. Calcular la potencia que desarrolla. Respuesta : P = V*I P = 4,5V * 0,2A P = 0,9W Un circuito eléctrico está formado por una bombilla cuya resistencia es de 3Ω y está alimentada por una fuente de alimentación de 6V. Calcularla potencia de la bombilla. Respuesta:P = V*I = V 2 / R P = 6 2 V / 3Ω P = 12W

33 Potencia eléctrica Ejercicios: Calcular la potencia disipada en una resistencia de 6Ω si la diferencia de potencial entre sus extremos es de 50V. Se diseña una resistencia de calefacción de 0.5KW para funcionar a 220V. ¿Cuál es su resistencia y qué corriente circulará por ella? Un ventilador se conecta a una tensión de 220V y consume una intensidad de 0.52A. Calcular: a) El valor de la resistencia, y b) La potencia consumida en KW. Calcular la intensidad de corriente que consume un motor eléctrico de 1.2KW de potencia que está alimentado con una tensión de220V. Si el motor se pudiese conectara una tensión de 380V, calcular la corriente que consumiría ahora. Comparar los resultados.

34 Nos vemos en la prueba :)