TEMARIO DE ELECTRICIDAD EN 4º DE LA ESO
1. Naturaleza eléctrica de la materia.
Los fenómenos eléctricos son una manifestación de las fuerzas que existen en la Naturaleza. La materia posee dos propiedades fundamentales: masa (“lo que pesa”) y carga eléctrica. La fuerza que atrae a los cuerpos entre sí tiene que ver con la cantidad de masa que poseen. Esta fuerza se llama “gravedad” y nos mantiene, por ejemplo, “pegados” a la tierra.
La siguiente fuerza que existe en la Naturaleza, la fuerza eléctrica, tiene que ver con una propiedad llamada “carga eléctrica”. Todos sabemos que la materia está constituida por átomos, y éstos, a su vez, están formado por un núcleo y electrones girando alrededor de ese núcleo. Dentro del núcleo hay dos tipos de partículas: los neutrones y los protones.
Los protones se dice que tienen carga eléctrica y que es positiva. Los electrones tienen carga eléctrica de tipo negativo. En la Naturaleza, los núcleos están vibrando y los electrones giran muy rápidamente, nunca están quietos, pero si consiguiéramos parar un protón y lo pusiéramos frente a un electrón también parado, debido a que tienen cargas de sentido contrario se empezarían a mover cada vez más rápidamente uno hacia el otro.
Se dice pues que sienten una atracción, una fuerza. (Una fuerza es la causa de un movimiento en que las partículas o los cuerpos implicados aumentan cada vez más su velocidad). Sería la Fuerza Eléctrica.
Si enfrentamos, parados, dos protones o bien dos electrones, también se mueven, pero ahora no se atraen sino que se separan. La fuerza eléctrica es de repulsión.
2. Ley de Ohm
http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm
http://www.comtro.com/ley_de_ohm.htm
http://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpresistividad.htm
a . Resistencia
Ya hablamos en el tema anterior de materiales conductores, aislantes e incluso de los semiconductores. En los primeros, se producen corriente eléctrica, los electrones se mueven dentro de ellos. En los segundos los electrones no pueden pasar. Y en los terceros se producen movimiento de electrones sólo en algunas condiciones.
Pero, en general, asociado a cada tipo de material existe una magnitud eléctrica llamada resistencia. La resistencia eléctrica se define como la dificultad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. La resistencia eléctrica se mide en OHMIOS (Ω).
Los materiales que no presentan ninguna dificultad al paso de la corriente eléctrica, los conductores ideales (todos los metales en principio), tienen una resistencia muy baja. Idealmente
se puede tomar como nula.
Rconductores ≈ 0 Ω.
Los materiales aislantes presentan una dificultad extrema al paso de los electrones, ya que no los dejan pasar. En teoría su resistencia es infinita. En la práctica es de millones de Ohmios.
Raislantes ≥ 1.000.000 Ω.
Entre unos y otros existe una gama de materiales que tienen resistencias intermedias, que permiten el paso de los electrones pero que los frenan.
b . Ley de Ohm.
Ohm descubrió que hay una relación sencilla entre la tensión aplicada a una resistencia, el valor de la misma y la intensidad que la atraviesa. Esa relación se conoce como Ley de Ohm y tiene la expresión matemática siguiente:
Voltaje = Intensidad x Resistencia ; V =I ⋅R
Esta es una relación muy, muy importante. En un circuito simple, sabiendo una de las dos magnitudes, se puede averiguar inmediatamente la tercera. Recuerda: tienes que pasar los múltiplos o submúltiplos a la unidad de referencia antes de calcular y después expresar no sólo el valor,sino la magnitud (voltaje en voltios – V -, resistencia en ohmios - Ω – e intensidad en amperios – A - ).
c . Resistencias Reales.
Todos los materiales presentan más o menos resistencia, y tienen asociada su magnitud eléctrica R. Sin embargo, cuando necesitamos en un circuito un componente de determinada resistencia nos venderán en una tienda un pequeño cilindro con dos contactos eléctricos que tiene ya ese valor predeterminado.
El valor de una resistencia viene dado por un código de colores. Normalmente tenemos tres bandas de colores y otra banda algo más separada. Las primeras bandas nos dan el valor. La cuarta, la separada, nos indica la tolerancia. La primera y la segunda nos dan los dos primeros dígitos y la tercera un factor de multiplicación.
Pero las resistencias se hacen industrialmente, y a veces, según como sean fabricadas, no tienen exactamente el valor que indican, sino un poco más o un poco menos. El fabricante indica un cuarto dato, la tolerancia. La tolerancia es un tanto por ciento. Con ese dato y el valor de la resistencia podemos saber el rango de valores entre los cuales, seguro, sí se encuentra el valor real de la resistencia.
d) Ampliación: Resistividad y Conductividad.
La resistencia depende de dos cosas: del tipo de material y de la forma geométrica que tenga. En general la
resistencia de un objeto se calcula sabiendo un parámetro llamado resistividad, común a los objetos hechos de un mismo material, y conociendo la forma geométrica del mismo.
3.- Medidas de magnitudes eléctricas.
http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/medida-electricidad.htm
http://usuarios.lycos.es/pefeco/leyohm/leyohm.htm
1 . Fuentes de tensión
Una fuente de tensión es de corriente continua es un aparato que es capaz de mantener el movimiento de
electrones en el circuito. Puede ser unas pilas o una batería, pero normalmente denominamos como fuente de
tensión un aparato que convierte la corriente eléctrica alterna de la red de 220V en corriente continua, de valores fijos (p. ejemplo: 5, 9 , 12 V) o bien variables (de 0 a 24 Voltios).
El borne de color rojo es el positivo. Los bornes negros son el polo negativo. Los bornes de color amarillo o verde (como en el ejemplo) son la toma de tierra. Suelen tener un display o un medidor para indicar la tensión variable y algunas permiten controlar el máximo de intensidad entregada.
Al ser un aparato relativamente caro debemos tener cuidado con su uso. No es un juguete. Sobre todo podríamos quemar los componentes a los que se conecta si no lo usamos correctamente.
2 . Polímetros (tester o multitester o incluso voltímetro).
Un polímetro es un aparato que mide diversas magnitudes eléctricas.
Las más frecuentes y usadas son:
• La medida de intensidad en corriente continua (DCA).
• Medidas de resistencias (OHM).
• La medida de la tensión en corriente continua (DCV).
Otras pueden ser: medidas de tensión e intensidad de corriente alterna, medidas de frecuencia, continuidad, valores umbrales en diodos, parámetro beta del transistor, etc.
Normalmente se conecta una sonda negra al terminal negativo. La sonda roja se conecta a algunos de los terminales rojos dependiendo de lo que se quiera medir.
4.- Circuitos eléctricos
http://www.simbologia-electronica.com/
http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1mpara_incandescente
http://www.educ.ar/educar/superior/biblioteca_digital/verdocbiblio.jsp?url=OBRAS/LA
MPARA.HTM&contexto=superior/biblioteca_digital/
http://www.mailxmail.com/curso/vida/electricas/capitulo1.htm
Los circuitos eléctricos cuentan con seis elementos bien diferenciados: fuentes de alimentación (o de tensión) que suministran movimiento a los electrones; conductores, por donde circula la corriente eléctrica; receptores, que producen algún efecto al paso de la corriente eléctrica ; elementos de control, que controlan y regulan la corriente eléctrica ; sensores, que detectan una señal de cualquier tipo y la convierte en señal eléctrica y medidores, que miden las diversas magnitudes eléctricas. Hablaremos ahora de receptores y de
elementos de control.
a . Receptores.
Los receptores son elementos de un circuito imprescindibles. Sin ellos un circuito no tiene un sentido práctico. Convierten la corriente eléctrica en algo útil.
b . Elementos de control.
Los elementos de control permiten controlar el flujo de electrones en un circuito eléctrico, o sea, deciden si la corriente puede o no pasar, en qué condiciones pasarían o no, o por dónde se puede pasar y por dónde no.
c. Pulsador NA
Igual que el interruptor, pero mediante un muelle permite sólo el paso de la corriente mientras se mantiene pulsado.
d. Conmutador
Cambia el sentido de la corriente hacia un sitio u otro. El conmutador doble es igual pero con doble circuito.
e. Llave de cruce
Cambia el sentido del cableado.
f. fusible
Interrumpe el paso de la corriente si circula por él una excesiva intensidad. Sirve de elemento de protección,
g. Pulsador NC
Igual que el pulsador NA, pero éste siempre deja pasar la corriente excepto cuando se pulsa.
4.1- Circuitos en serie
http://usuarios.lycos.es/pefeco/resisserie/serie.htm
Estudiaremos simplemente circuitos en serie de resistencias (o de bombillas, que en el fondo son resistencias que emiten luz). En un circuito en serie las resistencias están dispuestas unas a continuación de otras.
En ellas, el “empuje” que produce la fuente de tensión se reparte entre ambas resistencias. Por lo tanto si cogemos un polímetro y medimos entre los bornes de la primera resistencia obtendremos una tensión V1 y si lo hacemos en la segunda, V2.
4.2- Circuitos en paralelo.
http://usuarios.lycos.es/pefeco/resisparalel/paralelo.htm
El otro tipo de circuito sencillo es el circuito paralelo. En él las resistencias se aplican directamente a la fuente de tensión, comparten sus bornes.
En este caso, lo que ocurre es que el “empuje” que tienen los electrones en cada resistencia es el mismo,
pero algunos electrones pasan por una resistencia y otros por otra. Por lo tanto la intensidad que pasa por una resistencia es distinta a la que pasa por la otra.
5.- Potencia y energía eléctrica.
http://roble.cnice.mecd.es/~jsaa0039/cucabot/joule-intro.html
1 . Potencia y energía de la fuente de tensión.
Imaginad la siguiente situación: alguien me lanza una pelota de tenis. Me la puede lanzar
empujándola con poca fuerza o con mucha fuerza. De la primera manera no me hará daño, pero
de la segunda sí podría hacerme daño ¿verdad? La pelota que han empujado con más fuerza lleva
más energía.
Pero... ¿y si me lanzan muchas? Bueno,si son muchas, aunque las lancen con poca fuerza
también me pueden hacer daño. Tirando una, y otra, y otra, y otra...
Las fuentes de tensión hacen lo mismo con los electrones. La energía que son capaces de
comunicar depende del “empuje” que se les comunique pero también de cuántos electrones
salgan de la fuente. Y recordamos que el “empuje” se denomina tensión y el número de
electrones tiene que ver con la intensidad.
En realidad se demuestra que la energía que es capaz de transmitir una fuente de tensión
por cada segundo resulta de multiplicar la tensión por la intensidad. La energía por segundo se
llama Potencia, se abrevia con una P y se mide en Vatios (W).
P=I⋅V
La verdadera energía eléctrica que entrega la fuente de tensión en un tiempo dado, se
calcula multiplicando la potencia por el tiempo. La energía se mide en Julios (J).
E=P⋅t=I⋅V⋅t
Ejemplo: Una fuente de tensión entrega tres amperios a un circuito y su valor de tensión es de 15
V. Calcula la potencia entregada y la energía dada en 3 segundos:
• P=I⋅V=3 A⋅15V=45⋅W
• E=P⋅t=45W⋅3 s=135 J
2 . Potencia y energía consumida en un receptor. Efecto Joule.
Un receptor eléctrico, una resistencia, recibe una cierta cantidad de electrones (intensidad) con cierto “empuje” (tensión). Y si forma parte de una red de resistencias en serie o en paralelo no tienen por qué ser las mismas magnitudes que las entregadas por la fuente de tensión.
Al pasar los electrones por la resistencia y “frenarse” se genera calor. El calor es una forma de energía. Podemos decir que la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en una resistencia.
La potencia que se disipa en la resistencia es el producto de la intensidad que la atraviesa por la tensión a la que se somete la misma.
El efecto de que una resistencia se calienta cuando pasa por ella una intensidad se denomina efecto Joule. Los calefactores calientan porque se produce el efecto Joule en las resistencias, los filamentos de las bombillas igual.
• La energía disipada es: Edisipada=Pdisipada⋅t=I R
• Se suele utilizar también esta fórmula para expresar la energía disipada en la unidad por excelencia en la que se expresa la energía calorífica: la caloría (cal).
Edisipada=Pdisipada⋅t=0.24⋅I R
Otra unidad de energía usada es el kilowatio – hora (kW h) o el watio -hora (W h). Sobre todo en el ambiente del consumo doméstico de electricidad. Un watio-hora equivale a:
• 1⋅W⋅h=3600 J
• 1⋅KW⋅h=3600000 J
