La Electricidad

Tema 1

CARGA Y CORRIENTE ELÉCTRICA

1. El origen de la electricidad

Los primeros estudios que se conocen relacionados con la electricidad se hicieron en la antigua Grecia, alrededor del siglo IV a.C.

El filosofo griego Mileto estudiaba varios materiales como el ámbar

La palabra electricidad deriva de electrón que en griego significa ámbar

1.1 La materia está formada por partículas con carga eléctrica

Todos los cuerpos están formados por átomos que contienen algunas partículas como carga eléctrica.

La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de las partículas elementales, así como la masa.

Los electrones tienen cargas positivas y negativas

La electrización consiste en la generación de un desequilibrio eléctrico en un cuerpo.

La electrización por frotamiento consiste en frotar dos cuerpos de ciertos materiales entre sí, como lana y vidrio, o seda y plástico.

La electrización por contacto consiste en tocar un cuerpo neutro con otro electrizado.

Otra forma de electrizar un cuerpo son la polarización y la inducción.

A mediados del siglo XVIII, el físico estadounidense Benjamín Franklin demostró que dos cargas eléctricas de igual signo se repelen y dos cargas eléctricas de distinto signo se atraen.

La unidad de medida de la carga eléctrica es el coulomb (C) y un coulomb corresponde a la carga total de 6,25 X1018 electrones.

La electrización por inducción

A electrización por inducción se produce cuando acercamos, sin tocar, un cuerpo cargado a uno neutro para inicialmente polarizarlo, es decir, separar las cargas negativas de las positivas en él, y luego se conecta a tierra o a otro material (tocándolo con el dedo, por ejemplo).

2. Corriente eléctrica

Cuando las cargas eléctricas se mueven en una misma dirección se genera la corriente eléctrica.

La corriente eléctrica se traslada a través de conductores.

2.1 Corriente eléctrica continua y corriente alterna.

La corriente continua (c.c.) es producida por generadores que siempre suministran la corriente en la misma dirección; tal es el caso de dinamos, células fotoeléctricas, pilas, etc. En el automóvil se utiliza corriente continua porque puede almacenarse en la batería garantizando así su disponibilidad cuando se precise.

La corriente continua no varía su valor en función del tiempo: en la pantalla de un osciloscopio aparece como una línea horizontal referenciada a un nivel de cero voltios (línea de masa). La distancia de la línea de tensión a la línea de masa indica la magnitud (amplitud) de la tensión.

La corriente alterna (c.a.) no puede almacenarse en baterías, pero es mucho más fácil y barata de producir gracias a los alternadores.

La corriente alterna cambia de polaridad cíclicamente siendo alternativamente positiva y negativa respectivamente.

La forma de onda depende del generador que la produce, pero siempre hay una línea de cero voltios que divide a la onda en dos picos simétricos. Las características de la corriente alterna son: la frecuencia (ciclos en un segundo) y la tensión de pico a pico; aunque suele utilizarse el valor de tensión eficaz (tensión RMS)

3. ¿Qué es el voltaje?

El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica.

La medida del voltaje es el volt, cuyo símbolo es V. Una diferencia de potencial de 1 volt significa que para mover una carga de 1 coulomb entre dos puntos se necesita 1 joule de energía.

3.1 Las pilas y las baterías generan voltaje.

Las pilas basan su funcionamiento en reacciones químicas que separan cargas eléctricas ubicándolas en puntos distintos (polos) de manera que entre los polos se produzca una diferencia de potencial.

La corriente eléctrica se produce porque los electrones se mueven desde el polo negativo (-) al polo positivo (+) de la pila a través de los cables conductores.

Batería 9 VBatería de 12 VPila 1,5 V

3.2 Voltaje de los electrodomésticos

Si miramos la placa con especificaciones eléctricas que traen todos los aparatos eléctricos, vemos que normalmente aparece un valor para el voltaje de 220V. Este es el voltaje que hace circular la corriente por la red domiciliaria y se denomina voltaje efectivo. Este valor es equivalente a una fuente continua que entregara el mismo valor de pontencia.

La corriente que circula por la red domiciliaria es alterna. Esto significa que la magnitud del voltaje va cambiando en forma periódica con una frecuencia de 50Hz.

4. Resistencia eléctrica

Si comparamos el flujo de carga eléctrica al interior de un alambre con el flujo de agua al interior de una tubería, podemos entender la resistencia eléctrica del alambre como un obstáculo dentro de la tubería que dificultara el flujo del agua. La resistencia eléctrica depende de varios factores, entre ellos, la resistividad propia de cada material.

Cada material presenta una oposición o resistencia en el flujo de carga eléctrica característico que depende de su estructura atómica y de su temperatura. Esta característica se conoce como resistividad

aislanteMadera

AislanteVidrio

ConductorAluminio

ConductorCobre

ConductorAcero

ConductorOro

ConductorPlata

ClasificaciónMaterial

En un conductor de forma cilíndrica, como un cable de las instalaciones eléctricas de una casa, la resistencia eléctrica (R) además de la resistividad, depende también del largo y del grosor del cable (área de la sección transversal)

R = Resistencia eléctrica

P = Resistividad del material

L = Largo del conductor

A =Área sección Transversal

A

L p R ⋅=

La unidad de medida de la resistencia eléctrica es el ohm y se simboliza con la letra griega Ω (omega).

Dependiendo de la resistencia de cada material, se pueden clasificar en aislantes o conductores.

4.1 Influencia de la temperatura en la resistencia electrica

El valor de la resistencia se indica a través de 4 anillos de colores, que se relacionan con un código establecido.

5. Ley de Ohm

En un conductor metálico o temperatura constante, el valor de la resistencia en constante se cual se la intensidad de corriente que lo atraviese y la diferencia de potencial que existe entre sus extremos.

Existe una relación matemática entre voltaje (V), la resistencia eléctrica (R) y la intensidad de la corriente eléctrica (I) llamada ley de ohm.

Esta ley propone que la relación entre el voltaje y la corriente eléctrica que hay entre dos puntos de un conductor, que mantiene su temperatura, es constante. Esta constante es característica de cada conductor y corresponde a la resistencia eléctrica R.

Matemáticamente:

IR V o ⋅== RI

V

Ejemplo de la Ley de ohm

Ejemplo

6. Asociación de resistencias

En lo circuitos eléctricos sus elementos se conectan básicamente de dos formar: en serie y en paralelo.

6.1 Resistencia en serie

Si los elementos de un circuito eléctrico (fuentes de voltaje, resistencia) se conectan de modo que quede uno a continuación de otro se habla de conexión en serie.

Un caso de conexión en serie que podemos encontrar es el caso de las luces que adornan los árboles de navidad.

6.2 Resistencia en paralelo

Cuando los elementos de un circuito se conectan de tal forma que todos tengan sus extremos cometidos a la misma diferencia de potencia y la corriente se distribuye a los distintos elementos del circuito, se habla de conexión en paralelo

En nuestras casas todos los artefactos que se conectan a la red eléctrica domiciliaria por medio de enchufes se están conectando en paralelo.

Cálculo de resistencia equivalente

Simbología de los circuitos eléctricos

Física Aplicada

Cable a tierra

Protección para electrodomesticos.

Mapa conceptual

La carga eléctrica

Positiva

Negativa

Fuerza eléctrica

Material

Voltaje

Corriente eléctrica

Resistencia eléctrica

Ley de Ohm

Puede ser

o

Las que interactúan manifestándose la

Se relacionan por la

Lo que produce una

Cuando este posee cierto