ELECTRICIDAD

Interacción entre cargas ⇒ Ley de los signos

Protones

ElectronesFuerza eléctrica

Fenómeno físico originado por cargas eléctricas estáticas o en movimiento y por su interacción

CAMPO ELÉCTRICO

Campo de fuerzas creado por partículas cargadas y que puede representarse mediante líneas que indican la dirección de la fuerza eléctrica en cada punto

ELECTRIZACIÓN

Fenómeno que consiste en el traspaso de electrones de un cuerpo a otro

ē

Por frotamiento

Por contacto

Por inducción

POR FROTAMIENTO

Traspaso de electrones desde la superficie de un cuerpo a la de otro, debido al estrecho contacto entre ellos

Ambos cuerpos resultan electrizados con cargas del signo opuesto

POR CONTACTO

Traspaso de electrones debido al contacto entre un cuerpo inicialmente electrizado y uno neutro

El cuerpo neutro adquiere una carga del mismo signo de aquel que lo toca

POR INDUCCIÓN

Reordenamiento de electrones debido al acercamiento entre un cuerpo cargado y uno neutro

Se reordenan las cargas del cuerpo neutro (polarización), que puede electrizarse si se conecta al suelo y permitir el desplazamiento de electrones a “tierra”

CORRIENTE ELÉCTRICA

Circulación o flujo de electrones

ē ē ē

Diferencia de potencial eléctrico

Tensión eléctrica o voltaje (volt o voltios)

CONDUCTORES ELÉCTRICOS

Materiales a través de los cuales la corriente eléctrica viaja con facilidad, es decir, tienen baja resistencia eléctrica

Metales

Agua

ēē

El sentido de flujo de los electrones a través del conductor obedece a la Ley de los signos

AISLANTES ELÉCTRICOS

Materiales en los que los electrones no pueden moverse o les es muy difícil y por lo tanto no conducen la electricidad

Plástico

Vidrio

Madera seca

Goma

CARGA ELÉCTRICA (Q)

Unidad natural de carga eléctrica ē

Demasiado pequeña

Unidad práctica de carga eléctrica Coulomb

1 Coulomb= 6,25 x 1018 electrones

Exceso o déficit de electrones que posee un cuerpo respecto al estado neutro

INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA (I)

Cantidad de carga eléctrica (Q) que atraviesa una sección transversal de un conductor, en un intervalo de tiempo (∆t)

∆Q∆t

I=Coulomb (C)

Segundos (s)= Ampere (A)

Una corriente eléctrica que transporta una carga eléctrica de un coulomb en un segundo se dice que tiene una intensidad de un ampere

miliampere (1 mA= 10-3 A)

microampere (1µA= 10-6 A)

INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA (I)

Unidades ampere (A)

CIRCUITO ELÉCTRICO

~Alimentación de la red

Conductor

Interruptor

Fuente de electricidad

Dispositivo

Transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía

Por el que fluyen los electrones libres

GENERADOR ELÉCTRICO

Separa continuamente cargas positivas y negativas que se acumulan en terminales o bornes, produciendo diferencia de potencial eléctrico entre ellos

TENSIÓN ELÉCTRICA (U, V ó E) (Fuerza electromotriz f.e.m.)

Magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito cerrado

Pila o batería

Central eléctrica

TENSIÓN ELÉCTRICA

• Sentido de flujo eléctrico en un circuito

♦ Red eléctrica desde lugares de mayor potencial hacia los de menor potencial

♦ Pila o batería desde el terminal positivo hacia el negativo

• Unidades

kilovoltio (1 kV= 103 V)

volt (V)

CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA

♦ Pila o batería reacciones químicas en su interior producen voltaje continuo que genera corriente continua

♦ Red eléctrica diferencia de potencial se invierte alternadamente produciendo voltaje y corriente alterna

Los electrones se mueven siempre en la misma dirección

Los electrones van primero para un lado y luego en dirección contraria

Centrales generan corriente que cambia de sentido 60 veces por segundo ó 60 Hertz (CA 60 Hz)

RESISTENCIA ELÉCTRICA (R)

Dificultad que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica

Todos los elementos de un circuito eléctrico generalmente se denominan resistores debido a que tienden a evitar que la corriente eléctrica fluya a través de ellos

Resistencia eléctrica

Intensidad de corriente eléctrica

• Unidad Ohm (Ω)

RESISTENCIA ELÉCTRICA (R)

Depende de: • Material conductor

• Geometría (forma) del conductor:

R ∝ Longitud (L)

R ∝ 1/Área de sección transversal (A)

“grosor”

• Resistividad eléctrica (ρ) del material conductor:

Resistencia= resistividad x longitud/ área

R= ρ x L/ A

RESISTENCIA ELÉCTRICA (R)

Depende de: • Temperatura del conductor

Temperatura Resistencia

Temperatura Resistencia

LEY DE OHM

Intensidad de corriente (I) Tensión eléctrica (V)

Tensión eléctrica (V) ∝ Intensidad de corriente (I)

Depende de la resistencia (R)

V= I x R

V (volts)

I (ampere)

R (ohm)

V es la tensión que se produce al hacer pasar una corriente de intensidad I por un dispositivo de resistencia R

DIAGRAMAS DE CIRCUITOS

Se utilizan para entender cómo funciona cualquier circuito

Símbolos

Interruptor cerrado (encendido)

Interruptor abierto (apagado)

Resistencia

DIAGRAMAS DE CIRCUITOS

Símbolos

Generador eléctrico de corriente continua

Cables conectores

+ -

~ Generador eléctrico de corriente alterna

V Voltímetro

A Amperímetro

Ampolleta

DIAGRAMA CIRCUITO SIMPLE

+-

COMBINACIÓN DE RESISTENCIAS

En serie

En paralelo

EN SERIE

La corriente eléctrica fluye por un único camino pasando por cada uno de los elementos del circuito

+

-

EN SERIE

♦ Intensidad de corriente eléctrica: en cada resistencia es la misma

♦ Tensión eléctrica: entregada por el generador es la suma de la tensión eléctrica de las resistencias

I = I1 = I2 = I3

V = V1 + V2 + V3

+-

EN SERIE

♦ Resistencia equivalente: suma de todas las resistencias conectadas.

Req = R1 + R2 + R3

+-

Es una resistencia ideal que podría reemplazar a todas las resistencias reales que forman parte del circuito.

EN PARALELO

Cada componente está conectado a la fuente en su propia ramificación del circuito general. La corriente fluye por cada ramificación en forma independiente

+

-

EN PARALELO

♦ Intensidad de corriente eléctrica: a la salida del generador es la suma de intensidades en cada rama

♦ Tensión eléctrica: entregada por el generador es la misma que en cada resistencia

I = I1 + I2 + I3

V = V1 = V2 = V3

+-

EN PARALELO

♦ Resistencia equivalente: su recíproco es la suma de los valores recíprocos de todas las resistencias conectadas

1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

+-

Req = (R1 x R2 x R3)/ (R1 + R2 + R3)

POTENCIA ELÉCTRICA (P)

Medida de la cantidad de energía eléctrica que se convierte en otra forma de energía por unidad de tiempo

P= I x V

Unidad: Watt (W) 1 W= 1 V x 1 A

1 kilowatt-hora representa la cantidad de energía que se consume en una hora a razón de un kilowatt

1 W= 1 Joule/segundo

POTENCIA ELÉCTRICA (P)

La potencia convertida en calor por una resistencia crece con el cuadrado de la intensidad de corriente

P= I x V V= I x R Ley de Ohm

P= I x (I x R)

P= I2 x R

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

♦ Amperímetro: mide la intensidad de corriente eléctricaSe conecta en serie, así la intensidad de corriente eléctrica que recorre el elemento del circuito es la misma que la del amperímetro

Resistencia eléctrica del instrumento debe ser muy pequeña

Simbología: A

Si la intensidad de corriente es muy pequeña, es preferible el uso de un galvanómetro

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

♦ Voltímetro: mide las diferencias de potencial entre 2 elementos cualesquiera de un circuito eléctrico, por lo que se debe conectar entre estos 2 puntos de conexión

La intensidad de corriente eléctrica que recorre el elemento del circuito no debe ser modificada

Resistencia eléctrica del instrumento debe ser muy grande

Simbología: V

Se conecta en paralelo con la rama que contiene los puntos entre los que se desea medir la diferencia de potencial

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

♦ Ohmmetro: mide el valor de la resistencia eléctrica que posee un elemento del circuito

Se debe conectar en paralelo

EJERCICIOS1) ¿Cuántos electrones atraviesan la sección transversal de un conductor en un segundo si la intensidad de corriente es de 4 A? 2) Dos resistencias eléctricas de R1= 2Ω y R2= 3Ω se conectan en serie a una fuente de poder (batería) que entrega 10V:

a) Dibuje el circuito

b) Determine la intensidad de corriente en cada resistencia, considerando el circuito equivalente (con la resistencia equivalente)

c) Calcule las diferencias de potencial en cada una de las resistencias, utilizando la ley de Ohm3) Dos resistencias de 40Ω y 60Ω respectivamente se conectan en paralelo entre sí y unidas a un generador de 12 V:

a) Dibuje el circuito

b) Calcule la resistencia equivalente del conjunto

c) Calcule la intensidad de corriente que circula por cada resistencia

4) Por un trozo de cable conductor fluye una corriente de 2,5 A:

a) ¿cuántos electrones pasan por una sección transversal del conductor cada segundo?

b) ¿qué cantidad de carga habrá pasado al cabo de 5 minutos?

5) Un elemento de un circuito se conecta a 12V. Si su resistencia es de 48Ω, ¿qué intensidad de corriente pasará por él?

6) Al conectar un resistor en serie a una batería de 9V, la lectura indicada por un amperímetro intercalado en dicho circuito es de 5 mA. Entonces, ¿cuál será la resistencia eléctrica del resistor?

7) Dos resistencias de 10Ω y 40Ω se conectan a una f.e.m. de 12V:

a) ¿cuál es la resistencia equivalente si ambas se conectan en serie?

b) ¿cuál es la resistencia equivalente si se conectan en paralelo?

c) ¿cuál es la corriente que fluye por el circuito para ambas conexiones?

8) Indica en cuál de las siguientes combinaciones se consigue una menor resistencia equivalente entre los terminales a y b, ¿por qué?

RR

Ra b R R Ra b

R R R

a

bR

Ra b

R

9) La resistividad de un resistor de cobre es de 1,7 x 10-8Ω m y su sección transversal es 2 x 10-4m2. ¿Qué longitud debe tener el resistor para que su resistencia eléctrica sea de 1.000Ω?

10) Dos conductores del mismo material tienen resistencias R y 2R respectivamente. Si el primero posee una longitud L y el segundo una longitud L/3, ¿cuál es la razón entre las áreas de sus secciones transversales?

11) En el siguiente circuito eléctrico se han conectado 2 instrumentos de medición X e Y:

X

2ΩY2Ω12V

a) Indica qué instrumentos son

b) Determina la intensidad de corriente que pasa por cada una de las resistencias

12) En el siguiente amperímetro, ¿cuál es la lectura de intensidad de corriente marcada por la aguja?. En dicha posición, ¿qué carga fluye por el circuito en 50 s?

0,06 0,07 0,08 0,09 0,10

[A]