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Tecnología 3º E. S. O. 1

ELECTRICIDAD


EL ÁTOMO

El átomo es la unidad más pequeña de la que esta constituida la materia. Está formado por un núcleo y una corteza. El núcleo lo componen dos tipos de partículas, los protones y los neutrones. La corteza esta compuesta por un único tipo de partícula, los electrones.


EL ÁTOMOLos Protones son partículas de

carga positiva, se designa p+.Los Neutrones son partículas

sin carga, se designa n0.Los Electrones son partículas

de carga negativa, se designa e-.

Las partículas de igual carga se repelen mientras que las cargas de distinto signo se atraen.


LA CARGA ELÉCTRICALos protones y los electrones tienen una propiedad conocida como carga eléctrica. Esta propiedad es la responsable de que ocurran los fenómenos eléctricos.

La unidad para medir la cantidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional es el Coulomb (C) y equivale a la carga de 6’242x1018 electrones. (6’242 trillones de electrones).


LA CARGA ELÉCTRICALa carga eléctrica de un electrón es igual a la carga eléctrica de un protón, pero de distinto signo. Los electrones tienen carga negativa y los protones carga positiva.

Algunos cuerpos al frotarlos adquieren un exceso de carga eléctrica positiva o negativa y pueden actuar sobre otros cuerpos que también están cargados eléctricamente (barrita de vidrio o plástico atrae trocitos de papel).


CORRIENTE ELÉCTRICALa corriente eléctrica es el movimiento de cargas eléctricas negativas o electrones desplazándose de un sitio a otro a través de un conductor. Para que este movimiento se produzca es necesario que entre los extremos del conductor exista una diferencia de potencial eléctrico.

Si conectamos dos elementos entre sí y uno de ellos tiene mayor carga eléctrica negativa que el otro, decimos que tiene mayor tensión o potencial eléctrico. Una vez conectados, los electrones en exceso de uno serán atraídos a través del hilo conductor hacia el elemento de menor potencial, hasta que las cargas eléctricas de los dos cuerpos se equilibren.


CORRIENTE ELÉCTRICALos electrones siempre se desplazan del polo negativo al polo positivo. Esto es debido a que los electrones al tener carga negativa son repelidos por el polo negativo y simultáneamente atraídos por el polo positivo.


CORRIENTE ELÉCTRICAExisten dos clases de corriente:

Corriente Continúa. Es aquella corriente en que los electrones que se desplazan en el interior del conductor lo hacen en el mismo sentido a lo largo del tiempo. Por que los polos positivo y negativo no cambian en ningún momento. Se representa con este símbolo


CORRIENTE ELÉCTRICACorriente Alterna. Es aquella corriente en que los electrones que se desplazan en el interior del conductor cambian varias veces de sentido, por que los polos positivo y negativo alternar su lugar varias veces a lo largo del tiempo. Se representa con el siguiente símbolo


EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

La corriente eléctrica causa diversos efectos sobre los elementos que atraviesa y se transforma en otros tipos de energía, como calor, luz y movimiento que el ser humano puede aprovechar.



CALOR. Cuando los electrones chocan contra los átomos de los materiales por los que circulan, parte de la energía que transportan se convierte en calor. Es el llamado efecto Joule.

La resistencia es mayor cuando el conductor es más estrecho y también cuando es más largo.

Los elementos que transforman la energía eléctrica en calor se llaman resistencias eléctricas.A continuación veremos aparatos que emplean resistencias eléctricas.



LUZ. Los conductores al se atravesados por una corriente eléctrica, incrementan su temperatura. Cuando este aumento es notable, empiezan a emitir luz, que al principio es roja y tiende al blanco cuanto más alta es la temperatura. Este fenómeno se denomina incandescencia, y en el se basa el funcionamiento de la bombilla.



MOVIMIENTO. La conversión de energía eléctrica en movimiento se realiza a través de los motores. Su funcionamiento se basa en las fuerzas de tracción y de repulsión entre un imán y un hilo conductor colocado en su interior en forma de aro llamado espira, el hilo conductor puedeestar en forma de una espira o de varias, por el se hace circular una corriente eléctrica.


CIRCUITO ELÉCTRICOUn circuito eléctrico es un conjunto de operadores tecnológicos o elementos que unidos entre sí permiten que por ellos circule la corriente eléctrica, es decir, haya un flujo de electrones, con el objetivo de transformar la corriente eléctrica en otro tipo de energía.


CIRCUITO ELÉCTRICO

En todo circuito eléctrico habrá los siguientes tipos de elementos que son los siguientes:

1. Generador o batería.2. Conductores.3. Aparato de maniobra y control.4. Receptor o receptores.


CIRCUITO ELÉCTRICOAparato de maniobra

y Control

Receptor

Generador o Batería

Conductores


GENERADORDispositivo que transforma un tipo de energía en energía eléctrica.Existen tres clases: mecánicos, químicos y fotoeléctricos.Generadores Mecánicos. Transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Se dividen en dos tipos:


GENERADOR

Generadores Mecánicos. Transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Se dividen en dos tipos:


GENERADOR

Alternadores. Son dispositivos mecánicos que transforman la energía mecánica en corriente eléctrica alterna.


GENERADOR

Dinamos. Son dispositivos mecánicos que transforman la energía mecánica en corriente eléctrica continua.


GENERADOR

Generadores Químicos. Son dispositivos que producen energía o corriente eléctrica por efecto de una reacción química de los compuestos que están almacenados en su interior. Son las pilas y las baterías.


GENERADOR

Interiormente una pila o batería estáformada por tres partes: un recipiente que contiene un líquido (electrolito), y dos barras conductoras (electrodos), que están insertadas dentro del líquido. Para obtener una pila seca como las que venden en las tiendas el electrolito se espesa como si fuese una salsa o gelatina añadiéndole almidón.


GENERADOR

El electrolito suele estar formado de sales de sulfato de cobre, sulfato de cinc, etc. Mientras que los electrodos suelen ser de cobre o cinc.


GENERADORLa reacción química que tiene lugar entre los dos electrodos sumergidos en el electrolito da lugar a una diferencia de potencial de aproximadamente 1’5 Voltios. Por eso las pilas que se comercializan son de voltajes múltiplos de ese valor, que se consiguen conectando en serie varias pilas de 1’5 V.


GENERADORToda pila tendrá siempre dos bornes o polos, uno positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo). Si conectamos ambos polos con un trozo de cable, empezarán a pasar electrones o cargas eléctricas negativas desde el cátodo (-) hacia el ánodo (+).


GENERADOR

Los electrones siempre salen de la pila por el polo negativo o cátodo, recorren todos los elementos del circuito y entran de nuevo en la pila, pero ahora por el polo positivo o ánodo. La energía interna que posee la pila y la d.d.p. que hay entre los dos electrodos hace que esos electrones que llegan al polo positivo lleguen de nuevo al polo negativo y vuelvan a salir.

Existen dos clases:


GENERADORPilas o Baterías Secas.. La producción de energía durará hasta que se agote la reacción química. No son recargables.

Pilas o Baterías Húmedas. Son dispositivos que producen energía o corriente eléctrica por efecto de una reacción química de los compuestos que están almacenados. La producción de energía duraráhasta que se agote la reacción química. Si se introduce energía eléctrica se produce otra reacción química de tal forma que esta se vuelva a convertir en energía química almacenada. A este tipo de pilas o baterías se las llama baterías recargables.

Todas las pilas y baterías de mayor voltaje son combinaciones de pilas de 1,5 v conectadas de tal forma que se suman los voltajes.


GENERADOR

Las pilas tienen diferentes formas y tamaños según para que tipo de uso tenga. Las hay en forma cilíndrica :


GENERADOR

En forma de botón:

En forma de prisma:

4,5v 9v

1,5v


GENERADOR

Baterías recargables:

10v12v 3,7v


GENERADOR

Generadores Fotoeléctricos. Transforma la energía de la luz del Sol en energía eléctrica.


CONDUCTORES

Un material es conductor de la corriente eléctrica si permite que ésta circule a través suya. Son buenos conductores los materiales que ofrecen poca resistencia al paso de la corriente eléctrica, como por ejemplo los metales (plata, cobre, aluminio, etc.).

Son aislantes aquellos materiales que impiden el paso de la corriente eléctrica. Por ejemplo, el vidrio, la madera, la porcelana, el plástico, la goma, etc.


RECEPTORES

Son dispositivos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía.

La bombilla transforma la energía eléctrica en luz.


RECEPTORES

La resistencia eléctrica transforma la corriente eléctrica en calor.


RECEPTORES

El motor eléctrico transforma la electricidad en energía mecánica de giro.


APARATOS DE MANIOBRA Y CONTROL

Son dispositivos que tienen como objetivo regular y gobernar el paso de la corriente eléctrica por el circuito.

Existen varias clases, los más comunes son:



El Pulsador. Es un aparato utilizado para activar alguna función. Un pulsador permite el paso o interrupción de la corriente mientras es accionado. Cuando ya no se actúa sobre

él vuelve a su posición de reposo.El contacto puede ser de dos tipos: normalmente cerrado en

reposo (NC), o con el contacto normalmente abierto (NA).



El Interruptor. Es un dispositivo utilizado para desviar o interrumpir el curso de una corriente eléctrica.



El Conmutador. Es un dispositivo utilizado para desviar o cambiar la corriente eléctrica de una rama del circuito a otra rama distinta.


ESQUEMA ELÉCTRICOUn esquema eléctrico es una representación gráfica donde muestra cómo se conectan entre sí los elementos de un circuito.

Cada elemento de un circuito tiene un símbolo asociado. Los más comunes son los siguientes:

CONDUCTOR


ESQUEMA ELÉCTRICO


CIRCUITO SIMPLECircuito Simple. Formado por un generador o batería, un aparato de maniobra y control, conductores y un solo receptor.


CIRCUITO CONECTADO EN SERIE

Circuito conectado en Serie. Formado por un generador o batería, un aparato de maniobra y control, conductores y dos o más receptores.

Cuando se conectan en serie varios elementos de un circuito se disponen uno a continuación del otro, unidos mediante cables, de manera que el polo positivo de cada elemento se conecta con el polo negativo del siguiente.

En esta disposición, cada uno de los elementos del circuito estásometido a una tensión diferente, y por todos ellos circula la misma intensidad de corriente.


CIRCUITO CONECTADO EN SERIE

Este tipo de conexión tiene el inconveniente de que cuando falla uno de los componentes se interrumpe el paso de la corriente por el resto.


CIRCUITO CONECTADO EN PARALELO

Circuito conectado en Paralelo. Formado por un generador o batería, un aparato de maniobra y control, conductores y dos o más receptores.

Cuando se conectan en paralelo los elementos de un circuito, estos se disponen de tal manera que todos y cada uno de ellos están conectados con el polo positivo y el polo negativo del generador de corriente.

En esta disposición, todos los elementos del circuito están sometidos a la misma tensión, pero por cada uno de ellos circula una intensidad de corriente diferente.


CIRCUITO CONECTADO EN PARALELO

Si alguno de los componentes fallase, al resto no le afectaría,

ya que todos están conectados al generador de corriente.


CIRCUITO MIXTOCircuito Mixto. Formado por un generador o batería, un aparato de maniobra y control, conductores y tres o más receptores.

En la realidad, todos los circuitos son mixtos, pues en ellos existen elementos que están dispuestos en serie y elementos conectados en paralelo.


CIRCUITO DE CONMUTACIÓN

Circuito de Conmutación. Formado por un generador o batería, un conmutador, conductores y dos o más receptores.El conmutador da paso a la corriente eléctrica por una rama o por la otra. Pero nunca por las dos a la vez.Ejemplo de circuito es el de semáforo de los peatones.


CIRCUITO DE CONMUTACIÓN


CIRCUITO DE DOBLE CONMUTACIÓN

Circuito de Doble Conmutación. Formado por un generador o batería, dos conmutadores, conductores y un receptor.Es un circuito que permite controlar al receptor desde dos puntos distintos.


CIRCUITO DE DOBLE CONMUTACIÓN


CORTOCIRCUITOSe denomina cortocircuito al fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra, entre dos fases en el caso de sistemas polifásicos en corriente alterna o entre polos opuestos en el caso de corriente continua.

El cortocircuito se produce normalmente por fallos en el aislante de los conductores, cuando estos quedan sumergidos en un medio conductor como el agua o por contacto accidental entre conductores aéreos por fuertes vientos o rotura de los apoyos.


CORTOCIRCUITOLa consecuencia es la avería de la instalación y en el caso de las pilas y baterías, estas se agotan rápidamente.


MAGNITUDES ELÉCTRICASSon los parámetros característicos de un circuito.

Carga. Es la cantidad de electricidad almacenada en un cuerpo. Se designa mediante la letra Q y se mide en culombios ( C ).


MAGNITUDES ELÉCTRICAS

Intensidad de Corriente. La cantidad de carga eléctrica que pasa por un punto determinado del circuito por unidad de tiempo. Se designa por la letra I y se mide en Amperios (A).donde:Q se mide en culombios ( C ).t es tiempo y se mide en segundos (s).

tQI =



Tensión. Indica la diferencia de energía eléctrica entre dos puntos de un circuito. La carga eléctrica siempre circula desde los puntos done la energía es más alta hasta los puntos den los que es más bajas. La tensión se designa por V y se mide voltios (v). También se le llama voltaje.


MAGNITUDES ELÉCTRICASResistencia Eléctrica. Es la oposición que ejerce los elementos del circuito al paso de la corriente eléctrica. Se designa mediante la letra R y se mide en ohmios (Ω).En cualquier conductor las cargas encuentran una oposición o resistencia a su movimiento. Esta resistencia depende de la longitud del cable, de su sección y del material con que está hecho. Matemáticamente se expresa:


MAGNITUDES ELÉCTRICASdonde:R = Resistencia en ohmios, Ω.ρ= Resistividad. Constante específica de cada material, en Ω • m.l = Longitud del conductor, en m.S = Área o sección del conductor, en m2.

Cuando dibujemos un circuito eléctrico mediante su esquema eléctrico representaremos los conductores mediante líneas rectas y supondremos que no tienen resistencia.

SlR •

=ρ


MAGNITUDES ELÉCTRICASPotencia Eléctrica. Se define la potencia (P) de un aparato eléctrico como la cantidad de trabajo que es capaz de realizar en un tiempo determinado. Su unidad en el S.I. es el vatio (W), que equivale a un julio por segundo.

IVP •=

RIP •= 2


MAGNITUDES ELÉCTRICASTrabajo Eléctrico o Energía Eléctrica. La energía E que puede obtenerse a partir de una corriente eléctrica se llama energía eléctrica o trabajo eléctrico. Esta energía, como cualquier otra fuente de energía, se mide en el S.I. en Julios (J).

tPE •=



donde:P es la potencia y se mide en vatios (w).t es tiempo y se mide en segundos (s).

tIVE ••=tRIE ••= 2

RtVE •

=2


LEY DE OHM

Al cociente entre la d.d.p. (V) aplicada en los extremos de un hilo conductor y la Intensidad (I) que lo recorre se le llama Resistencia eléctrica (R).

IVR =

RIV •=

RVI =


LEY DE OHM

Para recordar las tres expresiones esta el siguiente esquema.


INSTRUMENTOS DE MEDIDA

Son aparatos destinados a medir los parámetros característicos de un circuito.


AMPERÍMETRO

Amperímetro. Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que estácirculando por un circuito eléctrico.


AMPERÍMETROPara efectuar la medida de la intensidad de la corriente circulante el amperímetro ha de colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. Esto nos lleva a que el amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible, a fin de que no produzca una caída de tensión apreciable.


VOLTÍMETROVoltímetro. Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado pero a la vez abiertos en los polos.


VOLTÍMETROPara efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión.


OHMIÓMETROOhmiómetro. Un ohmiómetro es un instrumento que sirve para medir la resistencia o simplemente continuidad, de un circuito o parte de el directamente en ohmios.


OHMIÓMETROPara efectuar la medida de la resistencia eléctrica o dela continuidad ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida.


MULTÍMETRO

Multímetro. Un multímetro o polímetro es un instrumento que sirve para medir diferentes parámetros eléctricos, como la intensidad de corriente, la diferencia de potencial, la resistencia eléctrica, la continuidad, etc. Puede sustituir a cualquiera de los aparatos de medida anteriormente descritos.


MULTÍMETROLos hay de dos tipos:

ANALÓGICO DIGITAL


RESOLUCIÓN DE CIRCUITOS

Para el calculo de determinados parámetros de los circuitos como la Intensidad de corriente, la resistencia o el voltaje, se emplea la ley de Ohm.

Para aquellos circuitos que tienen varias resistencias asociadas, según el tipo de asociación , además de la ley de Ohm, habrá que emplear distintas expresiones matemáticas para su resolución.

IVR =


Asociación de Resistencias en Serie

En esta disposición, cada uno de los elementos del circuito está sometido a una tensión diferente, y por todos ellos circula la misma intensidad de corriente.

La resistencia equivalente de varias resistencias en serie es igual a la suma de los valores de todas ellas. Se podrían sustituir todas por una sola cuyo valor fuese la suma. R = R1 + R2 + R3 + ........


Asociación de Resistencias en

Paralelo.En esta disposición, todos los elementos del circuito están sometidos a la misma tensión, pero por cada uno de ellos circula una intensidad de corriente diferente.

La resistencia equivalente de varias resistencias en paralelo se halla despejando la R de la fórmula siguiente: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ........

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