Download Tema Electricidad Básica 1.- NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD

Tema Electricidad Básica
1.- NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD......................................................................................... 1
1.1.- INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 1
1.2.- NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD ............................................................................... 2
1.3.- CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA ...................................................... 2
1.4.- SENTIDO CONVENCIONAL DE LA C.C.............................................................................. 3
1.5.- MATERIALES CONDUCTORES Y MATERIALES AISLANTES .................................. 3
1.6.- Actividades: .................................................................................................................................. 4
2.- EL CIRCUITO ELÉCTRICO.............................................................................................................. 5
2.1.- CIRCUITO CERRADO Y CIRCUITO ABIERTO ................................................................. 5
2.2.- COMPONENTES BÁSICOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO ...................................... 5
2.3.- LOS GENERADORES. TIPOS ................................................................................................. 6
2.4.- TIPOS DE RECEPTORES ......................................................................................................... 6
2.5.- TIPOS DE CONTROLADORES O ELEMENTOS DE MANIOBRA .............................. 6
2.6.- ELEMENTOS DE PROTECCIÓN ............................................................................................ 7
2.7.- OTROS CONCEPTOS ................................................................................................................ 7
2.7.1.- Cortocircuito: ....................................................................................................................... 7
2.7.2.- Sobreintensidad .................................................................................................................. 8
2.7.3.- Sobretensión ........................................................................................................................ 8
2.8.- ACTIVIDADES............................................................................................................................ 8
1.- NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD
1.1.- INTRODUCCIÓN
La electricidad es una forma de energía que se manifiesta a través del movimiento de
electrones a lo largo de un material.
La energía eléctrica no se utiliza directamente sino que se transforma en otras formas
de energía mediante diversos procedimientos y mecanismos:
−
−
−
−
En energía luminosa: a través de bombillas, tubos fluorescentes, lámparas
halógenas, tubos de rayos catódicos (TV), lámparas de luz negra, etc.
En energía térmica: a través de radiadores, braseros, hornos, microondas,
bombillas de infrarrojos, bomba de calor, inducción, resistencias,...
En energía mecánica (de movimiento): a través de motores en lavadoras,
ventiladores, ascensores, coches eléctricos, etc.
En energía sonora: a través de altavoces, timbres, zumbadores,...
Tema 1: Electricidad Básica
Fuensanta Torrano Ruiz-funes
1.2.- NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD
Sabemos que la materia está formada por átomos y que éstos están formados por
protones (con carga positiva) y neutrones (masa sin carga eléctrica) agrupados y apiñados en un
núcleo y por electrones (carga negativa) que giran alrededor de dicho núcleo. Es algo parecido a
la Tierra (el núcleo) y la Luna (un gigantesco electrón) que gira a su alrededor.
-
Para que un átomo sea eléctricamente neutro el número de e y de p+ debe ser el mismo.
-
De esta forma los e tienden a acercarse al núcleo por que son atraídos por los p+ pero tienden
-
a alejarse por que son repelidas por los otros e , manteniéndose así en equilibrio.
Representación esquemática
de un átomo
-
Si por alguna causa, una fuerza consiguiera mover uno o más e y hacerlos saltar de su
-
átomo, éste se quedaría “cargado” positivamente y atraería a los e de otro átomo próximo, que
-
al quedarse sin e atraería a los de otro átomo, y así sucesivamente:
-
+
Simulación de los movimientos de los e- entre átomos próximos cuando una fuerza externa hace que alguno
salte.
-
Si el movimiento de e se produce en miles de átomos da lugar a lo que llamamos una
“corriente eléctrica”.
Así pues una corriente eléctrica se puede describir como el movimiento de un gran
-
número de e entre átomos próximos con una determinada tendencia, provocada por una fuerza
exterior que es lo que llamamos potencial eléctrico o voltaje.
1.3.- CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA
-
Según “tendencia” del movimiento de los e se puede hablar de:
−
-
Corriente continua (c.c.) (en inglés d.c.): se produce cuando los e se mueven
siempre en el mismo sentido y en la misma cantidad. Un ejemplo de este tipo de
corriente los generan las pilas y las baterías
Cantidad de e- en
movimiento
La representación gráfica de este tipo de corriente es:
Tiempo
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Corriente alterna (c.a.) (en inglés a.c.): se produce cuando el sentido del
−
-
Cantidad de e- en
movimiento
movimiento de los e varía alternativamente así como la cantidad. Un ejemplo de
este tipo de corriente es el que tomamos de los enchufes de la red suministradora
de electricidad.
Tiempo
Los efectos de ambos tipos de corriente son muy similares. Sólo hay que tener en cuenta
que los dispositivos funcionan sólo con un tipo de corriente y no con otra, pero tienen
aplicaciones muy similares. En principio nos centraremos en c.c. pero prácticamente todo lo que
veamos ahora es válido también para la c.a.
1.4.- SENTIDO CONVENCIONAL DE LA C.C.
El sentido real de la corriente es de negativo a positivo pero se ha acordado considerar
el sentido opuesto, ya que en la antigüedad se pensaba que el movimiento se producía así.
+
-
Sentido real de la corriente
+
-
Sentido convencional de la corriente
1.5.- MATERIALES CONDUCTORES Y MATERIALES AISLANTES
No todos los materiales permiten el paso de la electricidad aunque se les aplique una
-
gran energía externa. Existen materiales que no permiten que sus e salten de un átomo a otro
mientras que en otros este movimiento se genera con facilidad. Según esto los materiales se
pueden dividir principalmente en:
−
Conductores: son los que permiten ese movimiento fácilmente. Los metales, en general, son
buenos conductores de la electricidad, pero no todos son apropiados por diversos motivos. Los
más utilizados en electricidad son:
El cobre: es un excelente conductor aunque tiene mala resistencia a la tracción y (se
rompe si lo estiramos) y es muy pesado, por eso se utiliza sobre todo en instalaciones de
interior (viviendas, oficinas, industrias,..), donde dichos conductores se apoyan en las
paredes.
El aluminio: es un buen conductor, algo peor que el cobre pero pesa mucho menos y
aguanta muy bien la intemperie, por eso se utiliza mucho en instalaciones de exterior
como las líneas de alta y media tensión. Como tampoco resiste muy bien la tracción, a los
cables de aluminio se les pone un alma de acero.
El latón: es una aleación de cobre y zinc que presenta buenas propiedades de
conductividad como el cobre pero es más duro. Se utiliza para la fabricación de
mecanismos.
El estaño: buen conductor pero muy blando y poco resistente, se utiliza en soldaduras,
ya que tiene un punto de fusión relativamente bajo, que permite fundirlo con un pequeño
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soldador de poca potencia. (Mucho cuidado con el soldador, ya que alcanza una
temperatura de unos 250 ºC)
El oro: es un buen conductor pero enormemente caro. Sus dos grandes ventajas: no se
oxida y es muy dúctil (alambres muy finos). Se utiliza sólo en instalaciones minúsculas
como los microchips, ya que así nos aseguramos de que permanece inalterado y los
contactos limpios
La plata: Es el mejor conductor de todos los materiales pero no se utiliza en
electricidad ya que es muy caro, poco resistente a la tracción y además se oxida
rápidamente, con lo que los contactos no son buenos.
Aislantes: son los que no permiten el paso de la corriente a su través. Son materiales
aislantes:
−
La madera y sus derivados (papel, cartón,...) Es un buen aislante pero soporta mal las
altas temperaturas y es poco maquinable (no se le pueden dar formas complicadas). No
suelen utilizarse en aplicaciones eléctricas
Los plásticos: Son buenos aislantes aunque algunos no soportan bien las altas
temperaturas. Su gran ventaja es que se pueden fundir para darles cualquier forma y
tienen buena resistencia mecánica y dureza. Son muy utilizados: tapas de mecanismos,
cajas de registro, recubrimiento de cables, tubos para instalaciones eléctricas,…
Los cerámicos: como la porcelana y el vidrio, son excelentes aislantes y además
soportan perfectamente las altas temperaturas y tensiones elevadas, por lo que se
utilizan habitualmente en aplicaciones de alta tensión, como los tendidos eléctricos. Su
inconveniente es que son rígidos y menos moldeables que los plásticos. Por ejemplo no se
pueden forrar cables con ellos
1.6.- Actividades:
¿En qué consiste la corriente eléctrica?
2. ¿Qué partículas son las que se mueven, los electrones, los protones o los neutrones?
3. ¿En qué se diferencian la corriente continua y la corriente alterna?
4. Cita 1 equipo eléctrico que convierta la electricidad en movimiento, otro en luz, otro en
calor y otro en sonido
5. Enumera 10 equipos o dispositivos que funcionen con electricidad
6. Cita cinco materiales conductores y comenta alguna característica interesante de cada uno
7. ¿Cuál es el sentido real de la corriente eléctrica? ¿y el convencional? ¿por qué se utiliza
este último?
8. ¿Qué significa que un material es aislante de la electricidad? ¿Cuáles son los materiales
aislantes más utilizados en electricidad?
1.
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2.- EL CIRCUITO ELÉCTRICO
Definición:
Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí que permiten el
paso de la corriente eléctrica.
2.1.- CIRCUITO CERRADO Y CIRCUITO ABIERTO
Se dice que un circuito está cerrado cuando la corriente puede pasar a través de él, es
decir cuando están todos los elementos conectados y enlazados (como un circuito cerrado de
rally, en el que los coches salen y llegan al mismo punto dando vueltas continuamente)
Se dice que un circuito está abierto cuando hay alguna interrupción en su camino, una
rotura, un interruptor abierto, un cable desconectado,… En este caso no puede pasar la
corriente a través suyo porque no tiene un camino posible (imagínate una tubería de agua rota,
¿a que no puede pasar el agua?)
Circuito abierto
Circuito cerrado
2.2.- COMPONENTES BÁSICOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO
Cualquier circuito eléctrico está formado por una serie de elementos fundamentales:
Un generador: es el encargado de suministrar energía al circuito, sin él no puede existir
-
ninguna corriente eléctrica porque no habría ninguna fuerza que moviera los e .
Ejemplos de generadores son las pilas, las baterías, las fuentes de alimentación, los
adaptadores, los enchufes de la red,...
Un receptor: es el elemento que recibe la corriente eléctrica y la transforma en otra
forma de energía más útil, para producir un efecto determinado
Ejemplos de receptores son las bombillas, los motores, las resistencias, los altavoces,...
Un conductor: es el encargado de comunicar todos los elementos del circuito para que
-
pueda circular la corriente, es decir, para que puedan moverse los e .
Ejemplos de conductores son los cables
Un controlador o elemento de maniobra: aunque éste no es un elemento imprescindible,
suele estar presente en todos los circuitos eléctricos, ya que se encarga de controlar el paso de
la corriente a voluntad.
Ejemplos de controladores son los interruptores, los pulsadores,...
Un elemento de protección: tampoco son imprescindibles para que se produzca la
corriente eléctrica, pero son necesarios para asegurar un funcionamiento correcto y que en
caso de mal funcionamiento eviten roturas, incendios y electrocuciones.
Así pues un circuito eléctrico es siempre como el de la figura:
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Elementos
de maniobra
Receptor
Generador
Elementos de
protección
Conductor
2.3.- LOS GENERADORES. TIPOS
Según el tipo de corriente eléctrica que producen, los generadores se clasifican en:
Generadores de corriente continua, como pilas, baterías, cargadores, dinamos,…
Generadores de corriente alterna, como los alternadores que se utilizan en centrales
hidráulicas, eólicas, térmicas,…
2.4.- TIPOS DE RECEPTORES
Una vez que hemos conseguido generar energía eléctrica y transportarla, necesitamos
elementos u operadores que la conviertan en otra forma de energía más útil. Ésta es la función
que realizan los receptores.
Un receptor “consume” electricidad y “produce” otra forma de energía más aprovechable
a través de diversos métodos.
Existen tantos tipos de receptores como transformaciones posibles:
Los que transforman energía eléctrica en energía mecánica (movimiento), como los
motores, basándose en el fenómeno del electromagnetismo.
Los que transforman energía eléctrica en energía luminosa (luz), como las bombillas de
incandescencia (calentando un filamento al rojo), lámparas halógenas (similar a las
anteriores pero con un gas halógeno en su interior que aumenta la temperatura), los
tubos fluorescentes (excitando eléctricamente un gas que golpea las paredes del tubo
recubiertas de un material fluorescente), el tubo de rayos catódicos de la TV
(bombardeando una pantalla fluorescente con electrones),…
Los que transforman energía eléctrica en energía térmica (calor), como las resistencias,
los microondas, la bomba de calor,…
Los que transforman energía eléctrica en energía sonora (sonido), como los timbres
(provocando la vibración mecánica de un elemento) o los altavoces (moviendo un
diafragma gracias al fenómeno del electromagnetismo).
Los receptores suponen un obstáculo al paso de la corriente eléctrica, cuando no existen
receptores en un circuito se produce un cortocircuito, ya que la corriente no encuentra
dificultad para pasar.
2.5.- TIPOS DE CONTROLADORES O ELEMENTOS DE MANIOBRA
Son aquellos que nos permiten controlar a voluntad el funcionamiento del circuito. Los
más utilizados son:
El interruptor: Interrumpe o permite el paso de la corriente eléctrica por un
circuito. Tiene dos posiciones estables, abierto y cerrado
El conmutador: Permite seleccionar el camino por el que queremos que circule la
corriente. Pueden ser de muchos tipos según el número de posiciones y de
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circuitos:
-
De un circuito y dos posiciones
-
De un circuito y tres posiciones
-
De dos circuitos y dos posiciones, etc.
El conmutador de cruce: intercambia las conexiones de dos líneas de circuito
El pulsador: Interrumpe o permite el paso de la corriente mientras se mantiene
pulsado el mecanismo. Los hay de dos tipos:
-
Normalmente abierto (N.A.)
-
Normalmente cerrado (N.C.)
2.6.- ELEMENTOS DE PROTECCIÓN
La electricidad puede resultar muy peligrosa si no se controla suficientemente, en
especial si se trata de alta intensidad, ya que puede llegar a producir quemaduras graves o
incluso provocar la muerte por electrocución.
Por ello es importante dotar a los circuitos de elementos y medidas de protección que
aseguren un funcionamiento correcto y que, en caso de que se produzca un mal funcionamiento,
se eviten incendios y electrocuciones.
Los riesgos aumentan conforme aumentan la corriente o el voltaje, también en
condiciones de mucha humedad, en instalaciones exteriores, etc.
Algunas medidas de protección son:
• Trabajar con bajas tensiones, siempre que sea posible.
• Utilización del aislamiento adecuado (cables cubiertos de plástico, cajas de derivación
cerradas, regletas, aisladores,…)
• Dimensionamiento correcto de los conductores en función de la I que vaya a circular
por ellos.
• Un trazado bien diseñado de las líneas de transporte y distribución de la electricidad.
• Instalación de fusibles que “rompen” el circuito si la intensidad es mayor de la prevista,
fundiéndose y cortando por tanto el paso de la corriente instantáneamente.
• Colocación de interruptores automáticos (llamados magnetotérmicos) que protegen la
instalación de sobrecargas y cortocircuitos.
• Colocación de Interruptores diferenciales, que protegen a las personas de contactos
indebidos.
• Instalación de puesta a tierra. Consiste simplemente en conducir las corrientes que se
fugan a través de las carcasas metálicas, estructuras, contactos mal protegidos, etc.
hasta el terreno, poniéndoles fácil el camino a través de un buen conductor
2.7.- OTROS CONCEPTOS
2.7.1.- Cortocircuito:
Se produce cuando no hay receptores en un circuito cerrado, ya sea intencionadamente
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o de manera accidental:
Ejemplo: un bombilla con
los cables mal pelados.
La corriente tiende a pasar por “el camino más fácil”, es decir, aquel que tiene menos
resistencia. Cuando se produce un cortocircuito la intensidad de la corriente que circula es
altísima.
2.7.2.- Sobreintensidad
El problema consiste en que cuando la corriente es grande puede ocurrir los cables no
puedan “soportar” el flujo de cargas eléctricas. (Imagínate un pasillo de 1 m de ancho por el que
intentaran pasar al mismo tiempo 200 alumnos, ¿qué crees que ocurriría?)
La sobreintensidad o sobrecarga se puede producir por:
•
Un cortocircuito: en ese caso la corriente tiende a ser infinita, o sea, enorme
•
Que el receptor demande más carga de la prevista (mucha potencia)
•
O por que los cables que se han instalado son pequeños
Una sobreintensidad es muy peligrosa, porque los cables se calientan pudiendo llegar a
provocar un incendio
Por eso es tan importante dimensionar adecuadamente los cables, es decir calcular el
tamaño en función de la intensidad que vaya a circular por ellos. Si una instalación está bien
dimensionada no habrá problemas de este tipo.
2.7.3.- Sobretensión
Los receptores eléctricos están diseñados para trabajar a una determinada tensión, si
ésta se eleva más de lo normal, el receptor no puede soportarla y se quema.
Las sobretensiones se producen a veces en la Red de distribución por causas técnicas,
como descenso brusco de la demanda o mecanismos con malos contactos, o por descargas
atmosféricas como un rayo.
2.8.- ACTIVIDADES
1. ¿Cuántos son los componentes básicos de un circuito eléctrico? Di cuáles son, dibuja un
esquema y pon un ejemplo de cada tipo
2. Tipos de generadores eléctricos
3. Tipos de receptores eléctricos
4. ¿Cuál es la función de un receptor eléctrico? Pon cinco ejemplos
5. ¿Qué ocurre en un circuito eléctrico cuando no hay ningún receptor? (Es decir si está sólo
el generador y un conductor que une sus bornes)
6. Describe el funcionamiento de un interruptor y comenta en qué se diferencia de un
pulsador
7. ¿Por qué se puede producir un cortocircuito?
8. ¿Qué es un circuito eléctrico?
9. ¿Para qué se utiliza un fusible? ¿y un interruptor diferencial?
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