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UNIDAD 8:
ENERGÍA Y ELECTRICIDAD. Concepto de electricidad
1. Propiedades eléctricas de la materia
2. Interacción entre cargas
3. Corriente eléctrica
4. Circuitos eléctricos
5. Magnitudes de la corriente eléctrica
6. Circuitos eléctricos con resistencias en serie y en paralelo
7. Transformaciones energéticas en un circuito
8. La electricidad en casa
1. Propiedades eléctricas de la materia
Al frotar un bolígrafo
con lana, los e‐ pasan de la lana (+) al boli (‐).
2. Interacción entre cargas
Las cargas del mismo signo se repelen
Las cargas de signo contrario se atraen
Las cargas eléctricas pueden moverse a través
de las sustancias llamadas CONDUCTORES
Los cuerpos que no dejan moverse a las cargas
eléctricas se llaman AISLANTES
Electrómetro: medidor
de cargas eléctricas
Electroscopio: instrumento que
permite detectar las cargas
eléctricas y su signo
Fuerza de atracción
o de repulsión entre
cargas
LEY DE COULOMB
Unidad de carga eléctrica: culombio (C) ;
1μC = 10-6 C
Las cargas de signo
contrario se atraen
Q+
Q-
Las cargas del mismo
signo se repelen
F=K
Q·q
d
2
F: fuerza en newton (N)
Q y q: cargas en culombios (C)
D: distancia entre las cargas en metros (m)
K: constante que depende del medio
K vacío =9·109 N·m2/C2
EJERCICIOS CON CARGAS ELÉCTRICAS
1. Determina la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1 = + 1 x 10‐6 C. y q2 = + 2,5 x 10‐6 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5 cm.
La fuerza resultante es de REPULSIÓN
2. Determina la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1 = ‐1,25 x 10‐9 C
y q2 = +2 x 10‐5 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 10 cm.
La fuerza resultante es de ATRACCIÓN
3. Corriente eléctrica
Es el movimiento de cargas eléctricas por un conductor
A.‐ Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, (baja resistencia).
B.‐ Electrones fluyendo por un mal conductor eléctrico (alta resistencia) TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA
CONTINUA: las cargas se mueven siempre
en el mismo sentido
ALTERNA: las cargas cambian de sentido
50 veces en un segundo.
Generador de continua
4. Circuitos eléctricos
generador
receptor
Cable
conductor
Símbolos de los elementos eléctricos
interruptor
Conexiones de los elementos de un circuito
Rt = R1+ R2 +R3
1/RP = 1/R1+ 1/R2 +1/R3
5. Magnitudes de la corriente eléctrica
Intensidad de corriente: es la carga eléctrica que pasa en
la unidad de tiempo por un punto de un circuito. unidad de medida: amperio (A) I = Q/t
aparato de medida. amperímetro
Tensión o diferencia de potencial: energía necesaria para que 1 culombio circule entre dos puntos de un circuito. unidad de medida: voltio (V) aparato de medida: voltímetro
Resistencia eléctrica:
Es la dificultad que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica. unidad de medida: ohmio (Ω) R = ρ · L/S
ρ: resistividad ( Ω. m)
L: longitud cable (m)
S: sección cable (m 2)
EJERCICIOS: Cálculo de resistencias
• La resistividad del aluminio es 27´2.10‐9 Ω ∙ m. a) Calcular la resistencia eléctrica de un alambre de aluminio de 1 Km de longitud y 2 mm2 de sección. b) b) Si la resistividad del cobre es 16´8.10‐9 Ω ∙ m calcular la resistencia eléctrica de un alambre de cobre de las mismas dimensiones.
R = ρ · L/S
SOLUCIÓN
a) R = 27´2.10‐9 Ω ∙ m. 1.000 m/ 2∙10‐6 m2 = 13,6 Ω
b) R = 16,8.10‐9 Ω ∙ m. 1.000 m/ 2∙10‐6 m2 = 8,4 Ω
RESISTENCIAS
LA LEY DE OHM
I = Intensidad en amperios (A)
V = Diferencia de potencial en voltios (V)
R = Resistencia en ohmios (Ω).
Calcula la intensidad que circula por el circuito
Rt = 1000 Ω + 2000 Ω + 1000 Ω = 4000 Ω
I = V/R = 9 V/4000 Ω = 0,0025 A
( 2,5 m A)
1
1
1
1
2 +1+ 2
;
=
+
+
=
Re 1000 2000 1000
2000
2000
Re =
= 400Ω
5
9
V
=
= 0,0225 A; I = 22,5mA
I=
Re 400
1
1
1
2
;
=
+
=
Re 1000 1000 1000
1000
Re =
= 500Ω
2
Rt = 500Ω + 2000Ω = 2500Ω
V
9
I=
=
= 0,0036 A; I = 3,6mA
Re 2500
EJERCICIO
a) Calcula la intensidad que circula por cada una de las resistencias
b) ¿Cuál es la diferencia de potencial de la R3?
c) ¿Cuál es la diferencia de potencial de las resistencias en paralelo?
EJERCICIO
a) Calcula la intensidad que circula por cada una de las resistencias
b) ¿Cuál es la diferencia de potencial de la R3?
c) ¿Cuál es la diferencia de potencial de las resistencias en paralelo?
A
C
B
b )
V
AB
= 5 ·0 ,3 = 1 ,5 V
c)
V
BC
= 10 · 0 , 3 = 3 V
V
T
a )
I
2
= V
AB
I
=
1
+ V
BC
= 4 ,5 V
1 ,5
= 0 ,15 A
10
1 ,5
=
= 0 ,15 A
10
1
1
1
2
a)
=
+
=
;
Re 10 10 10
10
Re =
= 5Ω
2
Rt = 5 Ω + 10 Ω = 15 Ω
V
4 ,5
I =
=
= 0 ,3 A
Re
15
Transformaciones energéticas en un circuito
Energía (E) E = q ∙ V Unidad de medida: julio (J)
Recuerda: q = I ∙ t E = I ∙ t ∙ I ∙ R = I2 ∙ R ∙ t
V = I ∙ R
Si la energía consumida se transforma en calor, la unidad de medida es la CALORÍA
1 J = 0, 24 calorías
1 cal = 4,18 J
E (calorías) = I2 ∙ R ∙ t∙ 0,24 (ley de Joule)
POTENCIA (P)
Unidad de medida el vatio (w)
kw = 1000 w
P = E/t
Otra unidad de energía kw · h
ECUACIONES PARA RECORDAR
V = I ∙ R
I = Q / t
E = V ∙ Q
P = E / t
EJERCICIOS
1. Calcular el valor de la resistencia del
filamento de una bombilla de 40 W a 220 V.
P=E/t = V·Q/t = V·I = V·V/R = V2 ·R
R = V2 /P = (220 V) 2/40 W = 1.210 Ω
2. Una bombilla tiene la siguiente
inscripción: 40 W, 220 V. Calcular la
potencia que disipará cuando se la conecte
a 125 V, suponiendo que la resistencia no
varíe con la temperatura.
R = V2 /P ;
V 12 /P1 = V 22 /P2
P2 = V 22 ·P1/ V 12
P2 = (220)2 ·40W/ (125V)2 = 123,9 W
LA ELECTRICIDAD EN CASA
• La electricidad llega a nuestra casa mediante un cable llamado acometida, conectado al contador,
que mide el consumo.
• Del contador sale un cable
que llega al cuadro eléctrico,
situado en la entrada de la casa.
• En el cuadro está el interruptor
general automático, que corta la corriente cuando llega una intensidad demasiado alta, o bien si se produce un cortocircuito. Esto sucede, por ejemplo, si se quema un cable de un electrodoméstico.
•
En el cuadro hay un importante elemento de seguridad, el diferencial. Si, por accidente, tocamos un cable pelado, el diferencial corta la corriente antes de que suframos daños. A partir del diferencial se bifurcan varios cables que alimentan las distintas zonas de la casa.
• ¿Qué es un fusible?
Un fusible es un dispositivo con un filamento o lámina de un metal (o aleación) de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por efecto del calor, cuando la intensidad supere un exceso de carga con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos eléctricos.
• ¿Qué es un diferencial?
Un diferencial es un dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos de los aparatos.
• ¿Qué es un interruptor automático?
Un interruptor automático es un aparato capaz de interrumpir o abrir un circuito cuando la intensidad de la corriente excede de un determinado valor. A diferencia de los fusibles, que deben ser reemplazados tras un único uso, el disyuntor puede ser rearmado una vez localizado y reparado el daño que causó el disparo o desactivación automática.