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FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD
CONCEPTO DE ELECTRICIDAD
1. DEFINICIÓN: fenómeno natural y forma de energía basada en el desplazamiento de electrones (e-:
partículas subatómicas sin masa pero con carga negativa) entre átomos de materiales conductores
cuando sufren la acción de una fuerza determinada, llamada fuerza electromotriz (f.e.m.), que los
empuja a moverse en una dirección y sentido determinados.
2. CONDUCTIVIDAD: es la propiedad que indica la facilidad con que se produce ese desplazamiento
de e- en un material que se dice que es conductor de la electricidad; estos materiales son
fundamentalmente los metales, y ello se debe a la facilidad con que sus e- pueden saltar de unos
átomos a otros por la forma de unión o enlace atómico que tienen: nube de electrones, que rodea a
los núcleos; cuantos más e- libres mejor conductor es ese metal.
Átomo con 2 e-, 2 p+ y 2 n.
NÚCLEO CON PROTONES Y NEUTRONES
ELECTRONES
-
3. CORRIENTE ELÉCTRICA: es el desplazamiento de e entre átomos de un material conductor
cuando se conecta a una fuente de energía (una pila, un generador o un enchufe, p. ej.), que
proporciona la f.e.m. Cesa cuando se agota la energía de dicha fuente o se desconecta de ella.
-
-
CONDUCTOR ELÉCTRICO
-
-
-
4. TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA:
CORRIENTE CONTINUA (c.c. o DC).La corriente de e- a lo largo del tiempo es
constante en nº y sentido de
desplazamiento; se produce en pilas y
dinamos y debe respetarse la polaridad +
(ida) y – (retorno).
CORRIENTE ALTERNA (c.a. o AC).En este caso varían periódicamente su
número y su sentido de desplazamiento;
se produce en alternadores y es la de la
red eléctrica, a 220 V 50 Hz.
e-
-
e
t
t
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CIRCUITO ELÉCTRICO
1. DEFINICIÓN Y FUNCIONAMIENTO: conjunto de elementos que, unidos entre sí, forman
un camino cerrado permitiendo la circulación de una corriente eléctrica; si se interrumpe, la
corriente dejará de circular.
2. COMPONENTES Y SU SIMBOLOGÍA:
Mediante
electromagnetismo,
transforman en eléctrica la
energía mecánica/cinética
(movimiento) que reciben
de otra máquina que hace
de motor: rueda de
bicicleta, motor de coche,
turbina de central
eléctrica, hélice de
aerogenerador, etc.
DINAMOS (C.C.)
FUENTES DE
ENERGÍA
ALTERNADORES (C.A.)
ENCHUFE (C.C.)
Normalmente el de un
adaptador-rectificador o
fuente de alimentación de
c.c.
ENCHUFE (C.A.)
Enchufe de red normal o de
una fuente de alimentación
de c.a.
PILA O BATERÍA
Almacenan energía
química que transforman en
eléctrica al conectarse a un
circuito cerrado.
Cables y elementos de contacto, como clavijas de
enchufes, que constituyen el camino exterior a la fuente
de energía; son de cobre o de aluminio y dejan pasar
fácilmente a los electrones hacia los receptores.
CONDUCTORES
AISLANTES
Son los elementos que
proporcionan la f.e.m.
que impulsa a los e- a
través del
correspondiente circuito
cerrado.
No tienen símbolo, pues todos los Materiales que no dejan pasar a los e- y aíslan a los
elementos eléctricos los llevan por conductores de nosotros y de otros metales para evitar
seguridad.
accidentes: polímeros diversos, vidrio, porcelana, etc.
LÁMPARAS
Consumen la energía que lleva la corriente de etransformándola en luz visible.
RESISTENCIAS
Ídem en calor: planchas, calefactores, secadores de
pelo...
RECEPTORES
Íd. en mecánica: ventilador doméstico, ascensor, grúa,
lavadora, juguete, batidora...
MOTORES
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Interruptores (de palanca, pulsadores, conmutadores,
etc.) con los que abrimos o cerramos el circuito a
voluntad, por completo o parcialmente.
MANIOBRA
FUSIBLES E INT. AUTOMÁTICOS
PROTECCIÓN
Fusibles e interruptores automáticos para proteger a los
diferentes elementos del circuito de posibles
sobrecargas (corrientes excesivas) y de descargas
(vulgarmente conocidas como “calambres”).
3. CONEXIÓN:
• SERIE.- Los elementos van en fila o en línea; si uno se estropea interrumpe el circuito y
no funciona ninguno:
R2
R1
LAS MAGNITUDES ELÉCTRICAS EN
SERIE
PARALELO
RT =R1+R2+R…
1/RT =1/R1+1/R2+1/R...
UT =U1+U2+U…
UT =U1=U2=U…
IT =I1=I2=I…
IT =I1+I2+I…
R3
ITOTAL
G
UT =24 V
=
• PARALELO.- Aquí van conectados entre los mismos puntos y no pasa nada si uno falla:
R2
UT=12 V = IT I1
R1 I2
I2
R1
R2 I3 R3
I3
IT =I1
UT = 9V
R3
• MIXTA.- Combinación de las anteriores:
SEGURIDAD EN ELECTRICIDAD
Se trata de evitar los cortocircuitos que se producen cuando se unen dos puntos de un circuito con
f.e.m. (bajo tensión) sin que se interponga ningún receptor, provocándose una gran intensidad que
puede quemar la instalación. Es entonces cuando actúan los fusibles o los interruptores
automáticos antes citados. El ICP es parecido pero sólo está para que no consumamos más de lo
contratado.
CORTOCIRCUITO
I
MAGNETOTÉRMICOS
DIFERENCIAL
ICP
También las descargas por contactos accidentales de alguna parte de nuestro cuerpo con un
elemento eléctrico bajo tensión y al descubierto, es decir sin la cubierta aislante que nos protege
de él. Entonces actúa el interruptor diferencial, que detecta cuándo la corriente que entra en el
circuito no sale en su totalidad, lo que significa que lo hace por otro camino, posiblemente por
partes metálicas en contacto con el suelo y/o por el cuerpo de una persona.
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MAGNITUDES ELÉCTRICAS FUNDAMENTALES
1. LA LEY DE OHM: es la ley empírica que relaciona las siguientes magnitudes:
•
INTENSIDAD (I).- Es la cantidad de corriente (de electrones) que atraviesa un conductor
en la unidad de tiempo; se mide en amperios (A).
•
TENSIÓN (U).- Es la fuerza (f.e.m.), o diferencia de potencial entre el inicio y el final de
un circuito (o de parte de un circuito), que impulsa a los electrones; se mide en voltios
(V).
•
RESISTENCIA (R).- Es la oposición que muestra un material a que la corriente lo
atraviese cuando entre sus extremos se ha establecido una diferencia de potencial (U); se
mide en ohmios (Ω) y depende del material y de su longitud y sección.
Se trata de una relación de proporcionalidad que puede expresarse indistintamente así:
U= I R
U
R=U/I
R
I=U/R
I
2. POTENCIA:
La potencia eléctrica (P) resulta de multiplicar la tensión (U) por la intensidad (I) y se mide
en “Watios” (W):
P=U⋅I
Se define como la cantidad de energía que se consume o genera en la unidad de tiempo (por
segundo, por hora,...) realizando un trabajo; por tanto, da idea de la cantidad de éste que se
puede realizar en dicha unidad de tiempo, emitiendo luz o calor, moviendo algo, etc.
MEDIDORES
Son aparatos que se emplean para cuantificar (determinar el valor numérico) las magnitudes
anteriores; se indican seguidamente la utilidad y forma de conexión de cada uno:
1. AMPERÍMETRO: mide la intensidad de corriente; se coloca en serie con los elementos por
los que pasa la corriente a medir, debiendo estar conectado el circuito:
CONEXIÓN DE AMPERÍMETRO
A
Ω
V
24 V
CONEXIÓN DE VOLTÍMETRO
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CONEXIÓN DE OHMÍMETRO
2. VOLTÍMETRO: mide la tensión; se coloca en paralelo con el elemento o elementos cuya
tensión se va a medir, debiendo estar conectado el circuito.
3. OHMÍMETRO: mide resistencias; se coloca entre los extremos de la resistencia, ¡estando ésta
fuera del circuito y sin corriente!
4. POLÍMETRO: es el aparato en el que disponemos de los anteriores medidores, que elegimos
con un selector. Se conecta como se ha dicho en cada caso según la medición a efectuar.
5. CONTADOR DE ENERGÍA: es un instrumento que registra la
cantidad de energía consumida en un circuito durante un tiempo
determinado; se coloca en serie con el circuito en su inicio y lo
podemos ver en nuestro domicilio o en cualquier lugar donde se
consuma electricidad; se emplea para que la compañía eléctrica nos
facture el consumo.
ELECTROMAGNETISMO
DEFINICIÓN
Y
DESCRIPCIÓN:
Es
la
combinación o acción simultánea de la electricidad
(corriente eléctrica) y del magnetismo (campo
magnético); el efecto más básico de dicha acción es
la creación de un campo magnético alrededor de un
conductor al ser atravesado por una corriente
eléctrica (lo contrario no es posible) [Fig.-1]. No
obstante, la intensidad de ese campo magnético es
mayor si el conductor se dispone arrollado, es decir,
en forma de bobina. [Fig.-2]
A partir de este fenómeno se dan otros que se describen a continuación, en cada una de las
siguientes aplicaciones:
•
RELÉ.- Interruptor accionado por un campo magnético creado por una bobina (electroimán).
[Fig.-2]
Se basa en el hecho de que un cuerpo
metálico o armadura (normalmente de
hierro) se desplaza sensiblemente (d)
cuando se encuentra bajo la acción de
dicho campo, pudiendo empujar uno o
varios contactos eléctricos.
A veces, se dispone un muelle que permite que la armadura retorne a la posición inicial al
cesar la corriente de la bobina.
Se emplean cuando con un sólo mando o pulsador deben conectarse/desconectarse varios
circuitos o receptores; también cuando la tensión del circuito de mando (de la bobina) es
mucho menor que la del circuito/s a accionar, por seguridad (aislamiento eléctrico).
Ejemplo: ordenadores, alumbrado fluorescente, ascensores, etc.
•
GENERADOR.- Si lo que está bajo dicho campo es un conductor en movimiento (siguiendo
una trayectoria circular perpendicular al campo), lo que sucede es que aparece una fuerza
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dentro del conductor que impulsa a los electrones (f.e.m.); si dicho conductor está conectado
a un circuito cerrado, se establecerá la corriente correspondiente. [Fig.-3]
La fuerza de giro procede de una máquina motora (turbina de central eléctrica, bien térmica o
bien hidráulica; rueda de bicicleta para pequeña dinamo; etc.) a la que se acopla a través de
un eje (dibujado en trazo grueso) un cilindro alrededor del cual está/n dispuesta/s la/s espira/s.
Si se trata de un alternador, la corriente resultante es la representada en la siguiente gráfica:
I
0
¼
-I
¾
1¼
Nº
VUELTAS
Mediante los anillos rozantes se conecta el
circuito correspondiente; en dinamos (c.c.)
se sustituyen por un colector o anillo
dividido en sectores que hacen que la
corriente siempre salga en el mismo sentido,
tal y como se representa en la gráfica
correspondiente de la pág.-1.
•
MOTOR.- Es el caso opuesto al anterior, es decir, por el conductor (espira/s) circula una
corriente introducida por los anillos rozantes (c.a.)/colector (c.c.) y aparece una fuerza (F)
transversal al campo que provoca el giro de la espira; así se impulsa aquello que esté
acoplado al eje del motor.
Funcionamiento de un sencillo motor de cc.
Motor asíncrono monofásico (ca) seccionado.
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CUESTIONARIO DE REFLEXIÓN
1. Cita tres objetos, circuitos o aplicaciones eléctricas que conozcas que sean de
c.c. y otros tres de c.a.
2. Indica qué tres condiciones deben darse para que se establezca una corriente
eléctrica.
3. Indica el nombre de cada componente de cada circuito y a qué aparatos sencillos
podría corresponder cada uno:
A)
B)
V
C)
V
V
M
~
4. Indica los fallos que hay en los siguientes circuitos (lo que buscamos es que
funcionen correctamente):
+
V
12 v
_
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5. A) Dibuja el esquema de un circuito en serie con 3 receptores, un interruptor,
una fuente de energía, su protección adecuada y los conductores.
B) Ahora otro con los receptores en paralelo.
C) Y finalmente en serie-paralelo.
Señala con flechas el recorrido de la corriente por cada parte de cada circuito.
6. ¿Cuál es el esquema básico de conexión de las bombillas del alumbrado especial
navideño que se coloca en las calles de la localidad?
¿Por qué es así?
7. Traza el cableado necesario para que la pareja de bombillas de la izquierda esté
conectada en serie con su pila de petaca y la de la derecha en paralelo con la
suya. Dibuja después los esquemas correspondientes con sus símbolos:
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8. Detecta fallos en los siguientes circuitos:
A)
B)
9. Señala de los que siguen el circuito que tiene un conmutador:
V=4´5 v
V=4´5 v
10. Dibuja el esquema del circuito de un motor de modo que pueda invertirse su
sentido de giro
11. ¿Qué diferencia de potencial se creará en una resistencia de 5 Ω si circula por
ella una intensidad de 10 A?
¿Con qué aparato lo comprobarías?
¿A cuánto asciende la potencia disipada en forma de calor?
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12. ¿Cuál será la resistencia de un circuito si al pasar una intensidad de 30 mA se
crea una diferencia de potencial de 6 V?
¿Cómo conectarías el medidor correspondiente?
Calcula la potencia (P) disipada en calor:
13. Una plancha a vapor que funciona a 220 V tiene una potencia de 1200 W. ¿Qué
valor tiene su resistencia?
14. El diferencial de entrada en nuestros domicilios suele admitir una intensidad
máxima de 25 A. ¿Cuál es la potencia máxima que puedo estar consumiendo a
la vez con varios aparatos?
¿Qué aparato de protección cortará la corriente si me paso consumiendo?
¿Qué resistencia equivalente podría conectar para que me consumiera lo
mismo? Dibuja el esquema correspondiente.
15. Una diferencia de potencial de 10 V produce una I=3 A, ¿cuál es la R?
¿Cuál el valor de I si se conecta a 50 V?
¿Y el valor de P en ambos casos?
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