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FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD.
TEMA:FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD.
ÍNDICE
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Naturaleza de la electricidad. Teoría atómica.
Ley de Coulomb.
Tensión, resistencia e intensidad.
Circuito eléctrico.
Operadores eléctricos. Esquema eléctrico.
Ley de Ohm.
Circuito abierto y cortocircuito.
Potencia y energía eléctrica. Efecto Joule.
Resistencia equivalente.
Conexión serie, paralela y mixta.
Medida de magnitudes eléctricas.
Efectos de la corriente eléctrica. Térmico y magnético.
1. Naturaleza de la electricidad. Teoría atómica.
Todas las cosas están formadas por átomos, y los electrones son parte de esos átomos
La carga eléctrica es una propiedad de la materia, igual que la masa. Los protones y
electrones ejercen fuerzas mutuas, además de la fuerza de gravitación universal, estas
fuerzas se explican adjudicando a los protones y electrones una propiedad llamada carga
eléctrica, exactamente igual que las fuerzas gravitatorias se explican asignando a la
materia la propiedad de masa gravitatoria.
Existe, no obstante, una diferencia, puesto que mientras que las fuerzas
gravitatorias son únicamente atractivas, las fuerzas eléctricas pueden ser atractivas o
repulsivas. Los protones ejercen fuerzas de repulsión entre ellos, los electrones ejercen
también fuerzas repulsivas sobre otros e- , mientras protones y e- se atraen mutuamente.
Aparecen así dos clases de carga eléctrica. Se asigna arbitrariamente una carga positiva (+)
a protones y una carga negativa (-) a e-, a partir de enunciar el siguiente principio: Cargas
de igual signo se repelen y cargas de signo opuesto se atraen.
Todos los e- tienen la misma carga negativa, todos los protones tienen la misma
carga positiva, y cualquier átomo con igual número de protones y electrones tiene carga
nula , lo que conduce a la conclusión de que las cargas de protones y e- son iguales, aunque
de signo opuesto. Los neutrones no se ven sometidos a fuerzas de origen eléctrico, lo que
indica que no tienen carga eléctrica.
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Carga: - 1´6·10-19 Culombios
Masa: 1´67·10-24/1840 gramos
Electrón
Átomo
Carga: + 1´6·10-19 Culombios
Masa: 1´67·10-24gramos
Protón
Núcleo
Carga: 0 Culombios
Masa: 1´67·10-24gramos
La unidad de carga es el Culombio  [Q]=Coulombio
Neutrón
2. Ley de Coulomb.
La fuerza de atracción entre cargas eléctricas fue definida por Coulomb:
A semejanza de la
fuerza gravitatoria:
M·M´
Fg = - G
R2
Q, Q´Cargas
F  Fuerza de atracción o repulsión.
K  Constante de proporcionalidad.
R  Distancia entre cargas
Q · Q´
F = K·
R2
3. Tensión, resistencia e intensidad.
El esquema eléctrico de un circuito básico es:
+
V
I
-
Donde:
 V = Tensión = Fuerza electromotriz (FEM)=
Fuerza generadora = Diferencia de potencial.
Unidades [V] = voltios.
R
Aunque de naturaleza diferente
(esto es un burdo símil), la fuente de tensión
equivale a tener de forma permanente:
Q+



Los e- tienden a alejarse del
polo negativo y acercarse al
positivo.
Θ
Θ
q-
Pero el movimiento de e- no se hace por cualquier camino, deben tener un conductor que
forme un circuito cerrado por el que desplazarse.

Un conductor es un material en cuyo interior hay cargas libres que pueden moverse si
se someten a fuerzas de carácter eléctrico.
Pero el conductor presenta una oposición al movimiento de e- en su seno. A esta oposición le
llamamos RESISTENCIA y la representamos concentrada. Unidades [R] = Ohmios = .
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Dada una fuente de tensión, para cada circuito que una sus polos, la cantidad de e- que
circule será diferente, dependiendo de la R.
LOS CABLES
Los cables están formados por un material conductor y por un material aislante
Los conductores son materiales que dejan moverse a los electrones por su interior, como
los metales, mientras que los aislantes no dejan pasar la electricidad.
De esta forma la electricidad se mueve por el interior del cable y no le deja escapar el
aislante
Clasifica estos materiales en conductores o aislantes de la electricidad:
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I =Intensidad eléctrica = Cantidad de carga que atraviesa una sección del
conductor/ unidad de tiempo = Q/t. Unidades [I] = [Q]/[t] =
1Culombio/1segundo = 1 Amperio.
(Símil de automóviles, nº de ocupantes/unidad de tiempo).
El dispositivo que genera la tensión debe soportar también el paso de la intensidad, pero en
su interior los e- se mueven en sentido opuesto al que lo harían libremente, por lo que se
debe realizar un trabajo exterior.

DIFERENCIA ENTRE TENSIÓN Y CAIDA DE TENSIÓN.
+
V
V es la F.E.M.(tensión) que genera la intensidad, pero a
medida que la intensidad pasa por las resistencias se
produce una “caida de tensión” V1 y V2.
-
I
R1
R2
V1
V2
En el caso eléctrico, también se cumple: FEM = V = V1 + V2 = Caidas de tensión.
Tanto la tensión como la caída de tensión se definen entre puntos, por lo que si dos
puntos están unidos por diferentes caminos paralelos, la caída de tensión para todos ellos
será la misma entre esos dos puntos.
4. Circuito eléctrico.
Un circuito eléctrico es un camino cerrado por donde circula la corriente eléctrica. Su
finalidad es transformar la electricidad en algo útil: movimiento, luz, calor, sonido, etc..
Este es uno de los circuitos más sencillos, una bombilla
conectada a una pila, donde se transforma la electricidad en
luz.
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- GENERADORES: Son los que impulsan (empujan) para que los electrones se muevan
por el circuito.
Ejemplos: una pila, una batería o el generador de la central eléctrica desde la que llega la
electricidad a nuestras casas.
- CONDUCTORES: Cables metálicos (cobre), por donde circulan los electrones.
- RECEPTORES: Son los elementos que transforman la electricidad en lo que queremos.
LUZ bombillas, tubos fluorescentes, leds, televisores, etc...
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MOVIMIENTO Los motores.
CALOR  Las resistencias eléctricas.
SONIDO  Los timbres, altavoces…
- ELEMENTOS DE CONTROL: que sirven para abrir o cerrar el circuito, es
decir, para permitir o no el paso de electricidad en un momento determinado.
5. Esquemas eléctricos. Operadores eléctricos.
Cuando se diseña un circuito se representa el esquema eléctrico , donde cada elemento aparece
en su forma simbólica.
A continuación se presentan los diferentes operadores eléctricos tal como se representan en los
diferentes esquemas.
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6. Ley de Ohm.
V=I·R
I =V/R
R=V/I
La caída de tensión en una resistencia es igual al valor de la
resistencia por la intensidad que pasa por ella.
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7. Circuito abierto y cortocircuito.
Son dos casos particulares de un circuito. Para su análisis consideraremos Raire=Rvacio =   y
Rcable = Rcortocircuito = 0.
Circuito abierto.
+
V
Cortocircuito.
-
V
+
-
I
I
Ic
R1
Rv
I1
V1
R1
Vv
V =Vi=V1+Vv=I·R1+ I·Rv =I· (R1+Rv) =
= I· (R1+) = I·   I = 0 A.
V1
V = Ic ·Rc = Ic · 0  Ic =  A.
 V1 = I · R1 = 0 · R1 = 0v.
 Vv = I · Rv = 0 · 
8.Potencia y energía eléctrica.
En electricidad
Potencia (w) = V (v)·I(A)
La relación física entre potencia y energía es:
Potencia = Energía / tiempo  E = P· t
Hay que recordar que energía, calor y trabajo son físicamente equiparables, transformables entre ellas y
con las mismas unidades.
Unidades: [P] = [E]/[t] = 1 julio/ 1 segundo = 1 vatio
[E] = [W] = [Q] = 1julios=1vatio·1segundo=10-3Kw·(1/3600)h = 2.7·10-7Kw·h
La energía eléctrica está relacionada con la intensidad de la corriente, con el voltaje y con la
resistencia eléctrica mediante las siguientes expresiones matemáticas:
P = V · I = R · I2
Ejercicio. Un radiador eléctrico tiene un conmutador que permite seleccionar dos potencias: 1.000W y
1.500 W. Calcula la intensidad de corriente que pasa por el circuito en ambos casos. Calcula también la
energía consumida cuando el radiador funciona dos horas en la posición 1.500 W. (da los datos en julios y
kw·h)
9. Resistencia equivalente (Re).
Dado un circuito cualquiera, la Re entre dos puntos del circuito, es una resistencia tal que, si se
substituye la parte del circuito entre esos dos puntos por la Re, el comportamiento del resto del circuito
sigue siendo el mismo.
Para calcular la Re
entre A y B se debe
conocer la intensidad
que entra por A (que
debe ser la misma
que la que sale por
B) y la caida de
tensión entre ambos
puntos.
+
3v
V =  Vi = (I·Ri)
-
3 =1·I+1·I+1·I= I · 3
I
1
.
1
.
A
V1
 I=1A V2=V3=1v
1
.
 VAB = V2+V3=2v
B
V2
V3
V =Vi=V1+Vv=I·R1+ I·Rv =I· (R1+Rv) =
= I· (R1+) = I·   I = 0 A.
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A continuación se calcula el valor de una resistencia única, que con esa intensidad produzca la
misma caida de tensión.
1
I = 1A .
1
.
VAB = ReAB · I
A
ReAB = VAB / I = (2/1)
B
VAB= 2v
3v
+
I = 1A
-
I = 1A
2.
1
.
2.
A
B
VAB= 2v
A
V1
B
VAB= 2v
10.Circuitos serie, paralelo y mixto.
En las instalaciones eléctricas se monta más de una resistencia, según se haga su conexión se
origina un circuito serie, paralelo o mixto.
CONEXIÓN SERIE
+
I
V
Se conectan una después de otra, por ambas
pasa la misma intensidad, pero las caidas de tensión (V1
y V2) son diferentes.
-
Ecuaciones fundamentales.


V1 = I1 · R1


V2 = I2 · R2
Re
R1
R2
A
B
V1
I1 = I2 = I
V = VAB = V1 + V2
La Re siempre cumple: VAB = Re·I
V2
Cálculo de Re  VAB = V1+V2 = I1·R1 + I2·R2 = I·R1+ I·R2 = (R1 + R2)·I  VAB = (R1 + R2) · I
De las expresiones:
VAB = (R1 + R2) · I
En general para n resistencias
Reserie =R1 + R2
Re
serie =R1 + R2 + R3 + R4 + .....+Rn
VAB = Re·I
El problema de la conexión en serie es que, si se rompe una resistencia, deja de pasar corriente
por el resto, ya que queda un circuito abierto. Por ejemplo si R3=1 se rompe, pasa a ser R3= Rv =  ,
por lo que si hay 10 resistencias en serie Reserie =R1 + R2 + R3 + R4 + .....= R1+R2++R4+ .....= , y
no pasará intensidad eléctrica I=V/Re = V/ = 0 A, es como si el circuito quedara abierto.
CONEXIÓN PARALELO
En paralelo se conecta borne con borne los
extremos de las resistencias, por ellas pasan intensidades
diferentes, pero están sometidas a la misma tensión, ya
que la tensión se define entre puntos.
Ecuaciones fundamentales.

V1 = I1 · R1


V2 = I2 · R2

I = I1 + I2
V = VAB = V1 = V2
+
Re
I
I2
R2
VAB
A
B
I1
La Re siempre cumple: VAB = Re·I
V
R1
rrrr
R
r
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Cálculo de Re 
VAB =V= V1=V2 = I1·R1= I2·R2
I1=VAB/R1
I2=VAB/R2
I = I1 + I2

VAB = I·Reparalelo= (I2+I1)· Reparalelo =
=( VAB/R1+ VAB /R2)· Reparalelo 
VAB/ VAB=1=(1/R1+1/R2)· Reparalelo 
1/ Reparalelo = 1/R1 + 1/R2
En general para n resistencias
1/Reparalelo =1/R1+1/R2+1/R3+.....+1/Rn

1/Reparalelo =1/R1 +1/ R2

Si todas las resistencias son iguales R1 = R2 =...= Rn = R  1/Reparalelo =1/R+1/R+.....+1/R = n/R
 Reparalelo = R / n
Cuantas más resistencias se pongan en paralelo, la Reparalelo total será menor
CONEXIÓN MIXTA
En este caso como mínimo se tendrán tres resistencias. Para el cálculo de Re mixta , se reduce en
primer lugar la parte en paralelo a su Re//, quedando un circuito serie entre esta y R1.
+
V
Ecuaciones fundamentales.

I = I1 = I2 + I3

V = VAB = V1 + V2

V2 = V3
Re
I
V1
I2
R2
Cálculo de Remixta
I1

V2 =V3
A
R1
B
VAB
I3
Remixta = R1 + ReR2//R3
R3
rrrr
R
r
1/ReR2//R3 =1/R2 +1/ R3 = (R3 + R2 )/ (R2 · R3 )  ReR2//R3 = (R2 · R3 ) / (R3 + R2) 

Remixta =R1 + ReR2//R3= R1 + (R2 · R3 ) / (R3 + R2)
I =I1 = V / Remixta
Una vez calculada Remixta se calcula I  VAB = V = I· Remixta 
Se obtiene V1 y despues V2 = V3  V1 = I1· R1 =I · R1  V2 = V3 = V-V1
Por último se despeja I2 e I3  I2 = V2/R2 ; I3 = V3/R3
R2
Ejercicio 1)
Dada una pila de tensión V y 2 resistencias de valor R, ¿ cuándo pasará mayor intensidad por las
resistencias, si se conectan en serie o en paralelo?. Demuéstralo.
Ejercicio 2)
¿Cuál de los dos montajes anteriores consumirá mayor potencia?. (La potencia total de un sistema es igual
a la suma de las potencias consumidas en las resistencias que lo componen).
La potencia que una pila puede dar es limitada, si se le requiere más de lo que es capaz de ofrecer,
reacciona disminuyendo la tensión nominal.
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Ejercicio 3)
Halla la resistencia equivalente del circuito que se representa en el esquema.
7v
+
5
8
20
rrrr
5
R
r
Ejercicio 4)
¿Qué caida de tensión e intensidad se dan en cada resistencia del circuito anterior?.
11. Medida de magnitudes eléctricas. El polímetro.
En la medida de cualquier magnitud eléctrica, el aparato con que medimos no debe alterar el
sistema que está midiendo.
Equipos de medida de magnitudes eléctricas.
R2
EQUIPO
Amperímetro
Voltímetro
Ohmetro
MAGNITUD QUE
MIDE
CARACTERÍSTICAS
Intensidad
Tensión
Resistencia
Rinterna  0 
Rinterna   
Rinterna Indiferente
FORMA DE CONEXIÓN
Serie
Paralelo
Aislado del resto del circuito
Ejercicio 5)
Demostrar que un amperímetro conectado en serie y un voltímetro conectado en paralelo a una
resistencia, no afectan la medida de la caida de tensión e intensidad en esa resistencia.
LA MEDIDA DE LA TENSIÓN (VOLTÍMETRO).
A) Se debe conocer el tipo de corriente que se quiere medir (contínua o alterna).
B) Se debe seleccionar la escala. Se toma aquella cuyo límite superior sea el superior más
próximo al valor previsto de la medida.
C) Se conecta en paralelo con la resistencia de la que se quiere medir la caida de tensión.
Se debe tener en cuenta la polaridad
de las puntas del polímetro.
Rojo +
Negro  D) Si la aguja o la medida digital es muy elevada o reducida, se debe cambiar la escala
seleccionada,
LA MEDIDA DE LA INTENSIDAD (AMPERÍMETRO).
Los A, B y D igual que para la tensión.
C) Se conecta en serie con la resistencia por donde pase la corriente que se desea medir.
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LA MEDIDA DE LA RESISTENCIA.
Para medir resistencias, éstas deben aislarse, y no ser medidas en el seno de un circuito,
ya que se puede medir la resistencia del resto del circuito.
R

POLÍMETRO.
Es un equipo que integra en un solo aparato un voltímetro, un amperímetro y un óhmetro, es
capaz de medir las resistencias, tensiones C.C. y C.A., intensidades C.C. y C.A y la polaridad de los
diodos. El selector debe situarse en el modo y escala adecuados, y los terminales en las entradas
correctas.
La forma de conexión debe corresponder al modo de funcionamiento que se haya seleccionado
y a la magnitud que se desee medir.
12. Efectos de la corriente eléctrica.
A través de la electricidad se pueden obtener diferentes efectos, éstos son los que aplicamos en la
vida cotidiana y los que hacen tan útil esta forma de energía. Los principales son:

Térmico.

Magnético.

Químico (electrólisis)
EFECTO TÉRMICO. EFECTO JOULE.
La energía que se disipa en una resistencia, lo hace en forma de calor.
Calor = Q = Energía = Potencia · tiempo = ( V · I ) · t = ( I 2 · R ) · t
[Q] = Kw · h; Julios.
Esto permite obtener calefactores eléctricos (hornos, estufas, ..). Las bombillas de
incandescencia también son resistencias que al calentarse se ponen al rojo y desprenden luz (calor en
forma de radiación).
Pero el efecto Joule genera un problema, puesto que todos los conductores tienen una resistencia
interna, producen una caida de tensión y se calientan, gastando una energía que se pierde por completo.
Para evitar este perjuicio, el transporte de electricidad se realiza a grandes niveles de tensión y reducidas
intensidades, reduciendo las pérdidas en los conductores.
El cambio de los niveles de tensión se realiza (para corriente alterna) mediante los
transformadores, estos equipos no consumen potencia, por lo que la potencia de entrada y salida son las
mismas.
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EFECTO ELECTROMAGNÉTICO.
Existe una gran relación entre la electricidad y el magnetismo, esto permite múltiples
aplicaciones. Las más importantes son la obtención de movimiento rotativo a partir de motores eléctricos
y la de corriente eléctrica a partir de movimiento, con generadores eléctricos. Otra aplicación es la
obtención de todo tipo de electroimanes.
La forma en que un imán interacciona con el medio es a través del campo magnético ( B ). Dado
un imán natural, las líneas de campo magnético salen del polo norte y entrán por el polo sur, cerrándose
por el aire.
B
B
S
N
B
B  Inducción del campo
magnético (Teslas).
B
Cuando se acercan dos imanes como el representado, aparecen fuerzas mutuas que tienden a
direccionar ambos imanes de forma que sus campos tiendan a ser paralelos, cuanto mayores sean
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