Para entender la electricidad debemos conocer primero cómo está constituida la materia. Toda material está formada por un conjunto de pequeñas partículas llamadas átomos. A su vez, cada átomo está formado por un núcleo compuesto por neutrones y protones, y orbitando alrededor del núcleo, un conjunto de electrones.
Los neutrones no poseen carga eléctrica, mientras que la carga eléctrica de un protón y de un electrón es la misma pero de distinto signo. Por convenio, los protones tienen carga positiva mientras que los electrones tienen carga negativa.
De manera general, los átomos son neutros, tienen el mismo número de protones que de electrones. Pero en algunas ocasiones, los electrones pueden moverse de un átomo a otro, dejando un defecto de electrones en el átomo del que provienen (átomos con carga positiva) y un exceso de electrones en el átomo al que llegan (átomos con carga negativa). Por tanto, la electricidad se define como el movimiento de los electrones entre los átomos de un material de un punto a otro. El movimiento de estos electrones genera una energía que puede aprovechar un aparato eléctrico para su funcionamiento. Los electrones siempre van a tender a rellenar los huecos de los átomos donde exista un defecto de electrones, cuando aprovechamos ese comportamiento para producir un movimiento ordenado y controlado de electrones a lo largo de un material estamos hablando de corriente eléctrica. |
Fuente: https://www.ticarte.com/
No todos los materiales permiten el paso de la corriente eléctrica. Hay materiales por los que los electrones no pueden circular y otros por los que los electrones fluyen con mucha facilidad. Conocer estos materiales va a serte útil para fabricar componentes eléctricos.
- Conductores.- Son aquellas sustancias en las que algunos electrones de sus átomos pueden escaparse con facilidad y moverse libremente por el material. Entre los conductores se encuentran los metales, el agua salada, etc. Por estos materiales los electrones pueden desplazarse libremente de un punto a otro si le conectamos una fuente de tensión .
- Aislantes.- Son las sustancias en las que todos los electrones están prisioneros de sus átomos y ninguno puede abandonarlos ni moverse libremente por el por el material.
- Semiconductores.- Como el silicio o el germanio, presentan propiedades eléctricas que están entre los conductores y los aislantes. Se utilizan principalmente cómo elementos de los circuitos electrónicos.
Fuente: http://www.ieslosalbares.es/ y https://www.edu.xunta.gal/
Corriente eléctrica
La corriente eléctrica está constituida por la circulación de millones de electrones a través de un cable de material conductor.
Para que ese movimiento se produzca es necesario conectar un generador o pila que ejerza una "presión" sobre los electrones.
Además, debe existir algún elemento receptor que transforme la corriente eléctrica en algo útil para nosotros: luz (bombilla), calor (resistencia calefactora), movimiento giratorio (motor), etc.
Por último, también será necesaria la presencia de algún interruptor con el que nosotros podamos decidir el paso, o no, de la corriente, abriendo o cerrando el circuito.
Para que ese movimiento se produzca es necesario conectar un generador o pila que ejerza una "presión" sobre los electrones.
Además, debe existir algún elemento receptor que transforme la corriente eléctrica en algo útil para nosotros: luz (bombilla), calor (resistencia calefactora), movimiento giratorio (motor), etc.
Por último, también será necesaria la presencia de algún interruptor con el que nosotros podamos decidir el paso, o no, de la corriente, abriendo o cerrando el circuito.
Si en un circuito eléctrico conectamos los dos extremos de un generador o pila con un hilo conductor sin colocar ningún elemento receptor, la corriente eléctrica sería elevadísima provocando lo que se conoce con el nombre de un cortocircuito. Esta situación es muy peligrosa y nunca se debe producir, ya que puede provocar daños importantes (incluso un incendio).
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Fuente: http://www.ieslosalbares.es/
Corriente ContinuaLa corriente continua es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinta carga o tensión.
Si se conectan dos placas cargadas de distinto signo mediante un hilo conductor, los electrones libres del metal serán repelidos por la placa negativa y se moverán hacia la placa positiva formando así un flujo de electrones desde la placa negativa a la positiva a través del hilo conductor. Los átomos que forman el hilo metálico no se mueven, sólo lo hacen algunos de sus electrones. |
Corriente alternaLa corriente alterna (C.A) consiste en la vibración de los electrones en el interior de un hilo conductor. Los electrones vibran a razón de 50 veces por segundo sobre un punto fijo. Es decir la corriente es de 50 Hz (hercios) o vibraciones/segundo.
Lo que circula por los cables son ondas a la velocidad de la luz. Los electrones no se trasladan, solo vibran alrededor de un punto fijo transmitiendo su vibración al electrón siguiente. Así se forma una onda cuyas crestas y valles se mueven rapidísimamente, si las contamos veríamos que son 50 crestas o valles las que pasan por un punto en un segundo. |
Fuente: http://recursostic.educacion.es/
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Magnitudes eléctricas
Para comprender el funcionamiento de los circuitos eléctricos y electrónicos y poder diseñarlos necesitamos conocer las magnitudes eléctricas que los caracterizan y saber cómo medirlas utilizando un polímetro.
Recuerda que una magnitud es una propiedad que se puede medir. Por ejemplo se puede medir la longitud, el tiempo, la velocidad, etc. Todas ellas son magnitudes.
Una unidad es una cantidad de magnitud que se usa para medir. Por ejemplo un centímetro es una cantidad de longitud, que usamos para medir, es por tanto una unidad. Si queremos medir una longitud, la comparamos con la cantidad de longitud de una unidad y vemos cuantas veces la contiene.
Recuerda que una magnitud es una propiedad que se puede medir. Por ejemplo se puede medir la longitud, el tiempo, la velocidad, etc. Todas ellas son magnitudes.
Una unidad es una cantidad de magnitud que se usa para medir. Por ejemplo un centímetro es una cantidad de longitud, que usamos para medir, es por tanto una unidad. Si queremos medir una longitud, la comparamos con la cantidad de longitud de una unidad y vemos cuantas veces la contiene.
Carga eléctricaComo hemos visto anteriormente, la materia está constituida por unas partículas elementales llamadas átomos.
Dentro de cada átomo es posible distinguir dos zonas. La zona central llamada núcleo, concentra unas partículas subatómicas que tienen carga eléctrica positiva llamadas protones y otras partículas neutras, desde el punto de vista de la carga eléctrica, llamados neutrones. Rodeando al núcleo se localiza la corteza. En esta zona se mueven los electrones, que son partículas con carga eléctrica negativa, girando en orbitales que envuelven al núcleo. |
Los responsables de todos los fenómenos eléctricos son los electrones, porque pueden escapar de la órbita del átomo y son mucho más ligeros que las otras partículas.
En general, los materiales son neutros; es decir, el material contiene el mismo número de cargas negativas (electrones) y positivas (protones). Sin embargo, en ciertas ocasiones los electrones pueden moverse de un material a otro originando cuerpos con cargas positivas (con defecto de electrones) y cuerpos con carga negativa (con exceso de electrones), pudiendo actuar sobre otros cuerpos que también están cargados. Por tanto, para adquirir carga eléctrica, es decir, para electrizarse, los cuerpos tienen que ganar o perder electrones.
Tenemos entonces que:
Una característica de las cargas, es que las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las cargas con diferente signo se atraen.
La carga eléctrica es una propiedad física propia de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La unidad de carga eléctrica es el Culombio. Un culombio equivale aproximadamente a un exceso o defecto de 6 trillones de electrones.
Un campo electromagnético es un campo físico de fuerzas producido por aquellos elementos cargados eléctricamente, que afecta a partículas con carga eléctrica.
En general, los materiales son neutros; es decir, el material contiene el mismo número de cargas negativas (electrones) y positivas (protones). Sin embargo, en ciertas ocasiones los electrones pueden moverse de un material a otro originando cuerpos con cargas positivas (con defecto de electrones) y cuerpos con carga negativa (con exceso de electrones), pudiendo actuar sobre otros cuerpos que también están cargados. Por tanto, para adquirir carga eléctrica, es decir, para electrizarse, los cuerpos tienen que ganar o perder electrones.
Tenemos entonces que:
- Si un cuerpo está cargado negativamente es porque tiene un exceso de electrones.
- Si un cuerpo está cargado positivamente es porque tiene un defecto de electrones.
Una característica de las cargas, es que las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las cargas con diferente signo se atraen.
La carga eléctrica es una propiedad física propia de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La unidad de carga eléctrica es el Culombio. Un culombio equivale aproximadamente a un exceso o defecto de 6 trillones de electrones.
Un campo electromagnético es un campo físico de fuerzas producido por aquellos elementos cargados eléctricamente, que afecta a partículas con carga eléctrica.
Voltaje, Diferencia de Potencial o Tensión |
La pila o batería suministra la energía necesaria para que las cargas eléctricas circulen por un circuito. Todas las pilas y baterías indican en sus características el voltaje que nos proporcionan. La tensión o voltaje (V), es la energía por unidad de carga que proporciona una pila o fuente de alimentación. Se mide en Voltios (V). Cuando hablamos de diferencia de potencial nos referimos a la diferencia de energía por unidad de carga entre dos puntos de un circuito. |
Resistencia |
Se llama resistencia a la dificultad que ofrece un cuerpo al paso de la corriente, al movimiento de electrones por el cuerpo. Se mide en Ohmios (Ω) y se representa con la letra R.
Los materiales conductores tienen poca resistencia, pues permiten que la corriente eléctrica circule por ellos. Los materiales aislantes presentan una resistencia muy alta, tan alta que no permiten el paso de electrones. Todos los receptores (lámparas, motores, etc.) que pongamos en un circuito tienen resistencia y, por lo tanto, a los electrones les resulta más difícil circular cuantos más elementos de esos conectemos. |
Un óhmetro u ohmímetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica, pero en muchas ocasiones podemos utilizar el polímetro, aparato que mide tensiones, intensidades y resistencias.
Podemos medir la resistencia de un receptor o la resistencia entre dos puntos de una instalación.
Hay unos componentes electricos-electrónicos llamados resistencias que son componentes que se ponen en los circuitos precisamente para eso, para ofrecer más resistencia al paso de la corriente por donde están colocados en los circuitos.
Podemos medir la resistencia de un receptor o la resistencia entre dos puntos de una instalación.
Hay unos componentes electricos-electrónicos llamados resistencias que son componentes que se ponen en los circuitos precisamente para eso, para ofrecer más resistencia al paso de la corriente por donde están colocados en los circuitos.
Por ejemplo, para calentar una olla de agua necesitamos una determinada cantidad de energía calorífica, con independencia del sistema que utilicemos para calentarla.
Una vitrocerámica consume energía eléctrica y la transforma en energía calorífica. Cuanta más potencia seleccione en la vitrocerámica, menos tiempo voy a necesitar para calentar esa olla de agua, pero la energía eléctrica consumida es la misma (sin contar la que perdemos).
Una vitrocerámica consume energía eléctrica y la transforma en energía calorífica. Cuanta más potencia seleccione en la vitrocerámica, menos tiempo voy a necesitar para calentar esa olla de agua, pero la energía eléctrica consumida es la misma (sin contar la que perdemos).
Energía |
La energía eléctrica se puede definir como el trabajo necesario para desplazar una carga eléctrica entre dos puntos sometidos a una diferencia de potencial.
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Su fórmula es E= P x t (potencia por tiempo)
Su unidad es el w x h (vatio por hora) pero suele usarse un múltiplo que es el Kw x h (Kilovatios por hora)
Si ponemos en la fórmula la potencia en Kw y el tiempo en horas ya obtendremos la energía en Kw x h.
Su unidad es el w x h (vatio por hora) pero suele usarse un múltiplo que es el Kw x h (Kilovatios por hora)
Si ponemos en la fórmula la potencia en Kw y el tiempo en horas ya obtendremos la energía en Kw x h.
Fuente: https://www.edu.xunta.gal/
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Ley de Ohm
El científico francés Ohm descubrió en el siglo XIX que las tres magnitudes eléctricas fundamentales están relacionadas. Así, en todo circuito eléctrico alimentado con una tensión V y con una resistencia eléctrica R, circulará una intensidad de corriente I obtenida mediante la siguiente relación:
I = V / R
I = V / R
Si se tienen problemas a la hora de despejar cualquiera de estas magnitudes, podemos dibujar un triángulo como el que muestra la figura de abajo, con la única condición de que el voltaje tiene que ocupar el vértice superior. Para despejar taparemos la magnitud que queremos despejar, y leeremos en un golpe de vista la operación que tenemos que realizar. |
Fuente: http://agrega.juntadeandalucia.es/
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Circuitos eléctricos
Un circuito eléctrico consiste en el desplazamiento continuo de la corriente por conductores y dispositivos conductores. Un circuito de este tipo se denomina circuito cerrado, y si el trayecto no es continuo se denominan abiertos. Para que la corriente eléctrica circule por un circuito son necesarios los siguientes elementos:
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Circuito en serie |
Circuito en paralelo |
Dos o más elementos de un circuito están asociados en serie si están conectados de modo que la corriente pase por todos ellos, uno a continuación del otro.
Las luces de Navidad unidas mediante un sólo hilo, si se funde una se apagan todas ya que la corriente se interrumpe. La Resistencia Equivalente es igual a la suma de las que están en serie: Re = R1 + R2 + R3+ ... La intensidad que pasa por las resistencias es la misma, e igual a la de la Resistencia Equivalente: Ie = I1 = I2 = I3 = ... La tensión de la pila se la reparten entre las resistencias: Ve = V1 + V2 + V3+ ... |
Dos o más elementos de un circuito están asociados en paralelo si están conectados a puntos comunes y, por tanto, sometidos a la misma tensión.
Si varias bombillas están unidas en paralelo, si una se apaga el resto permanece encendido La Resistencia Equivalente es igual al inverso de la suma de los inversos de las resistencias: 1/Re = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ... La intensidad del generador se reparte entre las tres resistencias: Ie = I1 + I2 + I3 La tensión de la pila es la misma en las tres resistencias: Ve = V1 = V2 = V3 |
Fuente: http://recursostic.educacion.es/
Leyes de Kirchoff
En este tipo de circuitos (que parecen dos circuitos sencillos, pero "pegados" entre sí"), hay que utilizar dos herramientas nuevas, que fueron descubiertas por el físico alemán Gustav Robert Kirchoff, son conocidas como las leyes de Kirchhoff.
Pero antes de conocer las leyes de Kirchoff vamos con unos conceptos previos.
Pero antes de conocer las leyes de Kirchoff vamos con unos conceptos previos.
En un circuito, se le dice malla a todo recorrido que puede hacerse dentro del circuito, que empiece y acabe en un mismo punto. En nuestro circuito, por ejemplo, habría 3 mallas. Se llama nudo al punto en el que se unen dos o más cables (lo que un electricista llamaría "empalme"). En nuestro caso, habría dos nudos.
Sabido esto, vamos con las leyes ya mencionadas.
Sabido esto, vamos con las leyes ya mencionadas.
Podemos imaginarnos que en cada malla hay una intensidad, y que en el tramo que hay común a dos mallas hay dos intensidades que van en direcciones contrarias. Para tener éxito usando las leyes de Kirchoff sólo necesitas tener en cuenta:
- Contar bien las mallas existentes.
- Elige un sentido de circulación adecuado para las intensidades de cada malla, y mantenlo.
- Cuando encuentres una pila, el signo de la tensión será el del polo por el que entres.
Fuente: https://angelmicelti.github.io/
Asumiendo una red eléctrica consistente en dos fuentes y tres resistencias, disponemos la siguiente resolución:
De acuerdo con la primera ley de Kirchhoff (ley de los nudos), tenemos:
I1 - I2 - I3 = 0 La segunda ley de Kirchhoff (ley de tensiones), aplicada a la malla según el circuito cerrado s1, nos hace obtener: V2 - ε1 + V1 = 0 R2*I2 - ε1 + R1*I1 = 0 La segunda ley de Kirchhoff (ley de las mallas), aplicada a la malla según el circuito cerrado s2, por su parte: V3 + ε2 + ε1 - V2= 0 R3*I3 + ε2 + ε1- R2*I2 = 0 |
Debido a lo anterior, se nos plantea un sistema de ecuaciones con las incógnitas:
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Dadas las magnitudes:
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,la solución definitiva sería:
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Se puede observar que tiene signo negativo, lo cual significa que la dirección de es inversa respecto de lo que hemos asumido en un principio (la dirección de -en rojo- definida en la imagen).
Fuente: https://www3.gobiernodecanarias.org/medusa/ecoblog/fsancac/
Teorema de Kenelly
En ocasiones puede ser muy conveniente tener recursos adicionales para calcular resistencias equivalentes.
Por ejemplo, en el circuito de la figura, la resistencia de 5 KΩ nos está planteando un problema, porque genera una asociación que no es serie ni paralelo. Si te fijas y comparas con la figura 1, la resistencia de 5 KΩ participa en dos asociaciones que se conocen como triángulo o delta. Una de estas asociaciones sería con las resistencias de 3 y 6 KΩ, y la segunda con las de 10 y 12 KΩ. El conocido como Teorema de Kennelly nos permite transformar una asociación en triángulo en otra asociación a la que se llama en estrella (figura 2), y que en este caso nos permitiría resolver el problema muy fácilmente. |
Las fórmulas para la conversión de una en otra son las siguientes:
Una regla para que te acuerdes fácilmente puede ser la siguiente:
- De triángulo a estrella, la resistencia equivalente a cada una se calcula efectuando el cociente entre el producto de las adyacentes y la suma de todas las resistencias.
- De estrella a triángulo, la resistencia equivalente se obtiene haciendo el cociente entre el sumatorio de todos los productos posibles entre resistencias y la resistencia opuesta a la calculada.
Con lo que el montaje se transforma en el siguiente:
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Y, aplicando ya las reglas de los equivalentes serie y paralelo, tendremos:
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Y, finalmente:
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Fuente: https://angelmicelti.github.io/
Diario de Aprendizaje
Haz un listado en el que aparezcan todos los aparatos eléctricos que usas a lo largo del día, así como el momento en el que lo haces.
- ¿Cuántos momentos y dispositivos te salen?
- ¿Qué cosas no podrías hacer en tu día a día si hay un apagón?
ACTIVIDADES
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Si queréis repasar como se resuelven este tipo de circuitos os dejo una pequeña selección de vídeos del Canal Curso Tutorial
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Fuente: http://pelandintecno.blogspot.com/
EXPERIMENTOS
El transformador y la inducción electromagnética |
El primer transformador eléctrico fue construido por Michael Faraday en 1831 cuando se disponía a llevar a cabo los experimentos en los que posteriormente descubriría la inducción magnética.
Un transformador es un dispositivo electromagnético que nos permite cambiar algunas propiedades de la corriente eléctrica, como aumentar o disminuir el valor de la tensión o de la intensidad en un circuito, siendo fundamentales para la actividad de distribución de la energía eléctrica. |
El transformador que hemos construido en el experimento, está compuesto por un tornillo de hierro, que forma el núcleo y que debido a las características ferromagnéticas de este material favorece la conducción del flujo magnético. La otra parte que forma nuestro transformador son las dos bobinas que hemos creado con diferente número de vueltas o espiras.
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En nuestro transformador a través de la primera bobina se hace pasar una corriente eléctrica que proviene de la pila que conectamos a ella, esta crea un campo magnético que a través del núcleo llega a la segunda bobina, donde se induce una fuerza electromotriz, generando así el paso de la corriente eléctrica también a través de esta.
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El hecho de que se modifiquen las propiedades de la corriente eléctrica que aporta la pila, es debido a la diferencia en el número de espiras que forman las dos bobinas. Por lo cual a partir de la tensión subministrada a la primera bobina, obtendremos una tensión más alta o más baja, que vendrá dado por el valor de la relación de transformación (rt):
rt = Np/Ns |
De esta manera, si en la primera bobina (Np) el número de espiras es mayor que en la segunda bobina (Ns), la relación de transformación es mayor que 1 por lo que obtendremos una tensión menor a la salida, o al contrario, si queremos obtener una tensión mayor a la salida, el número de espiras es mayor en la segunda (Ns), obteniendo así una relación de transformación inferior a 1.
Los transformadores se utilizan para adaptar las propiedades de la energía eléctrica a nuestras necesidades en cada momento. Una de las aplicaciones más importantes de estos elementos es para la actividad de distribución de la energía, ya que para poder transportarla se debe de elevar su tensión después de haber sido generada en las centrales y antes de ser envida a la red eléctrica, para evitar grandes pérdidas de energía que se podrían dar por efecto Joule, principalmente cuando las distancias son muy largas. Posteriormente, también permite reducir la tensión de la energía eléctrica en el momento en que va a ser suministrada a nuestras casas, en caso contrario nuestros aparatos eléctricos no podrían sernos útiles.
Fuente: https://blog.endesaeduca.com/