Transcript presentación base electricidad

Electricidad y
electrónica
INTRODUCCIÓN
• El término electricidad
procede
del
griego
elektrón, que significa
ámbar (el ámbar es una
resina fósil de color
amarillo que se emplea
desde la antigüedad para
fabricar collares y objetos
ornamentales).
• El filósofo y matemático
Tales de Mileto (siglos VII
y VI a.C.) observó que,
cuado frotaba ámbar con
seda lana o piel y lo
acercaba a materiales
ligeros como plumas,
éstos eran atraídos por
una fuerza desconocida.
Otros fenómenos naturales, como los
rayos y los relámpagos, que se
producen durante las tormentas, o el
fuego de Santelmo, que es una
luminosidad que aparece alrededor de
los mástiles de los barcos o de los
campanarios, están relacionados con la
electricidad y son conocidos desde la
antigüedad. Igualmente se conocen las
descargas eléctricas que algunos
peces, como las anguilas, producen
para aturdir a sus presas o como medio
de defensa.
Benjamín Franklin descubre que las
nubes que lanzaban rayos estaban
cargados de electricidad e invento el
pararrayos.
Pero hasta finales del siglo XVIII no se
empezaron a tener conocimientos
científicos sobre la electricidad: Galvani
descubrió casualmente, mientras hacía
la disección de una rana, que la
corriente eléctrica provocaba la
contracción muscular de las patas del
animal.
• A principios del siglo XIX
Volta construyo el primer
generador eléctrico (la
pila) y desde entonces, la
electricidad
se
ha
desarrollado rápidamente
gracias a los trabajos de
científicos
como
Coulomb, Oersted, Ohm,
Tesla, Faraday, Ampere,
Edison, Bell, etc y se ha
convertido en la principal
fuente de energía del
mundo desarrollado.
P
Pila de Volta
p
George Simon Ohm
• Actualmente la electricidad se encuentra
en todos los ámbitos y la energía
eléctrica es un elemento imprescindible
para el funcionamiento de la sociedad
actual
debido
a
sus
múltiples
aplicaciones: las máquinas en las
industrias,
los
ascensores,
los
electrodomésticos en las viviendas, los
aparatos de los hospitales, los
ordenadores, las telecomunicaciones, la
iluminación de viviendas, calles y
lugares públicos, el funcionamiento de
motores y bombas que impulsan el
agua, etc.
•
La corriente eléctrica se genera en
centrales hidroeléctricas, térmicas,
nucleares, eólicas, geotérmica, etc. y
se transporta hasta los lugares de
consumo (ciudades, fabricas, etc)
gracias a la red eléctrica. También se
puede obtener corriente eléctrica a partir
de pilas, baterías y placas solares.
DEFINICIÓN DE ELECTRICIDAD
• La electricidad es un
fenómeno físico cuyo
origen son las cargas
eléctricas y cuya
energía se manifiesta
en fenómenos
mecánicos,
luminosos, térmicos y
químicos entre otros.
COMPORTAMIENTO ELÉCTRICO DE LA
MATERIA
•
La materia está constituida por pequeñas partículas
denominadas ÁTOMOS, que a su vez están formados por:
• PROTONES
• NEUTRONES
• ELECTRONES
Los protones son partículas con
carga positiva, los neutrones no
tienen carga y los electrones, que
giran alrededor del núcleo
describiendo órbitas, tienen carga
negativa.
Cuando un átomo tiene el mismo
número de protones que de
electrones se encuentra en estado
neutro, siendo éste su estado
natural.
Electricidad estática
Si
bolígrafo
cargado
a un trocito
de papel, losde
Enacercamos
ocasiones,unsin
embargo
se produce
un movimiento
electrones
extremo
mas
próximos al
son
electrones,del
que
pasandeldepapel
unos
materiales
a bolígrafo
otros. Por
repelidos
al frotar
lado contrario,
concontra
lo que un
dicho
extremo
queda
ejemplo, al
un bolígrafo
trapo,
los electrones
cargado
positivamente.
son arrancados
de este ultimo y pasan al bolígrafo, que, de
Esta
es la razón
por
la que el
bolígrafo atrae el papel.
esta forma,
queda
cargado
negativamente.
Dos cuerpos con el mismo tipo de
carga se repelen, mientras que se
atraen cuando tienen diferente
tipo de carga
Podemos definir lo que es la
carga eléctrica:
La carga eléctrica es la
propiedad que poseen los
cuerpos responsables de los
fenómenos eléctricos.
Y está determinada por la
diferencia entre el número de
electrones y el numero de
protones.
•
Si el átomo gana o pierde
electrones se le denomina ION,
distinguiéndose dos tipos de
iones:
•
ANION: átomo que gana e- y
por tanto está cargado
negativamente.
CATION: átomo que pierde ey por tanto está cargado
positivamente.
•
•
La carga eléctrica de un ión se
determina por la diferencia entre
el nº de protones y de electrones.
(Un átomo neutro tiene carga
cero)
•
Se comprobó que 2 partículas
con carga de igual signo se
repelen, mientras que 2 partículas
con carga de distinto signo se
atraen, siendo esta atracción o
repulsión mayor cuanto más
próximas estén.
MATERIALES CONDUCTORES Y
AISLANTES
De aquí se deduce que los
electrones próximos al núcleo son
más atraídos por él que los más
alejados. A su vez, estos últimos son
repelidos por los electrones de las
capas más internas, pudiendo
trasladarse de átomo en átomo a lo
largo de un cuerpo.
• Si en un elemento los electrones
situados en la órbita más externa
(electrones de valencia) pueden
moverse libremente de un átomo a
otro se dice que es buen
CONDUCTOR de la electricidad (Ej.
metales).
• Si los e- tienden a permanecer en
sus órbitas, son malos conductores
de la electricidad y se denominan
AISLANTES (Ej. plástico, madera,
porcelana...)
LA CORRIENTE ELÉCTRICA: TIPOS
La corriente eléctrica es el desplazamiento continuo y ordenado de e- a lo
largo de un conductor.
• Corriente continua (CC/ DC):
Los electrones se mueven
siempre en el mismo sentido,
del polo – al polo + que los
atrae. La energía necesaria
para que se muevan es
generada por pilas y baterías
(transforman energía química
en eléctrica) , por células
fotovoltaicas (transforman luz
en electricidad), dinamos
(transforma movimiento en
electricidad).
Los voltajes que proporcionan
son constantes en el tiempo y
pequeños: 1,5V; 4,5 V; 9 V….
Se utiliza en linternas, CD
portátiles, móviles, cámaras
fotográficas y de vídeo,
ordenadores ….
LA CORRIENTE ELÉCTRICA: TIPOS
• Corriente alterna (CA/
AC): Los electrones
cambian continuamente
su sentido de movimiento
y su valor de voltaje no
se mantiene constante en
el tiempo. La ca más
usada es la senoidal y en
las viviendas los valores
característicos son 230V
de tensión y 50 Hz de
frecuencia.
LA CORRIENTE ELÉCTRICA: TIPOS
•
La ca se genera mediante
alternadores en las centrales
eléctricas aunque también se
puede obtener a partir de
grupos electrógenos. Es la que
se utiliza en las viviendas e
industrias ya que presenta una
ventaja frente a la corriente
continua y es que su valor de
tensión se puede aumentar o
reducir mediante el uso de
transformadores, permitiendo
así transportar la energía
eléctrica a tensiones muy altas
a lo largo de cientos de
kilómetros sin que se pierda
parte de ella debido al
calentamiento de los cables.
4.-El circuito eléctrico
Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos
conectados entre sí por los que circula una
corriente eléctrica.
Elementos de un circuito eléctrico :
Imprescindibles
(generador, conductores,
receptores)
Complementario
(elementos de maniobra
y protección)
Para que los electrones atraviesen un circuito, este debe estar
cerrado, es decir los electrones han de llegar de un polo a otro del
generador, atravesando todos los elementos del circuito sin ser
interrumpidos.
MAGNITUDES ELÉCTRICAS
• Son 3 las magnitudes
eléctricas básicas:
• Intensidad de
corriente
• Tensión o voltaje
• Resistencia eléctrica
Ejemplo de circuito
Circuito eléctrico constituido por:
Generador de electricidad (pila)
Conductor (cables)
Receptores (bombilla y motor)
Elemento de maniobra
(interruptor)
)
MAGNITUDES ELÉCTRICAS:
INTENSIDAD DE CORRIENTE
Es el nº de electrones
expresado en
culombios que circula
por un conductor en
un segundo.
Q
I
t
I : intensidad de corriente
(Amperios)
Q: carga que circula por un
conductor (Culombios)
t: tiempo (segundos)
El instrumento usado para medir
intensidades es el AMPERÍMETRO.
Cabe resaltar que el Amperio es una
unidad tan grande que a menudo se
utilizan submúltiplos:
El miliamperio ( 1 mA = 10-3 A)
El microamperio ( 1μA = 10-6 A)
El nanoamperio (1nA = 10-9 A)
MAGNITUDES ELÉCTRICAS: TENSIÓN O
VOLTAJE
•
•
•
Indica la diferencia de energía entre dos puntos de un circuito. La carga
siempre circula desde los puntos de energía más alta hasta los puntos en
los que es más baja. El voltaje es producido por el generador y se define
como la energía que éste proporciona a cada unidad de carga que pone en
movimiento.
Se mide en voltios ( V ).
El instrumento que me permite medir tensiones eléctricas es el
VOLTÍMETRO.
MAGNITUDES ELÉCTRICAS:
RESISTENCIA ELÉCTRICA
Es la oposición que ofrece un
material al paso de la corriente
eléctrica.
La resistencia de un conductor
depende de:
•
Tipo de material.
•
Longitud del conductor (a
mayor longitud mayor
resistencia)
•
Sección del conductor ( a
mayor sección, menor
resistencia)
•
Temperatura
R: resistencia eléctrica (ohmios)
ρ : resistividad (Ω mm2/m)
l : longitud del conductor (m)
s: sección del conductor (mm2)
La resistividad (ρ) es característica
de cada material.
Magnitudes: ley de Ohm
Intensidad: La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad
de electrones que pasa por un punto determinado del circuito
en un segundo (el caudal de electrones en ese punto). Una
intensidad de 1 A significa que en un segundo pasa un
culombio de carga.
Tensión o voltaje: Indica la diferencia de energía entre dos
puntos de un circuito. El voltaje es producido por el generador y
se define como la energía que este proporciona a cada unidad
de carga que pone en movimiento.
Resistencia: Indica la oposición que ejerce los elementos del
circuito al paso de la corriente.. Los materiales conductores
tienen poca resistencia, y los aislantes, tanta que no permiten el
paso de los electrones.
Esquema de magnitudes eléctricas
MAGNITUDES
SÍMBOLO
UNIDAD
RESISTENCIA
R
OHMIOS (Ω)
INTENSIDAD
I
AMPERIOS (A)
TENSIÓN O VOLTAJE
V
VOLTIOS (V)
MAGNITUDES ELÉCTRICAS:
RESISTENCIA ELÉCTRICA
LEY DE OHM
Las tres magnitudes
están relacionadas entre
sí mediante la Ley de
Ohm, que establece que
la intensidad de corriente
que recorre un circuito es
directamente
proporcional a la tensión
aplicada e inversamente
proporcional a la
resistencia.
V
I=
R
I= Intensidad de corriente (A)
V= Tensión o voltaje (V)
R= Resistencia eléctrica (Ω)
Ejemplo
¿Cual seria la intensidad de la corriente que circula por un
circuito si el voltaje de la pila es de 4,5 V y la resistencia de la
bombilla es de 17,5  ?
V=Rx I
→ 4,5 V= 17,5  x I
I = 4,5 V ∕ 17,5  = 0,2 A
Circuitos serie y paralelo
Los circuitos en serie son aquellos que disponen de dos o más operadores
conectados seguidos, es decir, en el mismo cable o conductor. Dicho de otra
forma, en este tipo de circuitos, para pasar de un punto a otro ( del polo – al
polo
+), la corriente eléctrica se ve en la necesidad de atravesar todos los
§
operadores
§
Disponen de dos o más
operadores seguidos, en el
mismo cable. Para pasar de un
punto a otro la corriente
eléctrica debe atravesar todos
los operadores
En los circuitos en serie podemos observar los siguientes efectos :
Si vamos conectando mas receptores (bombillas, motores....) estos
funcionarán con menos energía..
Cuando por cualquier causa uno de ellos deja de funcionar ( por
avería, desconexión. Etc,,) los elementos restantes también dejaran
de funcionar, es decir cada uno de ellos se comporta como si fuera un
interruptor
Los circuitos en paralelo disponen de dos o más operadores conectados
en distintos cables. En ellos, para pasar de un punto a otro del circuito la
corriente eléctrica dispone de varios caminos alternativos, por lo que ésta
sólo atravesará aquellos operadores que se encuentren en su recorrido.
En los circuitos conectados en paralelo podemos observar:
Los operadores funcionan con la misma luminosa.
·
La desconexión o avería de un operador no influye en el funcionamiento
del resto.
MAGNITUDES ELÉCTRICAS: POTENCIA
Y ENERGÍA ELÉCTRICA
POTENCIA ELÉCTRICA
•
•
•
•
Se define potencia como la capacidad
de producir un trabajo.
En electricidad la potencia eléctrica de
un receptor determina la capacidad de
ese receptor para transformar la
energía eléctrica en otro tipo de
energía.
La potencia eléctrica también
representa la energía consumida
por unidad de tiempo.
La unidad de medida en el SI es
el vatio (W).
ENERGÍA ELÉCTRICA
La energía eléctrica es el producto de
la potencia por el tiempo:
E=P.t
•
•
Dado que el Julio es una unidad
muy pequeña se suele usar como
unidad de energía en la práctica el
kilovatio. hora (kW.h)
El instrumento que sirve para
medir la energía eléctrica es el
contador eléctrico, aparato del
que todos disponemos en nuestra
vivienda, y que a través de un
mecanismo interno va mostrando
el consumo de energía eléctrica
en kW.h.
ENERGÍA ELÉCTRICA
TRANSFORMACÓN DE LA ENERGÍA
EN UN CIRCUITO. EFECTO JOULE
E

Q

R
.I2.
t
El EFECTO JOULE es el fenómeno
por el cual la energía eléctrica se
transforma en calor cuando la
corriente atraviesa un conductor.
Este efecto se produce en todos
los aparatos eléctricos (ya que al
estar encendidos se calientan)
pero existen algunos
especialmente diseñados para
transforma la energía eléctrica en
calor (estufa, plancha, horno,
termo de agua…) y que van
provistos de una resistencia
apropiada para tal fin. A la hora de
calcular el calor disipado
usaremos la fórmula de la energía
en función de la resistencia:
•
La unidad de energía en el
sistema internacional es el Julio
pero cuando se habla de calor
disipado se suele expresar en
calorías.
•
Para pasar de julios a calorías se
multiplica por 0,24 con lo cual la
expresión anterior podemos
transformarla para que dé el
resultado directamente en
calorías:
•
Q = 0,24. R . I2 . t