ELECTRICIDAD
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| Chispa creada en un generador de Winshurt |
EL ÁTOMO Y LA CARGA ELÉCTRICA.
La materia está formada por átomos. Sabemos que el átomo esta formado por:
- El núcleo: donde hay:
- NEUTRONES: Sin carga eléctrica.
- PROTONES: Con carga positiva.
- La corteza: donde se encuentran en movimiento los electrones que tienen carga eléctrica negativa.
- De distinto signo se atraen.
- De igual signo se repelen.
- 1 Coulombio equivale 6,241509629152650×1018 electrones
¿QUE ES ELECTRICIDAD?
Por electricidad entendemos todos los fenómenos asociados a la presencia de carga eléctrica.
Así distinguiremos 2 tipos de electricidad, que se denominan:
- Electricidad estática.
- Corriente eléctrica.
Electricidad estática.
Es acumulación de carga que no se mueve (estática), se dan fenómenos de atracción o repulsión de cargas.
Si se acumula carga en gran cantidad y hay cerca un cuerpo sin carga, puede que salte un arco eléctrico, o si se tocan se produce un trasvase de carga al cuerpo descargado.
Aqui podemos ver un experimento muy fácil de realizar en casa.
Los rayos se deben a la descarga violenta de enorme cantidad de cargas eléctricas acumulada en las nubes por el roce del viento.
Los fenómenos de atracción y repulsión originan fuerzas que vienen dadas lor la ley de Coulomb.
Donde K es una constante que depende del medio en que se encuentran las cargas. Para el vacio K = 9×109 (N·m2/C2)
Se define el campo eléctrico como la zona del espacio donde se notan los efectos de una carga. El valor del campo eléctrico a una distancia r de una carga es Q:
El campo elétrico se expresa en las unidades (Newton/Coulombio) o en (Voltios x metro).
Corriente Eléctrica.
En los metales los átomos se ordenan formando una red espacial. En esta red los electrones más lejanos al núcleo (de valencia) se encuentran libres saltando de un átomo a otro y sin perderse ninguno. Así el metal está en estado neutro.
Pero si se aplica un campo eléctrico, por ejemplo conectando una pila a los extremos del objeto metálico, es muy fácil conseguir que los electrones circulen formando una corriente eléctrica.
Cuando cerramos el interruptor conseguimos que los electrones del metal vayan al polo + de la pila y del polo - de la pila se reponen electrones que siguen circulando hacia el polo +. Así la corriente eléctrica se mantiene constante.
EL CIRCUITO ELÉCTRICO
Un circuito eléctrico es el conjunto de elementos por el que circula la corriente eléctrica. Los circuitos que se fabrican son circuitos cerrados. Está formado por tipos diferentes de elementos atendiendo a su función. Los tipos de elementos son:
- Generadores.
- Receptores.
- Conductores.
- Elementos
de control.
- Elementos
de protección.
Los elementos de circuitos se representan por su simbolo esquemático. y los circuitos se representan por su esquema.
GENERADORES
Son los responsables de aportar energía a los electrones libres de los conductores para que se muevan formando la corriente eléctrica. Esta energía la obtienen transformando en su interior otro tipo de energía en energía eléctrica. Sabemos que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma de un tipo a otro.
Por ejemplo en una pila se obtiene energía de una reacción química que se da en su interior, transforman pues energía química que tienen las sustancias que hay en su interior, en energía eléctrica.
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| Reacción Química dentro de una pila. |
Un alternador de un coche o una moto transforma energía cinética (de movimiento) en energía eléctrica.
Una célula fotovoltáica transforma energía lumínica en eléctrica.
SÍMBOLOS DE GENERADORES:
La línea vertical mayor indica el polo +.
Cuando asociamos pilas se denomina una batería.
Se utiliza cuando se alimenta desde una fuente de alimentación.
Ya hablaremos más adelante de la coriente alterna.
RECEPTORES
En ellos se
transforma la energía eléctrica que transportan los electrones de la corriente
en otro tipo de energía que nos da un efecto útil, por ejemplo una bombilla
transforma energía eléctrica en energía lumínica, o sea luz.
Electrones como camiones que transportan energía.
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| Resistencia fija electrónica |
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| Resistencia calefactora de una vitrocerámica |
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| Resistencia variable, para regular el volumen de sonido por ejemplo. |
CONDUCTORES
Son los hilos, cables y pistas de circuitos electrónicos por los que circula la corriente de un elemento a otro. Se fabrican con metales, que son buenos conductores, como cobre para cables, cobre, estaño, plata y oro para pistas de circuitos electrónicos, y aluminio para las líneas de alta tensión.
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| Cables de cobre aislados. |
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| Pistas de un circuito electrónico. |
Los conductores se indican en esquemas mediante líneas. Donde hay conexiones se indican con puntos.
ELEMENTOS DE CONTROL
Abren y cierran el paso a la corriente eléctrica. Un ejemplo son los interruptores.
Los comnutadores permiten seleccionar entre dos caminos para la corriente. Se mantienen en la posición en que los dejemos.
Permiten unir dos caminos de entrada y dos de salida para la corriente en las dos formas posibles.
Los relés son interruptores o conmutadores accionados por la misma corriente eléctrica mediante un electroimán. Permiten crear automatismos. Si has oido como funciona una lavadora, oirás un "clic" característico cuando se activa el motor o la bomba de agua, eso es un relé accionándose y dejando pasar la corriente al motor.
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| Relé. Se obseva a la izquierda el electroimán y a la derecha los contactos. |
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN
Tienen la función de proteger a los circuitos y a las personas.
Son los fusibles y interruptores automáticos de los cuadros de protección (que son relés).
Los fusibles contienen un hilo de cobre que cuando por él circula más corriente de la que debe se funde y corta el paso a la corriente. Este es su símbolo.
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| Interruptor automático de un cuadro eléctrico. |
MAGNITUDES ELÉCTRICAS
Las magnitudes eléctricas son muy importantes puesto que le electricidad no se puede ver, por ejemplo en mecánica de examinar un mecanismo se sabe qué es lo que hace. Para entender como funcionan los circuitos hemos de basarnos en estas magnitudes.
Las magnitudes eléctricas fundamentales son:
- Voltaje
- Intensidad de corriente
- Resistencia
VOLTAJE V
El voltaje es la energía por unidad de carga. Como sabemos, el generador da energía a las cargas para que circulen. Cuanta más energía por unidad de carga más tendencia hay a que se establezca una corriente eléctrica.
El voltaje se mide en Voltios V.
Puedes tocar los terminales de una pila que tiene 1,5 V y no notas nada, sin embargo si tocas los terminales de una toma de corriente de enchufe que tienen 220 V te electrocutarías.
Por eso los juguetes y objetos eléctricos portátiles llevan pilas o baterías de bajo voltaje.
El voltaje también se llama TENSIÓN o DIFERENCIA DE POTENCIAL.
INTENSIDAD DE CORRIENTE I
Mide la cantida de carga que pasa por la sección de un conductor en 1 segundo.
Se mide en Amperios A. Y corresponde a 1C/1s (Coulombios/segundos).
En la imagen la sección se identifica por A. Si cada bolita es una carga de 1 coulombio, en un segundo puedes ver que pasan 4 coulombios.
Entonces la corriente es de 4 C/1s = 4 Amperios.
IMPORTANTE: SENTIDO DE LA CORRIENTE
Se define como sentido de la corriente el sentido contrario al del movimiento de los electrones. Por tanto se considera que la corriente va del polo + al polo -.
Esto puede chocarte, pero se debe a que se estableció el sentido de la corriente antes de descubrirse los electrones y que éston eran los responsables de la corriente eléctrica.
RESISTENCIA R
Es la oposición que muestran los materiales a que los atraviese la corriente eléctrica.
Se mide en Ohmios Ω (letra griega omega)
Así los materiales aislantes de la corriente presentan una resistencia altísima de miles de millones de ohmios, casi infinita; y los materiales conductores tienen una resistencia muy baja casi 0 ohmios.
LEY DE OHM
La ley de Ohm relaciona las tres magnitudes eléctricas. Si tenemos un material de resistencia R y los conectamos a un generador de V voltios, la corriente que circula se relaciona con V y R de la siguiente manera.
Si queremos averiguar I o R solo hemos de despejarlas. Así:
I = V/R
Lo que podemos leer como que la corriente que circula es tanto mayor cuanto mayor sea el voltaje aplicado y tanto menor cuanto mayor sea la resistencia eléctrica.
RESISTIVIDAD
Un conductor tiene una resistencia baja que se puede deterninar conociendo qué material es y a partir de sus dimensiones.
El conductor mostrará menos resistencia cuanto más grueso sea, y más resistencia cuanto más largo. Si a la superficie del conductor la llamamos S, esto se expresa mediante:
