Como recordarás de cursos anteriores, la electricidad es fundamental en nuestra sociedad, hasta el punto en que si nos falta lo pasamos bastante mal: no tenemos luz, no podemos ver la televisión o encender el ordenador, si tenemos una vitrocerámica no podremos cocinar, si nuestro termo es eléctrico no tendremos agua caliente, etc.
Por eso es tan importante entender cómo se produce este tipo de energía y cómo utilizarla adecuadamente, intentando reducir su consumo para que nuestra factura eléctrica no sea elevada en el coste, además de para cuidar del medio ambiente.
1.- INTRODUCCIÓN.-
Para poder entender los fenómenos eléctricos debemos conocer como está formada o constituida la materia. La materia esta formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, a su vez los átomos están constituidos por:
- electrones que se mueven alrededor de un núcleo y cuya carga es negativa.
- los protones (poseen carga positiva) y los neutrones (no poseen carga) que constituyen al núcleo.
En general, los materiales son neutros, es decir, los átomos del material contienen el mismo número de cargas positivas (protones) y negativas (electrones). Sin embargo, en ciertas ocasiones los electrones pueden moverse de un material a otro originando cuerpos con carga positivas ( de defecto de electrones) y cuerpos con carga negativa ( con exceso de electrones).
Una característica de las cargas, es:
- cargas del mismo signo se repelen
- cargas de distinto signo se atraen.
Clasificación de los materiales:
- material conductor, es aquel que permite el paso de la corriente eléctrica, como son el cobre o el aluminio.
- material aislante, no permite el paso de la corriente eléctrica, como el plástico o la madera.
2. LA CORRIENTE ELÉCTRICA.
Corriente eléctrica: es el movimiento de las cargas (electrones) dentro de un conductor.
Existen dos tipos de corriente eléctrica dependiendo de cómo se comporten los electrones dentro del conductor:
a) Corriente continua: es aquella cuyos electrones van siempre en el mismo sentido dentro del conductor. Y, además, su valor es constante en el tiempo. Es la que tienen por ejemplo las pilas, las baterías de los coches, etc.
Corriente eléctrica: es el movimiento de las cargas (electrones) dentro de un conductor.
Existen dos tipos de corriente eléctrica dependiendo de cómo se comporten los electrones dentro del conductor:
a) Corriente continua: es aquella cuyos electrones van siempre en el mismo sentido dentro del conductor. Y, además, su valor es constante en el tiempo. Es la que tienen por ejemplo las pilas, las baterías de los coches, etc.
b) Corriente alterna: en este tipo de corriente los electrones van y vienen dentro del conductor, es decir, ya no siguen un solo sentido. Además su valor ya no es constante en el tiempo y va cambiando de un instante a otro. Es la corriente que nos llega a casa desde la compañía eléctrica y que la producen grandes máquinas llamadas alternadores.
3.- CIRCUITOS ELÉCTRICOS.
Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí, por los que circula una corriente eléctrica que sigue un camino cerrado, para aprovechar la energía eléctrica.
Todo circuito eléctrico se compone, al menos, de unos elementos mínimos: generador, receptor y conductor, también suelen incorporar otros dispositivos, los elementos de control y los de protección.
- Generadores: suministran energía eléctrica al circuito. Ejemplos: pilas y baterías.
- Receptores: elementos encargados de convertir la energía eléctrica en energía útil de manera directa, como la lumínica, la mecánica. Ejemplos: bombillas, motores, resistencias, timbres,...
- Conductores: elementos que conectan los distintos elementos del circuito permitiendo el flujo de electrones. Los cables.
- Elementos de control: dispositivos usados para dirigir o interrumpir el paso de la corriente. Los más importantes son los interruptores, conmutadores y pulsadores.
- Elementos de protección: encargados de proteger al resto de los elementos del circuito. Los fusibles.
Los esquemas eléctricos son dibujos abreviados que nos permiten representar de forma clara y sencilla las conexiones existentes entre los diferentes elementos de un circuito eléctrico. En ellos podemos identificar cada elemento con su correspondiente símbolo eléctrico. A continuación se muestran los símbolos de los elementos más comunes:
Los símbolos eléctricos son dibujos que representan gráficamente los componentes de circuitos eléctricos
Ejercicios
4.- SENTIDO DE LA CORRIENTE.
Cuando se empezaron a estudiar los átomos se creía que las cargas que se movían eras las positivas, pero al avanzar los estudios se descubrió que las cargas que realmente se movían eras las negativas. Por eso, desde hace mucho tiempo se dibuja el sentido de la corriente saliendo del polo positivo de las pilas: es la que se llama sentido convencional de la corriente, porque es el aceptado por todos y el que aparece en los libros. Pero no nos debemos olvidar que el sentido real de la corriente es el que sale del polo negativo de la pila. Importante a tener en cuenta en los elementos electrónicos porque si los colocamos al revés los rompemos.
4.- SENTIDO DE LA CORRIENTE.
5.- LEY DE OHM.-
Ley que relaciona las tres magnitudes en un circuito (voltaje, resistencia, intensidad), es la ley de Ohm.
A.- TENSIÓN (voltaje).
Cuando un cuerpo está cargado negativamente y el otro está cargado positivamente, se dice que entre ellos hay una DIFERENCIA DE CARGAS, pero este concepto se conoce más como tensión eléctrica o voltaje y se mide en voltios. La tensión se representa con la letra V, al igual que su unidad, el voltio.
El movimiento de electrones por un conductor se le denomina corriente eléctrica.
B.- INTENSIDAD DE CORRIENTE
Un cable puede llevar más o menos corriente, y eso se conoce como intensidad de corriente eléctrica, es decir, la cantidad de electrones que circulan por un cable conductor en cada segundo.
Se representa por la letra I, y se mide en Amperios (A).
C.- RESISTENCIA ELÉCTRICA.
En cualquier conductor las cargas encuentran una oposición o resistencia a su movimiento. Esta resistencia depende de:
- la longitud del conductor
- de su sección
- del material del que está hecho
Se define la resistencia eléctrica de un material a la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica.
Se representa por la letra R, y se mide en Ohmios.
La estructura atómica de cada material de termina la mayor o menor facilidad con que se desplazan los electrones. Por tanto, podemos clasificar los materiales en:
Conductores.- los electrones se mueven con facilidad en su interior por lo que oponen poca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Los más importantes son los metales (plata, cobre y aluminio).
Aislantes.- los electrones no pueden circular libremente por ellos por lo que impiden el paso de la corriente eléctrica. Son buenos aislantes la madera, el vidrio, el plástico, el aire, el aceite, etc.
Semiconductores.- son materiales especiales por su estructura atómica, que dependiendo de la tensión que tengan se comportan como conductores o aislantes. Los más importantes son el silicio y el germanio, y se utilizan en electrónica.
D.- ENERGÍA
En el ámbito de la tecnología, la energía es parte fundamental, ya que todos los aparatos y sistemas requieren un aporte energético para su funcionamiento.
La energía eléctrica se puede definir como "el trabajo necesario para desplazar una carga eléctrica entre dos puntos sometidos a una diferencia de potencial".
E.- POTENCIA
Cuanta más potencia tenga un aparato eléctrico más energía eléctrica consume por unidad de tiempo.
6.- ASOCIACIÓN DE RECEPTORES.-
Los circuitos que encontramos en muchos dispositivos son muy complejos, pero todos incluyen internamente determinados tipos de conexiones básicas: serie y paralelo.
Vamos a estudiar los tipos básicos de conexión de los elementos de un circuito.
a) Circuitos simples: un circuito que consta de un sólo receptor.
Vamos a estudiar los tipos básicos de conexión de los elementos de un circuito.
a) Circuitos simples: un circuito que consta de un sólo receptor.
b) Circuito serie: conectamos varios receptores uno después de otro, tal y como se muestra en la figura.
Propiedades:
En un circuito en serie solo hay un camino para la corriente, esto significa que la misma corriente debe pasar por cada una de las resistencias del circuito.
c) Circuito paralelo: los receptores se conectan uniendo los terminales de principio y fin de los componentes entre sí, cómo puedes ver en las siguientes imágenes:
d) Circuito mixto: aquel en el que se combinan conexiones en serie y en paralelo.
No todas las lámparas van a alumbrar igual. La que está en serie será la que más alumbre, ya que por ella circula toda la intensidad. Al llegar a la bifurcación la intensidad se divide en dos, una parte para cada lámpara que está en paralelo, por lo que alumbrarán menos.
Ejercicios
1.- No son independientes: Se van a encender y apagar todos a la misma vez.
2.- Más resistencia, menos intensidad: no conectes muchos receptores en serie, porque van a funcionar mal: las lámparas alumbrarán menos, los motores girarán más despacio y los zumbadores sonarán menos.
3.- Si uno de los componentes se funde o se desconecta, el resto deja de funcionar, ya que la corriente se verá interrumpida en el punto donde se encuentra el receptor fundido o desconectado, por lo cual no podrá continuar su recorrido y cerrar el circuito.
En un circuito en serie solo hay un camino para la corriente, esto significa que la misma corriente debe pasar por cada una de las resistencias del circuito.
c) Circuito paralelo: los receptores se conectan uniendo los terminales de principio y fin de los componentes entre sí, cómo puedes ver en las siguientes imágenes:
1.- Son independientes: puedes encender y apagar cada receptor de manera independiente.
2.- Resistencia e intensidad: conectando los componentes de este modo no aumentamos la resistencia del circuito, por lo que la intensidad que circula por cada componente no varía. Inconveniente: la pila se gasta más que en un circuito en serie.
3.- Si uno de los componentes se funde o se desconecta el resto sigue funcionando, ya que la corriente encontrará caminos "alternos" para seguir su camino y así cerrar el circuito.
En un circuito en paralelo la corriente se bifurca en cada nodo (unión) no es la misma en cada resistencia, su característica más importante es el hecho de que el voltaje es el mismo en cada elemento.
d) Circuito mixto: aquel en el que se combinan conexiones en serie y en paralelo.
No todas las lámparas van a alumbrar igual. La que está en serie será la que más alumbre, ya que por ella circula toda la intensidad. Al llegar a la bifurcación la intensidad se divide en dos, una parte para cada lámpara que está en paralelo, por lo que alumbrarán menos.
e) Cortocircuito
Si en un circuito no ponemos entre los terminales de la pila o batería ningún elemento que tenga resistencia, habrá muy poca oposición al paso de corriente y los electrones fluirán muy fácilmente. La intensidad será elevadísima. Estamos en el caso de un cortocircuito.
Ejercicios asociación de resistencias
7.- COLOCACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE MEDIDA PARA MEDIR MAGNITUDES ELÉCTRICAS.
Vamos a ver cómo se coloca el amperímetro (aparato para medir la intensidad de corriente), el voltímetro (aparato para medir el voltaje) y el óhmetro (aparato para medir la resistencia).
Como ves en los ejemplos, el amperímetro se coloca siempre en serie con los elementos a medirles la intensidad de corriente. El voltímetro siempre se coloca en paralelo con el elemento al que le vamos a medir el voltaje. En el caso del amperímetro y del voltímetro, la corriente ha de estar circulando por el circuito al hacer la medida o nos dará cero.
El óhmetro se coloca siempre en paralelo con el elemento al que le vamos a medir la resistencia pero para usar este aparato no puede estar circulando corriente por el elemento. Por eso suele quitarse del circuito para medirle la resistencia o se desconecta la corriente para hacer la medida, si no queremos sacarlo del circuito ya construido.
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