conceptos electricos fundamentales · 18.- magnetismo artificial: cuando un trozo de acero es...

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FUET-EMV / Tomas Tofiño 1995 1 CONCEPTOS ELECTRICOS FUNDAMENTALES CONCEPTOS ELECTRICOS FUNDAMENTALES 1.- ELECTRICIDAD: Es el MOVIMIENTO DE ELECTRONES a lo largo de un conductor. 2.- TEORIA ATOMICA: El núcleo del átomo esta formado por PROTONES de CARGA POSITIVA (+) y por NEUTRONES eléctricamente SIN CARGA. Girando al rededor del núcleo se encuentran los ELECTRONES de carga NEGATIVA (-). Al conseguir mediante técnicas de frotamiento, magnéticas u otras, la expulsión de electrones fuera del campo de atracción del núcleo, el átomo queda descompensado en su equilibrio eléctrico; - Mayor numero de protones que de electrones convierte el átomo en un CATION o ION POSITIVO (+). - Mayor numero de electrones que de protones convierten el átomo en un ANION o ION NEGATIVO (-). Observemos que el desplazamiento de un electrón hacia otro átomo, convierte a este " átomo receptor" en un ION NEGATIVO. A partir de este momento existe un desequilibrio eléctrico entre unos y otros átomos del circuito. 3.- CURIOSIDADES ATOMICAS: El Protón pesa 1.845 veces más que el electrón que a su vez tiene un peso de 0,9 milésimo de cuatrillonésimo de gr. (0,9*10 elevado a -27 gr). El φ del electrón es de medio billonésimo de centímetro (4*10 elevado a -13 cm). Cada elemento tiene distinto numero de electrones: Hidrógeno 1, Litio 3, Oxígeno 8, Cobre 29, Uranio 92. 4.- VELOCIDAD DE LOS FENOMENOS ELECTRICOS: 300.000 km/seg (en realidad 299.796 Km/seg). 5.- CARGA ELECTRICA: Es el desequilibrio en el numero de electrones de un cuerpo. La unidad de medida es el Culombio. 6.- CULOMBIO = 63 x 10 elevado a 17 electrones.(seis trillones trescientos mil billones de electrones 6.300.000.000.000.000.000 ) 7.- LEY DE COULOMB: La fuerza con que se atraen o repelen dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. 8.- PRODUCCION DE ELECTRICIDAD: Por Frotamiento, Presión, QUÍMICA, MAGNÉTICA, Luz, Calor. Célula fotoeléctrica.

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Page 1: CONCEPTOS ELECTRICOS FUNDAMENTALES · 18.- MAGNETISMO ARTIFICIAL: Cuando un trozo de acero es "bañado" por un campo magnético, se queda ... 1- Mide la d.d.p. entre dos puntos (tensión)

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CONCEPTOS ELECTRICOS FUNDAMENTALESCONCEPTOS ELECTRICOS FUNDAMENTALES 1.- ELECTRICIDAD: Es el MOVIMIENTO DE ELECTRONES a lo largo de un conductor. 2.- TEORIA ATOMICA: El núcleo del átomo esta formado por PROTONES de CARGA POSITIVA (+) y por NEUTRONES eléctricamente SIN CARGA. Girando al rededor del núcleo se encuentran los ELECTRONES de carga NEGATIVA (-).

Al conseguir mediante técnicas de frotamiento, magnéticas u otras, la expulsión de electrones fuera del campo de atracción del núcleo, el átomo queda descompensado en su equilibrio eléctrico; - Mayor numero de protones que de electrones convierte el átomo en un CATION o ION POSITIVO (+). - Mayor numero de electrones que de protones convierten el átomo en un ANION o ION NEGATIVO (-). Observemos que el desplazamiento de un electrón hacia otro átomo, convierte a este " átomo receptor" en un ION NEGATIVO. A partir de este momento existe un desequilibrio eléctrico entre unos y otros átomos del circuito. 3.- CURIOSIDADES ATOMICAS: El Protón pesa 1.845 veces más que el electrón que a su vez tiene un peso de 0,9 milésimo de cuatrillonésimo de gr. (0,9*10 elevado a -27 gr). El φ del electrón es de medio billonésimo de centímetro (4*10 elevado a -13 cm). Cada elemento tiene distinto numero de electrones: Hidrógeno 1, Litio 3, Oxígeno 8, Cobre 29, Uranio 92. 4.- VELOCIDAD DE LOS FENOMENOS ELECTRICOS: 300.000 km/seg (en realidad 299.796 Km/seg). 5.- CARGA ELECTRICA: Es el desequilibrio en el numero de electrones de un cuerpo. La unidad de medida es el Culombio. 6.- CULOMBIO = 63 x 10 elevado a 17 electrones.(seis trillones trescientos mil billones de electrones 6.300.000.000.000.000.000 ) 7.- LEY DE COULOMB: La fuerza con que se atraen o repelen dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. 8.- PRODUCCION DE ELECTRICIDAD: Por Frotamiento, Presión, QUÍMICA, MAGNÉTICA, Luz, Calor. Célula fotoeléctrica.

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9.- SENTIDO DE LA CORRIENTE: La circulación de electrones se producirá cuando exista desequilibrio eléctrico y los átomos con exceso de electrones cederán estos a los que tengan "huecos" o falta de electrones. -Por eso la TEORÍA ELECTRÓNICA dice que el sentido de la corriente es de (-) a (+). -Por el contrario la TEORÍA ELÉCTRICA (la primera que se postulo y que por convenio se sigue utilizando generalmente, excepto para usos electrónicos) dice que el sentido de la corriente es de (+) a (-). 10.- CIRCUITO ELECTRICO MINIMO: Fuente, Conductor, Receptor. El circuito no se puede interrumpir (abrir, cortar) en ningún punto, de lo contrario los electrones no pueden circular (se rompe la cadena). 11.- CLASES DE CORRIENTE: - CONTINUA: Los electrones circulan siempre en el mismo sentido. - ALTERNA: Los electrones cambian de sentido periódicamente. - PULSATORIA: Es una corriente continua, pero no siempre con el mismo "valor”. (Tiene picos).

MAGNETISMO 12.- MAGNETISMO: Es una fuerza capaz de atraer materiales ferrosos o reaccionar con otros imanes. Existen imanes Naturales y Artificiales, Temporales y Permanentes. 13.- POLOS MAGNETICOS: Punto del imán (muy cerca de los extremos) donde se concentra el máximo nivel de magnetismo. Todo imán tiene dos polos, el NORTE que se orienta hacia el norte terrestre y el polo SUR que se orienta al revés. 14.- CAMPO MAGNETICO: Espacio entre los polos del imán en el que se manifiestan los fenómenos magnéticos. 15.- LINEAS DE FUERZA: Líneas imaginarias que conforman el campo magnético, son las portadoras de las propiedades magnéticas y saliendo del Polo Norte regresan al polo Sur por fuera del imán. 16.- INTENSIDAD DE CAMPO: Mayor o menor concentración de líneas de fuerza. A mas intensidad de campo mayor poder de atracción. Cuando no admite el material mas líneas de fuerza por unidad de superficie se dice que esta SATURADO. 17.- LEY DE REPULSION / ATRACCION. - Polos DISTINTOS se ATRAEN. - Polos IGUALES se REPELEN. 18.- MAGNETISMO ARTIFICIAL: Cuando un trozo de acero es "bañado" por un campo magnético, se queda convertido en otro imán y adquiere las mismas características que se han descrito anteriormente. Así mismo podemos crear un CAMPOMAGNÉTICO a partir de una CORRIENTE ELÉCTRICA, como veremos mas adelante.

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MAGNITUDES ELECTRICAS 19.-RESISTENCIA: Al desplazarse los electrones entre los átomos, deben de vencer las fuerzas de atracción de los núcleos (cada material con una fuerza de atracción distinta) esto provoca un entorpecimiento o resistencia a su movimiento que el electrón tiene que vencer. 20.- OHMIO: Unidad de medida de la resistencia. El patrón es una columna de mercurio de 1.063 m/m de longitud y 1 m/m² de sección que pesa 14,4521 gr a 0° C. Se representa por la letra Ω (omega). 21.- INTENSIDAD: Es la CANTIDAD de electrones que circulan por un conductor en la unidad de tiempo. 22.- AMPERIO: Unidad de medida de la intensidad. Se representa por la letra ( A ). Es la cantidad de electricidad que libera 1,118 miligramos de plata en un segundo, de una solución de sal de plata. Es decir: Culombio Amperio = seg. 23.- FUERZA ELECTRO MOTRIZ: Energía necesaria para cargar (desequilibrar) un cuerpo eléctricamente. Se mide en (V), expresándose abreviadamente como “ f.e.m. “. 24.- DIFERENCIA DE POTENCIAL: Diferencia en el nivel de carga (potencial) eléctrica entre dos cuerpos o dos puntos determinados. Se mide en (V). 25.- VOLTIO: Unidad de medida del voltaje, de la fem., de la d.d.p.. Es la tensión (d.d.p.) necesaria para hacer que pase una intensidad de 1 A por una resistencia de 1 ohm. 26.- LEY DE OHM: Interrelaciona los tres conceptos básicos de la electricidad;

V V

V = R x I R = I = I R

V: Tensión R: Resistencia I: Intensidad

27.- UNIDADES ELECTRICAS (Múltiplos y submúltiplos). RESISTENCIA TENSIÓN INTENSIDAD MΩ = 1.000.000 Ω MV = 1.000.000 V KΩ = 1.000 Ω KV = 1.000 V Ω = 1 Ω V = 1 V A = 1 A mΩ = 0,001 Ω mV = 0,001 V mA = 0,001 A µΩ = 0,000 001 Ω µV = 0,000 001 V µA = 0,000001A

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28.- APARATOS DE MEDIDA: Son los aparatos que sirven para evaluar las magnitudes eléctricas del circuito al que se conectan; (Voltios, Amperios u Ohmios). VOLTÍMETRO: 1- Mide la d.d.p. entre dos puntos (tensión). 2- Esta formado por una bobina de muchas espiras y muy finas (elevada resistencia). 3- Se conecta en PARALELO. 4- Unidad de medida: Voltio (V)

5- Respetar POLARIDAD (Rojo / +) (Negro / - ) AMPERIMETRO: 1- Mide la cantidad de corriente (intensidad). 2- Su bobina es de pocas espiras y gruesas. (baja resistencia) 3- Se conecta en SERIE. 4- Unidad de medida: Amperio. (A) 5- Respetar POLARIDAD. (Rojo/+) (Negro/-) OHMETRO: 1- Mide la resistencia del elemento al que se conecta. 2- Esta formado por un miliamperímetro y una fuente (pila).

3- Se DESCONECTA del circuito el elemento a medir y se coloca entre las puntas del ohmetro. (Ajustar a CERO el aparato antes de cada lectura si es analógico)

4- Unidad de medida: Ohmio. (Ω) 5- No requiere respeto de polaridad.

En los tres aparatos se seleccionara la escala más alta de las posibles, cuando se desconozca el valor de la magnitud a medir. 29.- POTENCIA ELECTRICA: Sabemos que al aplicar una d.d.p. (V) a un circuito, este es recorrido por una cantidad de electricidad. Por tanto se puede decir que se desarrolla un trabajo eléctrico (E), producto de (V) por la cantidad de electricidad que recorre el circuito (Q). (Recordemos que el trabajo es el producto de la fuerza aplicada a un cuerpo por la distancia que recorre) E = V x Q Julio = voltio x culombio La POTENCIA es el trabajo desarrollado en la unidad de tiempo, por tanto: E Q P = = V t t Como la cantidad de corriente que recorre un circuito en la unidad de tiempo la llamamos intensidad, podemos decir: POTENCIA es el producto de la TENSIÓN por la INTENSIDAD.

P = V . I

Así mismo, como por la ley de Ohm I = V/R , sustituyendo I ; V V² V² P = V . I = V . = por tanto P = R R R

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Si ahora (y también por la ley de Ohm) sustituimos V como I * R, nos quedara:

P = V . I = I . R . I = P = I² . R La potencia eléctrica se mide en WATIOS ( 1w = 1J/s ) 30.- UNIDADES DE POTENCIA ELECTRICA: Al igual que en el punto 27, los múltiplos y submúltiplos de la unidad base de potencia eléctrica el WATIO (W) son; MW, KW, mW y µW. La equivalencia entre la potencia mecánica (CV) y la eléctrica (W) es; 1 CV = 75 Kgm/s = 75.9,81 Jul/s = 736 W

Conversión de unidades: CV = Kw . 1,36 y Kw = CV . 0,736

RESISTENCIA ELÉCTRICA. 31.- RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR: Aumenta proporcionalmente a la longitud y disminuye al aumentar la sección. Además cada material tiene una resistencia especifica RESISTIVIDAD (rho). L= Longitud (metros)

L R = p . S = Sección (m.m²) S

p = Resistividad.

32.- RESISTIVIDAD: Resistencia especifica de cada material, viene indicada en Ω m.m²/m. (a 20° C) Aluminio - Al .......0,028 Carbón - C .......63 Cinc - Zn ............0,061 Cobre - Cu .......0,018 Estaño - Sn ...........0,12 Hierro - Fe .......0,13 Mercurio - Hg .......0,975 Nicrón - Ni/Cr ....1 33.-EFECTO JOULE: Calor que se produce en todo cuerpo atravesado por una corriente eléctrica, como consecuencia del roce de los electrones con los átomos en su desplazamiento. « La cantidad de calor desprendido en una resistencia por unidad de tiempo, es proporcional a su resistencia y al cuadrado de la intensidad que lo recorre »

Ec = R . I². t ( Ec; Julios) ó Q = 0,24 . R . I² . t ( Q ; calorias) V². t También Q = V . I . t . 0,24 ó Q = 0,24 . R

Q = Calorías ( 1Kcal = 4185 J ) y ( 1Joule = 0,239 cal ) I = Amperios V = Tensión entre bornes de la resistencia. t = Tiempo en segundos.

(Equivalente mecánico del calor: 1 Kcal = 427 Kg

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34.- CALCULO DE UN FUSIBLE: Un fusible es el elemento de protección de la instalación ante posibles aumentos peligrosos de la intensidad. Se "funden" por efecto del calor y es una aplicación del punto 33.

I = K . √ Φ³ o bien: Φ = K1. √ ³ . I² I= Intensidad a la que funde. Φ = φ conductor en mm K,K1= Constantes del material empleado.

Metal K K1

Cobre 80 0,0538 Constantes Estaño 12,8 0,1827 para Hierro 24,6 0,1182 calculo Plomo 10,8 0,2046 de Plomo / Estaño 10,3 0,2112 FUSIBLES Plata 60 0,0652 Platino 40,4 0,0849 35.- VARIACION DE RESISTENCIA CON LA TEMPERATURA: Los conductores aumentan la resistencia con la temperatura y los aislantes empeoran su capacidad aislante. Rt = Ro . (1 + α . Ùt)

Rt= Resistencia a la temperatura t° Ro= Resistencia a 20° C. α = Un coeficiente de temperatura. Ùt= (t-20)variación de temperatura de 20° C hasta t°C. Metal α Metal α

Plata 0,0038 Constantan Casi cero Cobre 0,0039 Bronce 0,0020

Aluminio 0,0037 Latón 0,0015 Cinc 0,0039 Carbón 0,0004 Hierro 0,0048 Mercurio 0,0009 Oro 0,0034 Wolframio 0,0040

Plomo 0,0037 Manganina Nulo 36.- DENSIDAD DE CORRIENTE: para evitar calentamientos excesivos no pasar de 5 A/mm² (cociente de la intensidad por sección) 37.- RESISTENCIAS EN SERIE: Llamamos montaje en serie de resistencias a conectar la salida de una de ellas con la entrada de la siguiente y así sucesivamente.

Rt = R1 + R2 + R3 R1 R2 R3

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a Rt (resistencia total) también se le denomina Resistencia EQUIVALENTE pues al sustituir las R1, R2, R3 por la Rt, el valor de la intensidad que circula por el circuito NO VARIA. Vt Vt = Tensión total aplicada(V) I = I = Intensidad (A) Rt Rt Rt = Suma de resistencias(Ω) 38.- Las TENSIONES PARCIALES del circuito en serie serán, por aplicación de la ley de Ohm:

V1 = I . R1 ; V2 = I . R2 ; V3 = I . R3

Estas tensiones parciales o CAÍDAS DE TENSIÓN (c.d.t.) se pueden presentar en una instalación de forma imprevista y por tanto indeseable, siendo una fuente importante de averías frecuentemente (Ejem: unión entre terminales sucia o floja). 39.- Las POTENCIAS PARCIALES o potencias disipadas en cada una de las resistencias tienen por valor: Pp = I² . Rp = I . Vp Pp = Potencia parcial I = Corriente (A) Rp = Resistencia (Ω) Vp = d.d.p. en Rp (V) Obviamente Pt = P1 + P2 + P3 ... Es preciso resaltar el hecho de que cortar el circuito en cualquiera de las resistencias, interrumpe el funcionamiento de las demás. 40.- RESISTENCIAS EN PARALELO: Cuando las entradas de varias resistencias están conectadas en un punto común (a) y todas las salidas lo hacen a otro también común (b), se dice que están conectadas en DERIVACION o PARALELO. La tensión se aplica entre (a) y (b) quedando todas las resistencias con la misma d.d.p.

I1 = Intensidad ramal 1 It = Intensidad total I2 = " " 2 Vb = Tensión de batería I3 = " " 3

Otra presentación de la formula para conocer la Rt de un circuito en paralelo es: R1 . R2 . R3

Rt = ( R1 . R2 ) + ( R1 . R3 ) + ( R2 . R3 )

1 Rt= 1 1 1 + + R1 R2 R3

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41.- Cálculo de la INTENSIDAD TOTAL del circuito PARALELO: V V V I1 = ; I2 = ; I3 = » It = I1 + I2 + I3 R1 R2 R3 42.- POTENCIA PARCIAL y TOTAL del circuito PARALELO: La total es: P = V . It y las parciales serán en cada resistencia

P1 = I1².R1 P2 = I2².R2 P3 = I3².P3 Como P = P1+P2+P3 vemos que el fallo de una rama no incide en el funcionamiento de las demás. 43.- LEYES DE KIRCHHOFF: Resuelven circuitos eléctricos complejos

1ª LEY - de los Nudos.

En todo circuito eléctrico, la suma de las intensidades de las corrientes que se dirigen a un nudo es igual a la

suma de las intensidades que se alejan de él. En el NUDO A tendremos... I1+I2=I3

2ª LEY - de las Mallas A lo largo de todo camino cerrado o malla en un circuito eléctrico, la suma algebraica de todas las d.d.p. es igual a cero.

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Planteamientos para la resolución: . Establecer una regla de signos que indiquen la polaridad correcta de todas las d.d.p. en cada malla. . La f.e.m. del generador se marca mediante una flecha con su punta indicando el potencial positivo. . La intensidad que parte del generador con otra flecha en el sentido convencional de la corriente y del mismo sentido que la f.e.m. . Con otra flecha la c.d.t. del receptor, pero siempre de sentido INVERSO a la intensidad que lo recorre. . Fijar provisionalmente el sentido de las intensidades (el correcto se conocerá al finalizar la resolución) . La segunda ley requiere fijar previamente y de forma arbitraria un sentido para recorrer cada una de las mallas. Las f.e.m. y las c.d.t son positivas si su sentido coincide con el marcado por nosotros en la malla y negativo en caso contrario. . Se aplica la 1ª Ley a los nudos.(saldrán ecuaciones repetidas) . Se aplica la 2ª Ley a todas las mallas para disponer de un sistema de tantas ecuaciones como incógnitas. 44.- EJEMPLO DE RESOLUCIÓN (kirchhoff): . Supongamos que I1 e I2 parten de los generadores hacia R3 (10Ω),se juntan en el Nudo A y forman I3. . R1 (0,2Ω) y R2 (0,1Ω) son las resistencias internas de los generadores V1 (12V) y V2 (11V) y por tanto las c.d.t de los generadores serán (0,2.I1) y (0,1.I2). La tensión en bornes de la lampara será 10 . I3

Ecuaciónes: (1) NUDO A I1+I2 = I3 (2) Malla M1 12-(0,2.I1)+(0,1.I2)-11 = 0 (3) Malla M2 11-(0,1.I2)-(10.I3) = 0

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Observemos al recorrer la Malla M1 que la c.d.t (0,2.I1) y los 11V del generador V2 quedan en sentido contrario a los 12V del generador V1 y la c.d.t. (0,1.I2). Así mismo en la Malla M2 la c.d.t. (o,1.I2) y la tensión en la resistencia (10.I3) son contrarios a los 11V del generador V2. Ahora resolvamos, por sustitución de los términos de (1) en (3) (3) 11-(0,1.I2) - 10.(I1+I2) = 0 simplificando: 11-(0,1.I2)-(10.I1)-(10.I2)= 0 ┌ (3) │11-(10.I1)-(10,1.I2) = 0 con la (2) formamos un sistema │ (2) │ 1- 0,2.I1 + 0,1.I2 = 0 multiplicando (2) por 101 y sumando el resultado a

│ la (3) se elimina I2. └

101 - ( 20,2. I1 ) + ( 10,1 . I2 ) = 0 11 - ( 10 . I1 ) - ( 10,1 . I2 ) = 0

_______________________________________ 112 - ( 30,2. I1 ) - 0 = 0 112 112 - 30,2 = 0 de donde I1= ──── = 3,73 A. 30 Sustituyendo el valor I1=3,73 en (2) (2) 1 - 0,2 . (3,73) + 0,1 . I2 = 0 0,1 . I2 = -(1- 0,2 . (3,73)) 0,1.I2 = -1 + (0,2 . 3,73) 0,1.I2 = 0,2 (3,73) - 1 0,2 . (3,73) - 1 - 0,254 I2 =──────────────── = ─────── = - 2,54 A 0,1 0,1 En la ecuación (1) tenemos: I1+I2 = I3 por tanto 3,73 + (-2,54) = I3 => 3,73 - 2,54 = I3 → 1,19 = I3 Que I2 sea negativa indica que la batería V2 no aporta energía a la lámpara, sino que consume 2,54 A de la batería V1. Estos 2,54 A sirven para recargar el acumulador V2.

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La tensión y potencia en bornes de R3 serán: V3 = R.I3 = 10 . 1,19 = 11,9 V P3 = V3.I3 = 11,9 . 1,19 = 14,16 W La potencia cedida por cada generador: P1 = V3.I1 = 11,9 . 3,73 A = 44,39 W P2 = V3.I2 = 11,9 . (-2,54) = -30,23 W El valor negativo de P2 confirma que este generador sbsorve 30,23 W del circuito (no aporta nada) El balance de potencias del circuito es : P1 + P2 = P3 es decir 44,39W + (-30,23W) = 14,16W

ELECTROMAGNETISMO

45.- ELECTROMAGNETISMO: Ciencia que estudia las relaciones existentes entre los campos magnéticos y las corrientes eléctricas. 46.- FLUJO MAGNETICO: Es la cantidad de lineas de fuerza (15) que salen por un polo. Se representa por Φ . (fi) Se mide en: Weber (Wb) sistema Internacional. Maxvelio (Mx) sistema c.g.s. 1 Wb = 100.000.000 Mx 47.- INDUCCION MAGNETICA: Cantidad de líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente la unidad de superficie (indica densidad o concentración de líneas de fuerza) Se representa por ß. Se mide en: Tesla (T) sistema Internacional. Gaus (Gs) sistema c.g.s. 1 T = 10.000 Gs 47.1-Existe una inducción de una Tesla cuando el flujo de un Weber atraviesa perpendicularmente una superficie de un m². 1 Wb Φ 1 T = ────── ß = ─── 1 m² S

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47.2-De otra manera podemos definir la Tesla; como la inducción de un campo magnético uniforme que actuando sobre un conductor de un metro recorrido por la corriente de un Amperio, ejerce sobre él una fuerza de un newtonio. 1 Nw F 1 T = ────── ß = ───── A.m I.l 48.- INTENSIDAD DE CAMPO: Se definió (16) como la fuerza de atracción del imán en un punto. Se representa por (H) Se mide en: A/m en conductor rectilineo Av/m en conductor circular (bobina). 48.1-CONDUCTOR RECTILINEO: La intensidad de campo se hace más grande al aumentar la intensidad de corriente y disminuye al alejarse del conductor. H= I/d H=Amp/m I=Amp d=metros Inducción en el aire (conductor rectilíneo): 2I Bo= Teslas I = Amp Bo=10ⁿ.──── n = -7 d = metros d² 48.2-CONDUCTOR CIRCULAR: El sentido de las líneas de fuerza de una parte del conductor se suma a la del otro, conformando un campo magnético más intenso en el centro de la espira. H= Intensidad de campo (A.v/m) ┌──────────┐ Amp.vueltas/metro │ N.I │H= ───── N= Nº vueltas de la bobina │ L └──────────┘ I= Intensidad (Amp) L= Longitud de la bobina (metros) Inducción en el centro de la espira para nucleo de aire: 4π .N.I Bo= Inducción magnética (T) Bo= 10ⁿ.──────── N = Nº vueltas de la bobina L I = Intensidad (A) L = Longitud bobina (m) n = -7

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Para conocer el sentido de las lineas de fuerza se aplica la regla del sacacorchos. 49.- PERMEABILIDAD: Poder que tienen los diversos materiales ferromagnéticos de multiplicar las líneas de fuerza del campo magnético. Bo = Inducción en núcleo de aire B = µr. Bo B = " " " ferromagnético µr = Poder multiplicador 50.- PERMEABILIDAD ABSOLUTA: En la practica se emplea usualmente la relación entre intensidad de campo en la bobina (H) con el nivel de inducción alcanzado al introducir el material ferromagnético en el núcleo. B La permeabilidad (µ) se mide en: µ = ─── ó B = µ.H Henrios/metro (H/m) en S.I. H La permeabilidad en el aire para una bobina es: µo = 4π .10_ en sistema S.I. (H/m) n= -7 51.- SATURACION: Como se indicó (16) es la inducción máxima de cada material. A partir de este momento un aumento de la intensidad de la corriente no va acompañado de un aumento de la inducción (cantidad de líneas por unidad de superficie). 52.- HISTERESIS MAGNETICA: (ó remanencia magnética). Al desaparecer el campo que ha magnetizado un material, éste cuerpo sigue manifestando un cierto nivel de inducción o magnetismo remanente. Para hacer desaparecer esta remanencia es necesario otro campo magnético de sentido inverso al que lo creo originariamente. Estos procesos originan perdidas en forma de calor. 53.- RELUCTANCIA: . Es la resistencia que opone un material a que se establezcan en el líneas de fuerza. . Es un concepto contrario a la permeabilidad. El aire posee una reluctancia muy elevada. Ley de Hopkinson / Ohm ; La reluctancia aumenta con la longitud y disminuye con la permeabilidad y la superficie transversal del núcleo. L R = ─── µS

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54.- FUERZA MAGNETOMOTRIZ: Capacidad de la bobina de generar líneas de fuerza en un circuito magnético. F = N.I F= Fuerza magnetomotriz en Amp.Vuelta 55.- INDUCCION ELECTROMAGNETICA: Fenómeno por el cual se crea una corriente eléctrica a través de un conductor, cuando este se desplaza dentro de un campo magnético cortando sus líneas de fuerza. La f.e.m. es mayor cuanto: . Mayor sea la velocidad relativa entre el campo y el conductor. . Mayor sea el número de espiras de la bobina. . Mayor sea el campo magnético. Para una velocidad constante (variación regular del campo) la f.e.m. inducida en una bobina de N espiras será: ┌──────────────────────┐ │ Ù Φ Ùt = Tiempo en el que varia. │ f.e.m. = N ───── ÙΦ = variación de flujo. │ Ù t └──────────────────────┘ También se puede expresar así: ┌─────────────────────┐ ß= inducción en Teslas │ f.e.m. = ß . L . v L= longitud conductor(m) └─────────────────────┘ v= velocidad perpendicular en m/sg. 56.- SENTIDO DE LA CORRIENTE: Dentro del conductor sera distinto si cortamos las líneas de fuerza del campo en un sentido determinado que si lo hacemos en el contrario. Para conocerlo el sentido de la corriente se aplica: La regla de FLEMING de la mano DERECHA para generadores. Colocando perpendicularmente entre si los dedos pulgar, índice y corazón: El pulgar indica el MOvimiento del conductor, el índice el sentido del CAmpo y el corazón el sentido de la COrriente en el conductor.

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57.- TRANSFORMADORES: Es una aplicación de la inducción magnética, consta de una bobina primaria con un numero N1 de espiras alimentadas con una corriente alterna de tensión V1,otra bobina llamada secundaria con un numero de espiras N2 y bañada por el campo magnético que genera la bobina primaria, entre ellas se cumple: V1= tensión en primario V1 N1 V2= tensión en secundario ──── = ──── = m m = relación de transformación. V2 N2 N1= Nº espiras primario N2= Nº espiras secundario. 58.- CORRIENTES DE FOUCAULT: Son corrientes parásitas que aparecen en los núcleos macizos de los electroimanes de campos magnéticos alternos. Producen elevadas temperaturas (pueden llegar a poner al rojo vivo los núcleos) y reduce el rendimiento de las maquinas donde se produce. Para atenuarlas se dividen longitudinalmente los núcleos en finas chapas magnéticas aleadas con silicio y aisladas entre si con barnices. 59.- AUTOINDUCCION: Cuando circula una corriente alterna o variable por un conductor, genera un campo magnético también variable que corta a los conductores de la propia bobina. Esto produce en ellos una f.e.m. autoinducida de sentido contrario a la causa que la origino. 60.- COEFICIENTE DE AUTOINDUCCION: Depende de la rapidez con que cambia el flujo en la bobina, la velocidad con que varia la intensidad de la corriente y del coeficiente de autoinducción de dicha bobina. Ù Φ L= Coeficiente de autoinducción en henrios (H). f.e.m.(auto)= L ────── Ù t

61.- ACUMULADORES “BATERIA” de acumuladores . 1.- IDENTIFICACION del ACUMULADOR ETIQUETA DE DATOS: 12 V - 75 A / h - 325 A Tensión nominal Intensidad máxima en descarga instantánea (Arranque)

Capacidad nominal del acumulador

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2.- CAPACIDAD de la BATERÍA - Es la cantidad de energía que puede almacenar. - Se mide en A/h - Depende del número de placas y de su tamaño (superficie total). Regla general: La capacidad es la décima parte de la superficie de las placas POSITIVAS medidas en cm². Ejemplo: 18 placas positivas de 75 cm² cada una. Capacidad total = (18 x 75 ) / 100 = 135 A / h - La CAPACIDAD NOMINAL: es la garantizada en una descarga a intensidad constante del 5 % (con el

electrolito a temperatura de 25º C ) durante 20 h. (Ver grafico) - Las variaciones sobre la capacidad nominal son en función de: . Régimen de descarga. . Temperatura y densidad del electrolito. - CURVA de DESCARGA - Temperatura 25 ºC - Régimen 5% de la capacidad - Valor final de tensión de descarga “normalizado” 1,75 Voltios 3.- COMPROBACIONES - PREVIAS: . Nivel electrolito 1 cm por encima de las placas (reponer solo con agua destilada) . Estado del monobloque, tapa y tapones. . Conexiones: estado de collarines, bornes y cables. - Estado de CARGA: % Densidad Volt. en REPOSO Volt. en DESCARGA Volt.en CARGA de 150 A 1 vaso 6 vasos 1 vaso 6 vasos 1 vaso 6 vasos 100 1,29 2,2 13,2 1,7 10,2 2,7 16,2

50 1,23 2,08 12,48 1,5 9,0 2,2 13,2

10 1,150 2,0 12,00 1,2 7,2 1,7 10,2

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Tabla completa de comprobación de estado de carga % gr/c.c Volts. Volts. Volts carga Densidad Vacío Descarga Cargando 100 1,29 2,2 1,7 2,7 90 1,27 2,18 1,68 2,6 80 1,26 2,15 1,63 2,5 70 1,24 2,1 1,6 2,45 60 1,23 2,05 1,55 2,3 50 1,21 2,0 1,5 2,2 40 1,2 1,9 1,45 2,1

30 1,18 1,8 1,38 1,95 20 1,17 1,65 1,3 1,85

10 1,15 1,5 1,2 1,7 0 1,14 1,35 1,1 1,6 4.- CARGA - LENTA : . 5 a 10 % de la Capacidad Nominal. . Tiempo en función del estado de carga ó hasta síntomas de plena carga (tensión entre bornes 2,7 V ó desprendimiento de gases ). - VARIABLE: . 20 % de la capacidad hasta 2V en reposo. . Después 5 % de la capacidad hasta el fin. - RÁPIDA: . 50 % de la capacidad durante 30 minutos (bajar en función del tiempo disponible ó subir a un máximo de 75 % a 15 minutos) - La temperatura del electrolito de 40 a 45 ºC máximo. - Rendimiento del 75 al 80 % en el proceso de carga (añadir un 25 % mas de carga) CARGA de 2 BATERÍAS: - SERIE: Suma de tensiones / Intensidad de la pequeña. - PARALELO: Tensión de una / Intensidad la suma. 5.- AVERÍAS . Consumo de agua (exceso de carga /intensidad, vaso cortocircuitado...) . Debido a descarga prolongada (o carga insuficiente) se forma en la placa un tipo de Sulfato duro , denso

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y cristalino que no se volverá a transformar por procesos electroquímicos. . La placa (o la parte de ella) seca se sulfata. 6.- CUIDADOS, MANTENIMIENTO y LIMPIEZA. . Bicarbonato ó Amoniaco + Agua para lavar corrosión del ácido. . Pintura anticorrosiva para los metales. . Cepillado de terminales. . Vaselina neutra ó grasa consistente.(sobre los terminales una vez montados y apretados) . Extractor terminales.(no desmontar haciendo palanca con destornilladores) . Orden de aflojado y apretado de collarines.(primero en quitar y ultimo en montar; negativo) . Agua destilada ( 20 - 30 cm cúbicos cada 2000 Km. ,ahora menos ) . Peligro cortocircuitos por herramientas. No dejarlas sobre la batería. . Sujeción al vehículo. Siempre fijada con su sistema de amarre. . Estado collarines (en los de plomo las puntas con “luz “) y enrrasado con el borne de la batería. . Limpieza general. CONFORMACIÓN DE LOS TERMINALES. Mediante fresa a la medida indicada. (Conicidad 3 %.)

7.- DETERMINACIÓN de la POLARIDAD. (si no existen marcas del fabricante y los terminales fuesen iguales) . Por voltímetro. . Con una patata (los 2 cables en una rodaja a pequeña distancia entre ellos) en el positivo aparece una mancha gris. . Con vaso de agua y sal, la mayor cantidad de burbujas indica el polo negativo.

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8.- CALCULO de la RESISTENCIA INTERNA - La tensión difiere de valor si realizamos la medición en vacío o en descarga. Esto es debido a la c.d.t. que se produce dentro de él como consecuencia de la resistencia interna de sus componentes al ser atravesados por la corriente que suministra al circuito. Su valor es: V = E - ( Ri - I ) E = ( Ri . I ) + V E - V = Ri . I V - E V = Tensión en VACIO Ri = E = Tensión en DESCARGA I I = Intensidad en descarga Ri = Resistencia interna En la practica, se medirá la tensión en vacío, posteriormente conectando un amperímetro en serie y el voltímetro en paralelo con la batería se provoca una determinada descarga (motor de arranque por ejemplo) los valores de V.en descarga y Amp.en descarga obtenidos se aplican en la formula.

CONTINUIDAD, CORTOCIRCUITO, AISLAMIENTO

62.- CONTINUIDAD: Comprobación de que el circuito eléctrico no está abierto ("partido"). VERIFICACIONES: a- Se comprueba con LAMPARA DE PRUEBAS (12 v - 5 ó 10w) y batería en serie con el circuito a verificar. Si luce la bombilla esta bien (hay continuidad). (Fig.-1)

b- Mediante un OHMETRO conectado en serie con el circuito a comprobar, si la lectura del aparato es distinta de infinito ( ≠ ∞) existe continuidad (Fig-2)

c- Con AMPERIMETRO y batería en serie con el circuito a verificar, si indica una lectura distinta de "cero amperios" (> 0 A) existe continuidad (está bien) (Fig - 3) 63.- CORTOCIRCUITO: Verificación de que el circuito tiene la "longitud" y por tanto el "camino" y la “resistencia “prevista por el fabricante.

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Al existir un cortocircuito la corriente busca el camino más corto para llegar a masa, "desechando" una parte del circuito que por lo tanto no es recorrida por los electrones y "no trabaja". La consecuencia de este circuito mas corto es la disminución del valor ohmico del circuito y por tanto un aumento de la intensidad (ley de Ohm), acompañado de un aumento de temperatura de los cables y una disminución del rendimiento del aparato. VERIFICACIONES: Las encaminadas a detectar un aumento de consumo o una disminución del valor ohmico. a- Mediante OHMETRO en serie con el elemento a verificar. Comprobar el valor ohmico y compararlo con el publicado por el fabricante, un valor ohmico bajo indica que existe cortocircuito.(Fig -5) b- Con AMPERIMETRO y batería de la tensión indicada por el fabricante en serie con el elemento a medir. Una intensidad por encima de la calculada por el fabricante indica que existe cortocircuito. (Fig - 3) 63.- AISLAMIENTO o Derivación: Fallo en el aislamiento del circuito eléctrico con respecto a la masa (carcasa o soporte del elemento), provocando fugas de corriente a través de él. VERIFICACIONES: Las condiciones adversas para los aislantes son el aumento de temperatura, de tensión, los altos índices de humedad, los ambientes grasientos, las vibraciones, los roces. Nosotros (por sencillez y comodidad) usaremos una tensión muy superior a la nominal de trabajo para comprobar la calidad del aislante, considerando que superada esta prueba el aislante será capaz de trabajar correctamente en todas las demás condiciones adversas que hemos descrito.

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a- Una lámpara SERIE (también llamada lámpara de aislamiento) alimentada a 220 v y con una potencia de 5 a 15w, se conectara al cable de entrada de corriente al circuito que vamos a comprobar y el otro polo de la "serie" a la carcasa o soporte del elemento ( muy importante: previamente habremos desconectado la salida a MASA del circuito que estemos comprobando si es que la tiene) (Fig - 4) En estas condiciones la lámpara SERIE no debe de lucir, si luciera indicaría un fallo del aislamiento que permitiría un camino de la corriente hacia masa. (¡No usar esta lámpara en circuitos electrónicos ¡) 64.- CAIDAS DE TENSIÓN (c.d.t.): Se producen siempre que una resistencia es atravesada por una corriente, el valor es proporcional a la resistencia y a la intensidad que la atraviesa ( R . I ), cuando aparece una resistencia de contacto en unos terminales por una mala conexión (floja, sucia., quemada, sulfatada...) se origina una cdt en ellos que hace disminuir la tensión aplicada a los aparatos consumidores colocados en esa línea, llegándose a dar el caso de que el actuador no pueda trabajar por falta de alimentación (V) c.d.t. = R . I VERIFICACIÓN: Pinchando las puntas del voltímetro en los dos terminales del conector o elemento a verificar, hacer pasar corriente activando el consumidor de esa línea y comprobar que el voltímetro no indica valor alguno o este es inferior a 0,2 V. (Interruptores, pulsadores, relés...)

65.- SEÑALES: En muchas ocasiones deberemos comprobar las características de las señales de mando o activación y de trabajo de distintos elementos. Estas señales eléctricas tienen tensiones variables en el tiempo dando lugar a distintas formas graficas si las observamos en un osciloscopio. VERIFICACIONES: Se conectaran las puntas del osciloscopio entre el punto de la instalación donde tengamos acceso a extraer la señal que nos interesa (punta positiva) y masa. (Pinza de masa) OSCILOSCOPIO: Los datos aparecen en una pantalla que indica Voltaje sobre el eje vertical y tiempos sobre el horizontal. Esta dividida en cuadriculas cuyo valor se puede modificar a voluntad actuando sobre los controles adecuados. Para su correcta utilización debemos conocer las imágenes tipo de cada elemento que necesitamos analizar y comparar las que obtengamos con ella.