UNIDAD 8:ENERGÍA Y ELECTRICIDAD. Concepto de electricidad
1. Propiedades eléctricas de la materia
2. Interacción entre cargas
3. Corriente eléctrica
4. Circuitos eléctricos
5. Magnitudes de la corriente eléctrica
6. Circuitos eléctricos con resistencias en serie y en paralelo
7. Transformaciones energéticas en un circuito
8. La electricidad en casa
Al frotar un bolígrafo
con lana, los e‐ pasan
de la lana (+) al boli (‐).
Las cargas del mismo signo se repelen
Las cargas de signo contrario se atraen
Las cargas eléctricas pueden moverse a través
de las sustancias llamadas CONDUCTORES
Los cuerpos que no dejan moverse a las cargas
eléctricas se llaman AISLANTES
2. Interacción entre cargas
Electroscopio: instrumento que permite detectar las cargas eléctricas y su signo
Electrómetro: medidor de cargas eléctricas
LEY DE COULOMB
dqQKF 2
·=
Las cargas de signo contrario se atraen
Las cargas del mismo signo se repelen
F: fuerza en newton (N)Q y q: cargas en culombios (C)D: distancia entre las cargas en metros (m)K: constante que depende del medioK vacío =9·109 N·m2/C2
Unidad de carga eléctrica: culombio (C) ; 1μC = 10-6 C
Fuerza de atracción o de repulsión entrecargas
Q+ Q-
EJERCICIOS CON CARGAS ELÉCTRICAS1. Determina la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1 = + 1 x 10‐6 C.
y q2 = + 2,5 x 10‐6 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5 cm.
2. Determina la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1 = ‐1,25 x 10‐9 C
y q2 = +2 x 10‐5 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 10 cm.
La fuerza resultante es de REPULSIÓN
La fuerza resultante es de ATRACCIÓN
A.‐ Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, (baja resistencia).
B.‐ Electrones fluyendo por un mal conductor eléctrico (alta resistencia)
Es el movimiento de cargas eléctricas por un conductor
3. Corriente eléctrica
TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICACONTINUA: las cargas se mueven siempreen el mismo sentido
ALTERNA: las cargas cambian de sentido50 veces en un segundo.
Generador de continua
4. Circuitos eléctricos
generador
Cableconductor
receptor
interruptor
Símbolos de los elementos eléctricos
Conexiones de los elementos de un circuito
Rt = R1+ R2 +R31/RP = 1/R1+ 1/R2 +1/R3
Intensidad de corriente: es la carga eléctrica que pasa enla unidad de tiempo por un punto de un circuito.
unidad de medida: amperio (A) I = Q/taparato de medida. amperímetro
Tensión o diferencia de potencial: energía necesaria para que 1 culombio circule entre dos puntos de un circuito. unidad de medida: voltio (V) aparato de medida: voltímetro
Resistencia eléctrica:Es la dificultad que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica.
unidad de medida: ohmio (Ω)
R = ρ · L/S
5. Magnitudes de la corriente eléctrica
ρ: resistividad ( Ω. m)L: longitud cable (m)S: sección cable (m 2)
EJERCICIOS: Cálculo de resistencias
• La resistividad del aluminio es 27´2.10‐9 Ω ∙m.
a) Calcular la resistencia eléctrica de un alambre de aluminio de 1 Km de longitud y 2 mm2 de sección.
b) b) Si la resistividad del cobre es 16´8.10‐9 Ω ∙m calcular la resistencia eléctrica de un alambre de cobre de las mismas dimensiones.
SOLUCIÓN
a) R = 27´2.10‐9 Ω ∙m. 1.000 m/ 2∙10‐6 m2 = 13,6 Ω
b) R = 16,8.10‐9 Ω ∙m. 1.000 m/ 2∙10‐6 m2 = 8,4 Ω
R = ρ · L/S
RESISTENCIAS
LA LEY DE OHM
I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V)R = Resistencia en ohmios (Ω).
Calcula la intensidad que circula por el circuito
Rt = 1000 Ω + 2000 Ω + 1000 Ω = 4000 Ω
I = V/R = 9 V/4000 Ω = 0,0025 A( 2,5 m A)
mAIAVI 5,22;0225,04009
Re
4005
2000Re
;2000
2121000
12000
11000
1Re1
====
Ω==
++=++=
mAIAVI
Rt
6,3;0036,02500
9Re
25002000500
5002
1000Re
;1000
21000
11000
1Re1
====
Ω=Ω+Ω=
Ω==
=+=
EJERCICIOa) Calcula la intensidad que circula por cada una de las resistenciasb) ¿Cuál es la diferencia de potencial de la R3?c) ¿Cuál es la diferencia de potencial de las resistencias en paralelo?
EJERCICIOa) Calcula la intensidad que circula por cada una de las resistenciasb) ¿Cuál es la diferencia de potencial de la R3?c) ¿Cuál es la diferencia de potencial de las resistencias en paralelo?
AVI
Rt
a
3,015
5,4Re
15105
52
10Re
;102
101
101
Re1)
===
Ω=Ω+Ω=
Ω==
=+=A CB
AI
AIa
VVVV
VVc
VVb
BCABT
BC
AB
15,010
5,1
15,010
5,1)
5,4
33,0·10)
5,13,0·5)
2
1
==
==
=+=
==
==
Transformaciones energéticas en un circuito
Energía (E) E = q ∙ V Unidad de medida: julio (J)Recuerda:
q = I ∙ t E = I ∙ t ∙ I ∙ R = I2 ∙ R ∙ tV = I ∙ R
Si la energía consumida se transforma en calor, la unidad de medida es la CALORÍA
1 J = 0, 24 calorías
1 cal = 4,18 J
E (calorías) = I2 ∙ R ∙ t∙ 0,24 (ley de Joule)
POTENCIA (P) Unidad de medida el vatio (w)kw = 1000 w
P = E/t Otra unidad de energía kw · h
ECUACIONES PARA RECORDAR
V = I ∙ R
I = Q / t
E = V ∙ Q
P = E / t
EJERCICIOS
1. Calcular el valor de la resistencia del filamento de una bombilla de 40 W a 220 V.
P=E/t = V·Q/t = V·I = V·V/R = V2 ·R
R = V2 /P = (220 V) 2/40 W = 1.210 Ω
2. Una bombilla tiene la siguiente inscripción: 40 W, 220 V. Calcular la potencia que disipará cuando se la conecte a 125 V, suponiendo que la resistencia no varíe con la temperatura.
R = V2 /P ; V 12 /P1 = V 22 /P2
P2 = V 22 ·P1/ V 12
P2 = (220)2 ·40W/ (125V)2 = 123,9 W
LA ELECTRICIDAD EN CASA
• La electricidad llega a nuestra
casa mediante un cable llamado
acometida, conectado al contador,
que mide el consumo.
• Del contador sale un cable
que llega al cuadro eléctrico,
situado en la entrada de la casa.
• En el cuadro está el interruptor
general automático, que corta la
corriente cuando llega una
intensidad demasiado alta, o bien
si se produce un cortocircuito.
Esto sucede, por ejemplo, si se
quema un cable de un electrodoméstico.
• En el cuadro hay un importante elemento de seguridad, el diferencial. Si, por accidente, tocamos un cable pelado, el diferencial corta la corriente antes de que suframos daños. A partir del diferencial se bifurcan varios cables que alimentan las distintas zonas de la casa.
• ¿Qué es un fusible?Un fusible es un dispositivo con un filamento o lámina
de un metal (o aleación) de bajo punto de fusión que se
intercala en un punto determinado de una instalación
eléctrica para que se funda, por efecto del calor, cuando
la intensidad supere un exceso de carga con el consiguiente
riesgo de incendio o destrucción de otros elementos eléctricos.
• ¿Qué es un diferencial?Un diferencial es un dispositivo electromecánico que se coloca en las
instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos de los aparatos.
• ¿Qué es un interruptor automático?Un interruptor automático es un aparato capaz de interrumpir o abrir un
circuito cuando la intensidad de la corriente excede de un determinado valor.
A diferencia de los fusibles, que deben ser reemplazados tras un único uso, el disyuntor puede ser rearmado una vez localizado y reparado el daño que causó el disparo o desactivación automática.