electricidad y electrónica

Unidad 1: Electricidad y electrónica

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ÍNDICE DE LA UNIDAD:Bloque I: Repaso de electricidad.

1. La corriente eléctrica2. Elementos de un circuito eléctrico.3. Magnitudes eléctricas.

3.1. Voltaje.3.2. Intensidad.3.3. Resistencia.3.4. Potencia eléctrica.

4. Ley de Ohm.5. Simbologías eléctrica.6. Circuitos eléctricos. Tipos y medición de magnitudes eléctricas.

Unidad 1: Electricidad y electrónica

1. La corriente eléctrica.Unidad 1: Electricidad Símil con un circuito hidráulico.

Circuito de c.c. Circuito de c.a.

Véase archivo “electricidad_básica_3”

1. La corriente eléctrica.Unidad 1: Electricidad Símil con un circuito hidráulico.

La corriente eléctrica se puede definir como el flujo de electrones a través de un circuito cerrado.

2. Elementos de un circuito eléctrico.

Elementos de un circuito

•Generadores: Son los elementos encargados de suministrar la energía al circuito, creandouna diferencia de potencial entre sus terminales que permite que circule la corrienteeléctrica. Los elementos que se encargan de esta función son: las pilas, baterías, dinamos yalternadores.

•Conductores: Son materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica, por lo que seutilizan como unión entre los distintos elementos del circuito. Generalmente son cablesformados por hilos de cobre trenzado y recubiertos por un aislante plástico.•Receptores: Son los componentes que reciben la energía eléctrica y la transforman en otrasformas más útiles para nosotros como: movimiento, luz, sonido o calor.Algunos receptores muy comunes son: las lámparas, motores, estufas, altavoces,electrodomésticos, máquinas, …

•Elementos de control: Estos elementos nos permiten maniobrar con el circuito conectando ydesconectando sus diferentes elementos según nuestra voluntad. Los elementos de controlmás empleados son los interruptores, pulsadores y conmutadores.

•Elementos de protección: Estos elementos tienen la misión de proteger a la instalación y sususuarios de cualquier avería que los pueda poner en peligro. Los más empleados son losfusibles, automáticos, térmicos y los interruptores diferenciales de protección.

Unidad 1: Electricidad


Pila

Fusible

Motor

BombillaInterruptor

Cable

RECEPTORES

GENERADOR

ELEMENTOS DE CONTROL

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN

CONDUCTOR



GENERADORES

Son dispositivos que originan y proporcionan la energía necesaria para que circule la corriente eléctrica en un circuito.

Pilas

Batería



Sirven para unir los elementos del circuito y les hace llegar laelectricidad.

Cables

CONDUCTORES

La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que presentan granresistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los conductores tienen cargas libres y quepueden moverse con facilidad. Los átomos de la materia están constituidos por un núcleo cargadopositivamente, alrededor del cual giran a gran velocidad cargas eléctricas negativas.En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden pasar libremente deun átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial (o tensión eléctrica) entre losextremos del conductor.



ELEMENTOS DE CONTROL

Son dispositivos que sirven para dirigir o interrumpir a voluntad el paso de la electricidad.

Interruptor Pulsador

Conmutador



ELEMENTOS DE PROTECCIÓN

Son dispositivos que detectan las subidas de tensión e interrumpen el paso de laelectricidad para evitar que los elementos del circuito de más valor o las personas que losmanejan sufran daños.

La labor del interruptor diferencial es algo más compleja, sufunción básica es la de proteger a las personas de los contactosindirectos

El interruptor magneto-térmico protege contra sobrecargas ycortocircuitos, provocando la desconexión de la fuente dealimentación cuando circula a través de él, una intensidad devalor mayor a la nominal del propio interruptor.

El principio del fusible está basado en que al ser construidomediante una aleación metálica al circular una corrienteelevada o sobreintensidad que exceda el valor predeterminadodel fusible se funde interrumpiendo el circuito protegiéndolo.



ELEMENTOS RECEPTORES

Son dispositivos a los que llega la electricidad y la transforman en otro tipo de energía

( luz, calor, sonido, movimiento,…)

Bombilla

Motor

Resistencia

Timbre


Métodos de electrización

¿En qué unidad

se mide

la carga eléctrica?

Charles Coulomb(1736 – 1806) Físico francés

3. Magnitudes eléctricas

Carga eléctrica (Q). El culombio (C).

La unidad de carga eléctrica, en el Sistema Internacional de Unidades,se denomina culombio (símbolo C). Así un culombio se correspondecon la carga de 6,24 × 1018 electrones aproximadamente.

La carga de un electrón vendrá dada por la siguiente expresión yequivale a 1.6 x 10-19 culombios.

El culombio (símbolo C) se define como la cantidad de carga que a ladistancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerzade 9x109 N.

Interacción de cargas. Cargas del mismosigno se repelen y de distinto signo seatraen.


Alessandro Volta(1745-1827) Inventor de la pila voltaica

Voltaje 3. Magnitudes eléctricas

Diferencia de potencial, tensión o voltaje (V)

La tensión, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud físicaque impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuitoeléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica. Ladiferencia de potencial también se define como el trabajo por unidadde carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada,para moverla de un lugar a otro.Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen medianteun conductor, se producirá un flujo de electrones.

Pilas ideadas por Alessandro Volta

El voltio o volt (símbolo V), es la unidad derivada del SI parael potencial eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje



Intensidad de corriente (I).

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad detiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de loselectrones en el interior del material. En el Sistema Internacional deUnidades se expresa en C·s-1 (culombios sobre segundo), unidad que sedenomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de unmovimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que seaprovecha en el electroimán.

La corriente eléctrica está definida por convenio en elsentido contrario al desplazamiento de los electrones.

André-Marie Ampère(de 1775 - † 1836), fueun matemático y físicofrancés, uno de losdescubridores delelectromagnetismo



Resistencia eléctrica (R).

Se denomina resistencia eléctrica, simbolizada habitualmente comoR, a la dificultad u oposición que presenta un cuerpo al paso de unacorriente eléctrica para circular a través de él.

En el Sistema Internacional deUnidades, su valor se expresa enohmios, que se designa con laletra griega omega mayúscula, Ω.

Georg Simon Ohm(Alemania, 1789-1854)Físico alemán. Descubridorde la ley de la electricidadque lleva su nombre



Ejemplos de cálculo de resistencias eléctricas.

1. Calcula el valor de las resistencias:

1. Calcula el valor de la resistencia de un cable:

Calcular la resistencia que ofrece, al paso de la corriente eléctrica, un alambre de aluminio, de 1 metro de longitud, con una sección transversal de 0,1 mm2.



Potencia eléctrica (W).

Se denomina potencia eléctrica al cociente entre la energía disipada porun elemento y el tiempo que este está activo y se simbolizada como W.

En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en vatios,que se designa con la letra doble uve, w. Su denominación (watio) vieneen honor del británico James Watt inventor de la máquina de vapor.

James Watt(1736-1819)

Ley de Joule

Potencia Intensidad de corriente

voltaje

Energía

Tiempo

Potencia

La energía disipada por un elemento viene dada por el efecto Joule, quedetermina que una corriente circulando por un elemento provoca uncalentamiento del mismo.



Potencia eléctrica (W).

James Prescott Joule1818 - 1889

físico inglés nacido en Salford, Manchester.

El efecto Joule fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energíacalorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente delcuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por elconductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente".Matemáticamente se expresa como

En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, lastostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente comosoldadoras, etc., en los que el efecto útil buscado es, precisamente, el calor que desprende elconductor por el paso de la corriente.Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón por la que losaparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que disminuya el calor generado yevite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos como podían ser los circuitosintegrados o las bombillas incandescentes que producen más energía calorífica que lumínica.La unidad internacional de energía y trabajo, el Julio , fue bautizada en su honor.

E = I2 × R × t

Unidad de energía en Julios


Equivalencias energéticas:1 caloría (cal) = 4,184 julios (J)1 julio (J) = 0,239 caloría (cal)1 kilowatio hora (kW.h) = 3,6 x 106 julios (J)

Voltaje 4. Ley de Ohm

Ley de OHM.



Ley de OHM.

E = I2 × R × t Unidad de energía en Julios

La Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación:

donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que:•I = Intensidad en amperios (A) •V = Diferencia de potencial en voltios (V) ó (U) •R = Resistencia en ohmios (Ω). Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando la resistencia del conductor varía con la temperatura, y la temperatura del conductor depende de la intensidad de corriente y el tiempo que esté circulando.

V = I x RV

R =I

VI =

R

video


videos\ley do ohm.wmv


Ejercicios Ley de OHM.

1. Calcular la caída de tensión entre los extremos de una resistencia de 50 Ω por la que circula una intensidad de 0,05 A. Sol. (2,5 v)

2. Calcular la intensidad que circula por un circuito de 100 Ω de resistencia conectado a una fuente de tensión de 10 v. Sol ( 0,1 A)

3. Calcular la intensidad que circula por un cable de acero de 100 m de longitud y 0,5 mm2

de sección, sabiendo que entre sus extremos se aplicó una tensión de 100 v. Datos: racero= 0,25 Ω.mm2/m sol. ( 2 A)


Voltaje 5. Simbología

Simbología de elementos eléctricos

1. GENERADORES DE TENSIÓN

Pila

Batería

Toma de corriente alterna

2. CONDUCTORES ELÉCTRICOS 3. ELEMENTOS DE CONTROL

4. RECEPTORES ELÉCTRICOS 5. ELEMENTOS DE PROTECCIÓN 6. ELEMENTOS DE MEDICIÓN

Fusible

Timbre

Zumbador

Pulsador

Conmutador


Voltaje 6. Circuitos Eléctricos

Conexión de generadores

Asociación en serie

Figura 1.

Colocar las pilas en serie supone colocar un polo en contacto con el contrario (+ con - y - con +).En esta 2ª foto las pilas parece que están en paralelo, pero si miramos el cableado interno veremos que la base de una pila (-) estáconectada con la cabeza de la otra (+).Colocándolas en serie logramos un sistema que tiene un voltaje suma de las dos, pero que también añade al circuito la suma de lasresistencias internas de las pilas.Si queremos obtener 6 V de tensión (voltaje o ddp) debemos colocar en serie 4 pilas de 1,5 V, y para tener 9 V, dos pilas de 4,5 V.

Figura 2.

No debes poner nunca una pila usada en serie con pilas nuevas, ni mezclar tipos de pilas.Si lo haces baja el rendimiento de las pilas nuevas al sumar ya desde el inicio una resistencia mayor a la que corresponde a una pila nueva. Recuerda que las pilas, al mismo tiempo que dan energía, ofrecen una resistencia al paso de la corriente, resistencia que aumenta al envejecer la pila y hace disminuir el voltaje que entregan.

VT = V1+V2+V3+…+VN



Conexión de generadores

Asociación en paralelo

Figura 3.

Colocar las pilas en paralelo supone colocar los polos iguales conectados entre sí (+ con + y - con -). Colocándolas en paralelo el sistema tiene un voltaje igual al voltaje suministrado por una de las baterías, pero

aumentamos la duración del sistema y su capacidad de corriente aumenta tantas veces como baterías conectadas tengamos.



Conexión de Resistencias Asociación en serie

RESISTENCIAS EN SERIEAl conectar en serie, colocamos una resistencia "a continuación" de la otra, en este

caso solo existe un camino que recorre todos los elementos del circuito desde un polo de la fuente al contrario, por ello la intensidad que recorre el circuito es idéntica en

todos los puntos del mismo.

Por lo tanto conociendo la intensidad que sale de la fuente conoceremos la intensidad de cada resistencia y aplicando la ley de Ohm para cada resistencia podremos obtener la caída de tensión en cada una.Para poder calcular la intensidad que sale de la fuente (IT) necesitaremos calcular la resistencia equivalente, es decir, la resistencia que introducida en el circuito en vez de R1 y R2, no modifique los valores de la intensidad. Conociendo la tensión generada por

la fuente (VT) y sabiendo que la resistencia total o equivalente RT o Re = R1 + R2 ,

aplicando la ley de Ohm IT= VT/ RT

De donde se deduce que I1 = I2 = IT y aplicando la ley de Ohm para cada resistencia

podemos calcular la caída de tensión en cada una de ellas:

V1 = I·R1 V2 = I·R2 , de donde se obtiene que:

Ve = V1 + V2Llegamos, usando la ecuación de arriba a: Ve = V1 + V2 => I·Re = I·R1 + I·R2 y, sacando factor común obtenemos: I·Re = I·(R1 + R2), que tras simplificar I, nos permite obtener:Re = R1 + R2

Es decir, la resistencia equivalente a varias resistencias en serie, es la suma de ellas.

Las resistencias podemos agruparlas de varias formas: en serie, en paralelo o derivación y

mixto.



Conexión de Resistencias Asociación en serie



Conexión de Resistencias Asociación en paralelo

RESISTENCIAS EN PARALELOAl conectar en paralelo, colocamos conectadas por sus extremos a un mismo

punto, llamado nodo (en la figura A y B), tal y como vemos en la figura:

En la figura observamos que la intensidad, I, que circula por ambas resistencias se bifurca en dos valores, I1 e I2, que dependerán de los valores de las resistencia. Por otro lado, vemos como ambas resistencias están sometidas a la misma diferencia de potencial V. Queremos calcular la resistencia equivalente, es decir, la resistencia que introducida en el circuito en vez de R1 y R2, no modifique los valores de la intensidad, de forma que la intensidad que pase por la equivalente sea la suma de , I1 e I2 . Debemos tener en cuenta que, como la equivalente sustituye a ambas, la diferencia de potencial de la equivalente, debe ser la misma que la de R1

y R2. Luego, IT = I1 + I2Para poder calcular la intensidad que sale de la fuente (IT) necesitaremos calcular la resistencia equivalente, es decir, la resistencia que introducida en el circuito en vez de R1 y R2, no modifique los valores de la intensidad. Conociendo la tensión generada por la fuente (VT)

y sabiendo que la resistencia total o equivalente 1/RT = 1/R1 + 1/R2 , de donde se

obtiene que RT = 1 / ( 1/R1 + 1/R2 ), aplicando la ley de Ohm: IT= VT/ RTSabiendo que las resistencias tienen la misma tensión y esta es igual a su vez a la generada por la fuente se deduce que VT = V1 = V2 aplicando la ley de Ohm para cada una de las resistencias individuales: V1/R1 =I1 V2/R2 =I2

Es decir, el inverso de la resistencia equivalente a varias resistencias en paralelo, es la suma de los inversos de dichas resistencias.



Conexión de Resistencias

Unidad 1: Electricidad Asociación en paralelo


Conexión de Resistencias Asociación mixta

RESISTENCIAS EN CONEXIÓN MIXTALos circuitos mixtos son aquellos que tienen tres o más receptores y en cuya

asociación concurren a la vez los dos sistemas anteriores , en serie y en paralelo.



Cálculo de la potencia eléctrica de un receptor

La potencia eléctrica de cada resistencia o receptor se calcula multiplicando la intensidad

que circula por el por la caída de tensión que provoca. W = I * V


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