texto básico unidad iii, física general
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Breve texto de Física GeneralTRANSCRIPT
Texto BásicoUnidad III
MATERIALES ELÉCTRICOS
12/12/2015
El presente documento es tomado del Material básico del curso de electricidad del intecna, sin embargo es muy didáctico y cumple con los propósitos del presente curso.
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Contenidos
Presentación Introducción Objetivos1. Importancia de la Electricidad .............................................................................................. 1
1.1.Antecedentes ............................................................................................................. 11.2.Pero... ¿Qué es la Electricidad? ................................................................................ 11.3.Teoría atómica ........................................................................................................... 2
1.3.1. Estructura de la Materia ................................................................................ 21.3.2. El átomo ........................................................................................................ 31.3.3. Leyes de las cargas eléctricas ....................................................................... 4
Actividades de aprendizaje ......................................................................................................... 51.4 Cuándo se produce la electricidad? ............................................................................... 6
1.4.1. Orbitas Electrónicas ......................................................................................... 61.4.2. Capa exterior de Valencia ................................................................................ 7
2. Materiales utilizados en la electrotecnia .............................................................................. 72.1.Materiales Conductores ............................................................................................. 82.2.Materiales Resistivos ................................................................................................. 92.3.Materiales Aislantes ................................................................................................... 9
Actividades de Aprendizaje ........................................................................................................ 103. Magnitudes Fundamentales de la Electrotecnia ................................................................. 11
3.1.Intensidad de Corriente Eléctrica ( I ) ......................................................................... 11 3.1.1. Concepto, símbolo y unidad .......................................................................... 11 3.1.2. Efectos de la corriente eléctrica .................................................................... 12
3.2.Tensión Eléctrica o Voltaje Eléctrico .......................................................................... 143.2.1. Concepto, símbolo y unidad........................................................................ 143.2.2. Tipos de Tensiones eléctricas .................................................................... 153.2.3. Sentido técnico de la corriente ................................................................... 163.2.4. Conexión de fuentes de tensión ................................................................. 16
Actividades de Aprendizaje ......................................................................................................... 183.3.Resistencia y Conductancia Eléctrica ......................................................................... 19
4. Múltiplos y Submúltiplos usados en las cantidades eléctricas ............................................. 194.1. Múltiplos ........................................................................................................................ 204.2. Submúltiplos ................................................................................................................. 20
Actividades de Aprendizaje ......................................................................................................... 225. Ley de OHM .......................................................................................................................... 23
5.1. Circuito Eléctrico Simple ................................................................................................ 235.2. Ecuaciones de la ley de Ohm ........................................................................................ 245.3. Ejemplos ........................................................................................................................ 25
Actividades de Aprendizaje ......................................................................................................... 26Autoevaluación ............................................................................................................................ 27Respuestas a la Autoevaluación ................................................................................................. 29Evaluación Final .......................................................................................................................... 30Glosario ....................................................................................................................................... 32Bibliografía ................................................................................................................................... 33
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INTRODUCCIÓN
Estimado alumno (a) la electricidad es una de las principales formas de Energía
usadas en el mundo actual. Sin ella no existiría la iluminación, la comunicación por
radio y televisión, el servicio telefónico y las personas tendrían que prescindir de
aparatos eléctricos. Es un hecho que en la actualidad la electricidad se usa en
todos los campos y en todas partes
OBJETIVOS
Durante el estudio de esta unidad “ Parámetros Eléctricos y Ley de OHM” desarrollaras las habilidades y destrezas para:
1.- Describir la forma o principios de la generación de Electricidad, destacando la importancia que tiene esta en el desarrollo de nuestras actividades cotidianas.
2.- Definir las magnitudes eléctricas que estudia la Electrotecnia, diferenciando cada una de ellas mediante simbología y unidad de medida.
3.- Aplicar la Ley de OHM en el análisis del comportamiento de los parámetros eléctricos, en un determinado circuito eléctrico.
1.- Importancia de la Electricidad
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1.1 Antecedentes.
Para comenzar esta unidad conoceremos alguna información general sobre la electricidad. Es importantes que conozcas que aunque solo en los tiempos modernos la electricidad empezó a ser muy útil e imprescindible, los griegos ya la habían descubierto desde hace mas de 2000 años.
¿Cómo paso esto?
Observaron que un material que nosotros conocemos como ámbar, se cargaba con una fuerza misteriosa, después de ser frotado con ciertos materiales.
Alrededor del año 1600 William Gilbert clasificaba los materiales, de acuerdo al comportamiento del ámbar, en materiales eléctricos y no eléctricos. Más tarde el francés Charles Dufar, observo que al frotar un trozo de vidrio este se cargaba de energía y atraía algunos objetos cargados y repelía a otros también cargados y concluyo que existían dos tipos de carga.
Comprobemos, como algunos materiales frotados con otros objetos atraen algunas partículas:
Observa en la figura 1 con una varilla de plástico frotada con un trapo o con una prenda de vestir atrae objetos pequeños, por ejemplo recortes de papel. Por que no haces la prueba?
Algo semejante ocurre cuando te peinas, el peine se carga de energía y se comportará igual que la varilla de plástico o la varilla de ámbar de los griegos.
1.2. Pero ... ¿Qué es la Electricidad?
En la Época de Benjamín Franklin, los hombres de Ciencia consideraban que la electricidad era un fluido que podía tener cargas positivas y negativas;
Actualmente la Ciencia considera que la electricidad es un fenómeno que se produce por partícula muy pequeñas llamadas electrones y protones, en donde los electrones son los responsables del flujo o transferencia de la energía Eléctrica.
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En la mitad del siglo XVIII , Benjamín Franklin llamó a estos dos tipos de energía Positiva y Negativa
Estas partículas son demasiado pequeñas, para verlas pero existen en todos los materiales.
1.3. Teoría Atómica.
1.3.1. Estructura de la Materia
¿ Qué es la Materia?.
La materia es todo aquello que tiene peso y ocupa un espacio, es todo lo que se puede ver, sentir o usar.
La materia puede encontrarse en forma de un sólido, un líquido o un gas, ejemplo de esto tenemos la roca, la madera y el metal son formas de materia en estado sólido. El agua, el alcohol o bien la gasolina son formas de materia en estado líquido. El oxigeno, el hidrógeno y el dióxido de carbono son formas de materia en estado gaseoso. En la figura 2 se presenta el agua en sus tres formas.
Toda materia esta constituida por elementos básicos. El Oxigeno, el hidrógeno, el aluminio, el cobre, plata, oro y mercurio son algunos elementos básicos. En la actualidad se conocen más de 100 elementos, algunos de ellos se encuentran en la naturaleza pero otros son obtenidos artificialmente.
La materia puede estar formada por la combinación de un solo tipo de elementos llamados “Cuerpo simple” Por ejemplo el oxigeno que respiramos es una materia gaseosa simple.
También hay materia formada por la combinación de dos o más elementos llamados “Compuestos” Ejemplo de esto tenemos:
El agua es un compuesto formada por los elementos: Hidrógeno y Oxigeno La Sal Común (de mesa) compuesto formada por los elementos: sodio y
cloro.
Los compuestos y cuerpos simple están formados por moléculas.
Una molécula de agua está formada por dos átomos de Hidrógeno y un átomo de Oxigeno. Ver figura 3.
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1.3.2. El Átomo
¿Qué es el átomo?
Es la partícula más pequeña a la que se puede reducir un elemento y que conserva las propiedades de ese elemento.
Observa en la figura 4 si una gota de agua se reduce a su tamaño mínimo, se producirá una molécula de agua. Pero si la molécula se redujera a un más, aparecerán átomos de hidrógeno y oxigeno.
En el átomo se encuentra partículas más pequeñas llamadas partículas subatómicas.
Un átomo esta formado de tres tipos de partículas subatómicas, que son de interés en nuestro estudio de la Electricidad: Protones, Neutrones y Electrones.
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Sabía que átomo es una palabra de origen griego que significa “invisible”
La molécula es la partícula más pequeña a la que se puede reducirse un compuesto o cuerpo simple, antes de que se descomponga en sus elementos.
Los Protones y neutrones se localizan en el centro llamado núcleo del átomo y los electrones giran en orbitas alrededor del núcleo describiendo trayectorias circulares o elípticas, semejante al movimiento de los planetas alrededor del sol. La figura 5 ilustra la ubicación de estas partículas.
El protón tiene carga eléctrica positiva, el electrón tiene carga negativa y el neutrón es eléctricamente neutro.
1.3.3. Ley de las Cargas Eléctricas
La ley de las cargas eléctricas dice: Partículas que tienen cargas del mismo tipo se repelan y partículas que tienen cargas diferentes, se atraen.
Utilizaremos el signo de suma (+) para indicar la carga “positiva” de una partícula y el signo de resta (-) para indicar la carga “negativa” de una partícula o elemento.Así tenemos:
Un Protón (+) repele a otro protón (+)
Un Electrón (-) repele a otro Electrón (-)
Un Protón (+) atrae a un electrón (-)
Normalmente, un átomo contiene el mismo número de electrones y protones de manera que las cargas son iguales y opuestas y hacen que el átomo sea eléctricamente neutro.
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ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
El siguiente cuestionario te ayudará para comprobar como has asimilado los conocimientos. Si no te sientes fortalecido te sugerimos dar una nueva lectura al texto poniendo todo tu empeño.
1. La sal, ¿es un elemento o un compuesto? ¿ El Oxigeno?, ¿ El agua?.
2. ¿Qué partículas participan en el flujo o transferencia de la energía Eléctrica?.
3. ¿Cuáles son las partículas que se encuentran en el núcleo de un átomo?¿Cuales se encuentran alrededor del núcleo?.
4. Eléctricamente como están cargadas las partículas que forman el átomo.
5. Si un Electrón se aproxima a un protón ¿repelería o atraería el protón al electrón?
6. ¿Cuál es la polaridad de la carga de un objeto que tienen menos electrones que protones?
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1.4. ¿Cuándo se produce la Electricidad?
Según se ha visto las partículas que tienen participación activa en la transferencia de la energía eléctrica son los electrones debido a su movimiento circular alrededor del núcleo. Pues bien la electricidad se produce cuando los electrones salen de sus átomos.
Para entender los distintos métodos usados para lograrlo se necesita saber algo más de la naturaleza de las diferentes “orbitas eléctricas” que rodean el núcleo de un átomo.
1.4.1.Orbitas Electrónicas.
Los electrones giran en sus orbitas a gran velocidad alrededor del núcleo del átomo. Pero la fuerza de atracción positiva que ejercen los protones que se encuentran en el núcleo impide que el electrón escape. Ver figura 7.
Sin embargo cuando se aplica suficiente fuerza externa pueden “Librarse” los electrones y producir la electricidad. Ver figura 8.
Las trayectorias orbitales comúnmente se llaman orbitas o capas electrónicas y al número de electrones que contiene cada capa se denomina “Estructura atómica”. En la figura 9 se muestra la estructura atómica del carbono, el cobre y el hidrógeno.
Los átomos de todos los elementos pueden tener hasta 7 capas electrónicas.
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1.4.2. Capa Exterior de Valencia.
La orbita electrónica (capa) más exterior en la estructura atómica de un elemento se denomina “Capa de Valencia” y como regla de la estructura atómica “La capa exterior de un átomo no debe tener más de 8 electrones”. Los electrones ubicados en esta capa se les llaman electrones de valencia. Ver figura 10.
Los métodos que se utilizan para aplicar energía o fuerza a los electrones de valencia se pueden agrupar en seis grandes categorías.
1. Electricidad Producida por Fricción.2. Electricidad Producida por Reacciones Químicas3. Electricidad Producida por Presión4. Electricidad Producida por Calor5. Electricidad Producida por Luz6. Electricidad Producida por Magnetismo
2. Materiales en Electrotecnia
Los materiales en electrotecnia se clasifican de acuerdo al grado o facilidad en que pueden liberar sus electrones de valencia.
Los operarios, técnicos y especialistas trabajan con diferentes materiales. Cada material es elegido de acuerdo a aplicaciones específicas. Para ello es necesario que se conozcan las propiedades de los materiales.
En electrotecnia se utilizan los materiales que se reflejan en el cuadro. Para fines prácticos de esta unidad autoformativa se estudiarán solo 3: Conductores, Resistivos y Aislantes.
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2.1. Materiales Conductores:
Los materiales cuyos electrones se liberan fácilmente se llaman conductores. Los átomos de los materiales conductores tienen sólo 1 o 2 electrones en la capa de valencia, y toda la energía aplicada la adsorben para liberarse. Estos materiales no ofrecen resistencia al inicio del flujo de electrones. Ver figura 11.
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Materialesen
Electrotecnia
Conductores Resistivo Aislante De Unión Magnético
Los materiales que solo tienen un electrón de valencia son los mejores conductores eléctricos y se utilizan para transferir la energía eléctrica a los aparatos y máquinas eléctricas
EjemploCobre, aluminio Plata, oro, Metales nobles, Mercurio.
EjemploResisten-cia para caldeo, resisten- cias de películasResisten-cias Bobinados
EjemploOrgánicos: papel algodón, lino seda, goma aceite, aire, plástico de Celulosa. Inorgánicos: Mica, asbesto,Porcelana.Vidrio, cuarzo.
EjemploSoldaduras. Pegamentos.
EjemploMateriales de. hierro dulce y hierro duro
2.2. Materiales Resistivos.
Bien, son materiales conductores, pero sus electrones no se liberan tan fácilmente de sus capas de valencia, ellos ofrecen mayor resistencia al flujo de los electrones. Por ejemplo el conductor para caldeo es un material que se utiliza para transformar energía eléctrica en calor. Para ello debe dificultarse la circulación de electrones a fin de que cedan parte de su energía a los núcleos atómicos para causar mayores vibraciones entre los electrones que produzcan calentamiento. De aquí se deduce que la resistencia eléctrica de esos tipos de materiales debe ser grande. Algunos materiales resistivos se muestran en la figura 13.
2.3. Materiales Aislantes
Son materiales que no dejan que sus electrones se liberen. Los átomos de los aisladores tienen capas de valencia que están llenas con 8 electrones o bien llenas a más de la mitad. Cualquier energía que se le aplique se distribuirá entre un número relativamente grande de electrones y no podrán librarse.
Los materiales aislantes son utilizados para:
Evitar el contacto de las diferentes partes conductoras entre sí (aislamiento entre sí)
Proteger a las personas frente a tensiones eléctricas (aislamiento protector).
Observa la figura 14 muestra la utilidad de los materiales aislantes.
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ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
Contesta el siguiente cuestionario para que puedas comprobar cuanto has asimilado, trata de contestar sin ayuda de la cartilla.
1. ¿Qué es una capa de valencia?, ¿Qué es un electrón de valencia?.
2. ¿Cuál es el número máximo de electrones de valencia que puede tener un átomo?
3. ¿Cómo se produce la Electricidad?, ¿Mencione los métodos que se usan para producirlas?
4. ¿Qué materiales se utilizan en la Electrotecnia?.
5. En que se diferencian los materiales conductores de los aislantes?.
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3. Magnitudes Fundamentales de la Electrotécnica
Debes de saber que la Electrotecnia, es una ciencia y se encarga del estudio de todos los fenómenos eléctricos, artificiales, estudia y recopila los conceptos, leyes y peligros que entrañan la electricidad, para hacerla útil al hombre.
Como toda ciencia, la Electrotecnia tiene magnitudes eléctricas, en esta unidad autoformativa estudiaremos fundamentalmente tres:
Intensidad de corriente Eléctrica. Tensión Eléctrica. Resistencia Eléctrica
3.1. Intensidad de Corriente Eléctrica ( I )
3.1.1. Concepto, Símbolo y unidad.
Como vimos anteriormente la electricidad se produce cuando los electrones salen de sus orbitas de valencia y cuando estos describen un movimiento ordenado en un solo sentido, se llama corriente eléctrica. Ver figura 15.
Puesto que el número de electrones que se mueven es sumamente grande se usa una unidad llamada Coulomb para indicar el numero de electrones que están en movimiento.
Pero no sólo es importante saber sí circula corriente y en que sentido lo hace. Si no cuan intenso es el movimiento de las cargas. Para determinar la intensidad del movimiento se necesita saber que cantidad de electrones fluye por un punto dado de un alambre en un tiempo de un segundo.
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Observa que se mencionó fenómenos eléctricos, artificiales, o sea los creados por el hombre, quiere decir que existen fenómenos eléctricos naturales, sabes cuál es? Escríbalo: ____________
La corriente eléctrica se produce, cuando en un conductor hay muchos electrones libres que se mueven en una misma dirección.
La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de electrones que circula por segundo a través de una sección del conductor. Observa la figura 16.
Un amperio es una
corriente eléctrica de un Coulomb que atraviesa un punto determinado de un conductor en un segundo.
La intensidad de corriente se mide en Ampere o Amperios en honor al Físico Francés André – Marie Ampere.
Intensidad de Corriente Eléctrica.
Símbolo : I
Unidad : Ampere o Amperios ( A ).
Ejemplo de cantidades de Intensidad Eléctrica en aparatos eléctricos.
Bombilla de 100 watts a 120V aproximado 0.83A Plancha Eléctrica 440W a 120V aproximado 3.67A Tranvía aproximado 50A Rayo aproximado 100000 A
3.1.2. Efectos de la Corriente Eléctrica
Se pueden distinguir los siguientes efectos:
* Efecto Calorífico * Efectos químicos
* Efecto Luminoso * Efectos Fisiológico
* Efecto Magnético
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Cada uno de estos efectos encuentran una gran diversidad de aplicaciones técnicas, a continuación se detallan brevemente: Efectos Calorífico: En algunos aparatos se utiliza el efecto calorífico de la
corriente eléctrica cuando circula por determinados materiales y provoca un calentamiento en éste.
Ejemplo: Plancha, hornos eléctricos, soldadores, tostadores.
Efecto Luminoso: Cuando la intensidad de la corriente en un hilo metálico es suficientemente grande aparece junto al efecto calorífico un efecto luminoso, este efecto se utiliza en las bombillas. Ejemplos figura 18.
Efecto Magnético: Todo conductor recorrido por una corriente crea a su alrededor un campo magnético. Este efecto puede aumentarse enrollando los conductores (Bobinas) creando así un electroimán. A este efecto se le llama Electromagnetismo.
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Efectos Químico: Cuando una corriente eléctrica circula por un líquido en el que hay sales disueltas. (electrolito) lo descompone. La electroquímica se encarga de usar corriente eléctrica para alterar los procesos químicos normales.
Efecto Fisiológico: Este efecto se presenta cuando circula corriente a través del cuerpo humano o de animales, dando lugar a convulsiones de la musculatura. Pero aparte del efecto perjudicial, la corriente eléctrica puede tener un efecto curativo si se dosifica adecuadamente. En la medicina se trabaja con intensidades de corriente de algunos microamperios
3.2. Tensión Eléctrica o Voltaje Eléctrico
3.2.1. Conceptos,Símbolo y UnidadTodo circuito eléctrico se compone de tres elementos esenciales:
- La fuente de tensión- los alambres conductores y- el receptor o consumidor.
La fuente de tensión es la responsable de que por circuito inicie a circular por los alambres un flujo de corriente eléctrica y pueda llegar la energía al elemento consumidor.
Por lo tanto podemos decir que la tensión eléctrica es:
El voltaje se puede generar por un proceso Electro-químico como en el caso de una batería de acumuladores o por medio de una fuerza mecánica como en el caso de un dinamo o generador.
El voltaje es una fuerza potencial que puede existir aunque no circule ninguna corriente por un Circuito.
El voltaje o tensión eléctrica aparece siempre que hay dos puntos en los cuales existe una diferencia de cantidad de electrones. O sea un punto tiene mayor cantidades de electrones (polo negativo) y otro menor cantidad de electrones (polo positivo).
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La fuerza que origina el flujo de los electrones a través de un alambre conductor.
Cuanto mayor sea la diferencia en la cantidad de electrones tanto mayor será el voltaje entre los dos puntos de una fuente de tensión, en otras palabras cuanto más electrones falten en el lado positivo y más electrones sobren en el lado negativo mayor será el voltaje de la Batería.
Tensión Eléctrica Símbolo : U o E Unidad : Voltios (V).
Ejemplo de Valores de Tensiones Eléctricas
Corazón humano aproximadamente 0.001VBatería de Plomo aproximadamente 12VRed de Baja tensión aproximadamente 120V, 220, 380. 440V
Tensiones menores a 1000V.Tubo de Televisión en color aproximadamente 25,000VRed de alta tensión 7600V, 13200V, 24900, 110000V . 3.2.2. Tipos de tensión Eléctrica
Para satisfacer las diferentes necesidades de la técnica se han desarrollado las correspondientes fuentes de tensión (fuentes de energía). Según su estructura una fuente puede proporcionar una tensión continua o tensión alterna.
Tensión Continua:Llamada también tensión directa, tiene un valor que siempre permanece cons-tante desde que la fuente se conecta hasta que se desconecta. La polaridad de la fuente de tensión no varía. En el osciloscopio de la figura 21 muestra el comportamiento de la tensión directa.
Ejemplo: Una fuente de tensión continua es una batería o acumulador.
Una fuente de tensión continua se simboliza así
Tensión Alterna: Varía constantemente su polaridad y con ella el sentido de la tensión, esta variación depende de la frecuencia de generación. La tensión que las Centrales Eléctricas suministran a nuestras casas
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es una tensión alterna. El comportamiento que desarrolla una tensión alterna: es el de una onda sinusoidal y su comportamiento se muestra en la figura 22.
Una fuente de tensión alterna se simboliza así:
3.2.3. Sentido técnico de la corriente eléctrica
Las fuentes de tensión son las responsables de producir la intensidad de corriente eléctrica. Toda fuente de tensión tiene una polarización que determina la dirección en la que habrá de fluir la corriente en un circuito y el valor de esta fuente de tensión determina la magnitud de la corriente.
En algunos consumidores los efectos de la corriente eléctrica no depende de su sentido por lo que para las leyes Físicas y en el estudio de la electrotecnia la dirección o sentido de la corriente esta normalizado y se conoce como EL SENTIDO TÉCNICO DE LA CORRIENTE. Observa la figura 23.
3.2.4- Conexión de Fuentes
de Tensión
Probablemente, usted a comprado baterías para lámpara de mano, radio portátil o para cámara fotográficas y han observado que las baterías son de 1.5V (6V, 9V, 12V para mencionar los valores de voltajes en que se fabrican). Pero probablemente nunca ha visto una batería de 3V, esto obedece a que los fabricantes no les es factible una producción masiva de baterías, con voltajes necesarios para cada tipo de aparato. En lugar de ello fabrican tamaños estándares de Baterías que se pueden combinar para dar la mayor parte de las tensiones necesarias. Las baterías o fuentes de tensión pueden conectarse en:
Serie. paralelo.
Fuentes de Tensión en Serie
Conectando las Baterías en serie se logra conseguir tensiones mayores a la tensión queda una sola. (figura 24)
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El sentido técnico de la corriente en el exterior de la fuente de tensión va del polo positivo (P O + ) pasa por el consumidor y llega al polo negativo (N O - ).
Dos baterías están conectadas en serie cuando la terminal (Polo) positivo de la primera se conecta a la terminal (Polo) negativa de la segunda. El consumidor se conecta entre la terminal negativa de la primera y la terminal positiva de la segunda, observa la figura 25.
Ejemplo:
U Total = U1 + U2 + U3 + U4 U Total = 1.5V + 1.5V + 1.5 V + 1.5V U Total = 6 V.
Ahora Responde: Para un radio de 9V. Cuántas Baterías de 1.5V conectarías en serie?
Fuentes de tensión en Paralelo
Dos o más fuentes están conectadas en paralelo cuando sus terminales de la misma polaridad se unen o sea positiva (+) con positiva (+) y negativa (-) con negativas (- ) y luego al consumidor. Observa como en la figura 27, se unen la misma polaridad en las fuentes de tensión.
Ejemplo:
En la práctica de conexión de Baterías en paralelo se deberá de tener en cuenta las dos siguientes reglas:
a). De ser posible solo se conectarán batería en paralelo a un solo consumidor.
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La tensión total de una conexión de fuentes en serie es la suma de las tensiones de las fuentes individuales.
b). Cuando se conecten baterías en paralelo estas deben coincidir en su valor de voltaje, su resistencia interna y la edad de la batería.
Esto se hace para que ambas trabajen de igual forma de manera que ninguna se esfuerce más que la otra.
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
Conteste el siguiente cuestionario y confirma cuanto has avanzado en el estudio de esta unidad.
1. ¿Qué estudia la Electrotecnia ? Menciona las magnitudes que estudia.
2. ¿Qué es la intensidad de corriente eléctrica, cual es su símbolo y cual su unidad de medida.
3. ¿Qué aplicaciones técnicas tiene la intensidad de corriente eléctrica?.
4. Qué es la tensión eléctrica, Cuál es su símbolo y cuál es su unidad de medida?
5. Indique cual es la diferencia entre tensión continúa y tensión alterna.
6. Indique en que se diferencian la conexión de fuentes de tensión en serie y la conexión de fuentes de tensión en paralelo.
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3.3. Resistencia y Conductancia Eléctrica.
El término resistencia indica el grado de dificultad que un material ofrece al flujo de la corriente. Cuanto más alta sea la resistencia menor cantidad de corriente fluirá.
De la misma manera cuanta más baja se esta mayor será la cantidad de corriente que permitirá pasar por el.
Existe otro término para indicar que tan bueno es un material conductor o aislador y es la conductancia eléctrica. La conductancia de un material indica el grado de facilidad que un material ofrece al flujo de la corriente. La conductancia es lo opuesto a la Resistencia, y Viceversa.
La Resistencia se simboliza por R y su unidad es Ohmio ().
La conductancia se simboliza por una G y su unidad es el Siemens o mho ( )
Materiales BuenosConductores
Se caracterizan por tener:
Materiales BuenosAisladores
Se caracterizan por tener:a) R. muy baja
b) G. muy alta
a) R. muy alta
b) G muy baja
Resistencia ConductanciaSímbolo :R, Símbolo : G
Unidad : Ohmios ( ) Unidad : Siemens (S), mho ( )
Ejemplo: Si un material presenta una resistencia de 10 , entonces en términos de conducción este mismo material presenta 0.10 como pudimos llegar a ese valor?. Muy fácil, solo tiene que sacar el inverso de 10 , así :
4. Múltiplos y Submúltiplos usados en las cantidades de Electrotecnia
Los múltiplos y Submúltiplos son cantidades que se utilizan en electrotecnia para abreviar cantidades eléctricas que son muy grandes o muy pequeñas.
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4.1. Múltiplos.
Los múltiplos utilizados en electricidad son cantidades mayores a la unidad, se expresan por medio de números exponenciales cuya base es el diez y sus exponentes van de 3 en 3.
Los múltiplos son: Kilo, Mega, Giga y Tera.
Múltiplo(Símbolos)
PotenciaBase 10
Equivalencia
Kilo ( K )Mega ( M )Giga ( G )Tera (T )
103
106
109
1012
10001,000.0001,000.000.000 1,000,000.000.000
Observa como en cada múltiplo el exponente es mayor que el anterior en 3 unidades, kilo = 103 , Mega = 10,6 Giga = 109 ; Tera = 1012 .
Los múltiplos son usados para abreviar cantidades grandes, Ejemplo:
R = 1000(Una resistencia de 1000) se puede escribirR = 1K y se lee un kilo ohmios
La cantidad de 110,000V se puede escribir como: 110Kv y se lee 110 Kilo voltios; la letra K significa que los 110V se multiplican 1000 veces por que K = 1000.
La cantidad 1000,000 de resistencia se puede escribir como 1M y se lee un mega ohmios, la letra M significa que el uno se multiplica un millón de veces..
4.2. Submúltiplos
Los submúltiplos son cantidades menores a 1, base 10 y exponentes negativos que también van aumentando de 3 en 3.
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Ya ves como las cantidades grandes se pueden expresar por medio de los múltiplos y no se altera.
Los submúltiplos son: mili, micro, nano y pico.
Submultiplo Potencia enBase 10
Equivalencia
mili ( m)Micro ( )Nano ( n )pico ( p )
10-3
10-6
10-9
10-12
0.0010.0000010.0000000010.000000000001
Como puedes observar son cantidades bien pequeñas es por eso que sirven para acompañar a aquellas cantidades que también lo son, como por ejemplo:
I=0.005A esta es una cantidad pequeña de corriente se puede abreviar como I=5mA que se lee 5 mili Amperios o sea 5 milésima de amperios .
R =10m este valor indica un valor pequeño de resistencia de 10 milésima de ohmios y se lee 10 miliohmios.
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ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
Ahora te proponemos que resuelvas estos ejercicios. Hazlo con entusiasmo tratando de no consultar la unidad estudiada. Si no te sientes fortalecido te recomendamos que vuelvas a estudiarlo. Del éxito de esto y de todas las actividades de aprendizaje depende el éxito del módulo de la carrera que elegiste.
I Conteste:
¿Qué indican el término resistencia Eléctrica?.
¿Cuál es el símbolo de la Resistencia y su unidad de medida?.
II. Exprese las siguientes cantidades eléctricas usando los múltiplos.
Recuerda la cantidad no debe ser alterada.
U = 22000VR = 3000 U = 7200VR = 1500
III. Expresa las cantidades siguientes mediante los submúltiplos
a) U = 0.220V c) = 0.1 = b). I = 0.008A d) I = 0.000007A =.
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5. La Ley de OHM.
5.1. Circuitos Eléctricos simple.
Como antes mencionamos todo circuito eléctrico tiene 3 partes principales o básicos: una fuente de energía, los alambres conductores y uno o más receptores consumidores.
La fuente de tensión que produce el flujo de corriente en el circuito cerrado se indica en la figura con la letra U, el receptor es la parte que utiliza la corriente es representado como una resistencia (R) y la cantidad de corriente que fluye en el circuito se indica por medio de la letra I (Vea la figura 29.)
DiDiagrama esquemático de un circuito simple.
De la figura sabemos entonces que en circuito eléctrico hay tres partes básicas:
U : Tensión que se mide en voltios.R : La resistencia o receptor que se mide en ohmios.I : La corriente que pasa por los conductores y consume la carga
y se mide en amperes.
Pero ¿cómo están relacionados entre sí el voltaje, la resistencia y la corriente en un circuito eléctrico?,
Veamos el ejemplo de un foco de luz:
Observa la figura 30 en el esquema (a) tenemos al Foco alimentado con una fuente de tensión y el foco ilumina, en (b) tenemos el circuito alimentado con dos fuentes en serie el cual aumenta el voltaje total del circuito por lo tanto ilumina más el foco, por que aumenta la corriente en el circuito.
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(a)
(b)
Concluimos que en un circuito eléctrico cuando aumenta la tensión eléctrica aumenta la corriente y cuando disminuye la tensión disminuye también la
corriente.
Veamos que pasa cuando aumenta la carga o resistencia en un circuito. Como vimos anteriormente la resistencia puede usarse para limitar la corriente en un circuito.
Cuando se coloca un resistor en serie al circuito aumentará, la resistencia o carga total (RT) y esta RT rebajará la corriente y notaremos una iluminación baja en el foco.
Un resistor limita la corriente en un circuito.
En la figura 32 se adiciona al circuito del foco, una resistencia de 10 la corriente en el será mayor que en el circuito de la figura 33 que se conecta una resistencia de 20 .
Al incrementar la resistencia en serie en un circuito disminuye la corriente.
En conclusión cuando aumenta el voltaje o tensión en un circuito aumenta la corriente, pero si aumenta la resistencia disminuye la corriente A esta misma conclusión llegó hace tiempo el señor Georg Simón Ohm Físico Alemán, y formuló la ley que ahora lleva su nombre.
5.2. Ecuaciones de la Ley de Ohm.
La ley de Ohm es el conjunto de reglas que nos dan todas las relaciones que existen entre el voltaje, la resistencia y la corriente en un circuito eléctrico.
Dividiendo el voltaje de un circuito entre la resistencia obtenemos corriente:
Voltios ÷ Ohmios = Amperios.
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La resistencia de un circuito multiplicada por la corriente del mismo nos da voltaje o tensión:
Ohmios . Amperios = Voltios.
Dividiendo el voltaje entre la corriente obtenemos la resistencia. Voltios ÷ Amperios = Ohmios5.3. Ejemplo:
1) Qué valor de corriente circula por el circuito de la figura 34.Solución: Corriente se obtiene dividiendo el voltaje del circuito entre la resistencia.
U ÷ R = I32 ÷ 4 = I
8A = IRespuesta: Circulará una I = 8A.
2) Que valor tiene la R del circuito de la figura 35 si se conecta a una fuente de 48 V y fluye una corriente de 3A.
Solución: Resistencia se consigue dividiendo tensión entre corriente.
U ÷ I = R48 V ÷ 3A = R
6 = R Así :
3) Cuánto vale la fuente de tensión del siguiente circuito en la figura 36.
Solución: La tensión es igual a la multiplicación de la Resistencia por la corriente.
R * I = U12 * 3A = U36V = UTenemos una fuente de 36V.
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Respuesta = 6
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
Ahora que ya finalizamos el estudio de la temática debes realizar la siguiente actividad de aprendizaje, lo que te va a permitir afianzar tus conocimientos.
1. Indique el voltaje en cada circuito eléctrico.
2. En cual de los circuitos es correcto la corriente que fluye (marque con una X ).
a ____________________
b ____________________
c ____________________
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AUTO EVALUACIÓN
Te ofrecemos ahora la oportunidad de autoevaluarse, contesta para medir los avances logrados en el estudio de esta unidad.
I. Contesta:
¿Cuáles son las partículas que se encuentran en el núcleo de un átomo. ¿Cuáles se encuentran alrededor y que tipo de cargas tienen?.
¿Qué es una capa de valencia? ¿Cuántos electrones como máximo puede contener la capa de valencia.
¿Cuáles son las magnitudes fundamentales que estudia la Electrotecnia?. ¿Cuál es su símbolo y cual su unidad de medida?
¿Qué relación existe entre tensión eléctrica y corriente eléctrica?
¿Cuándo se usa la conexión de dos o más fuentes de tensión en serie?
II. Escribe sobre la línea la tensión total que resulta de las siguientes conexiones:
a) __________________
b) __________________
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III. De las siguientes afirmaciones conteste si son verdaderas ó falsas, escribe en la línea V si son verdaderas y F si son falsas.
1. La importancia de la electricidad radica en la utilidad que tiene en todos los campos de nuestra vida _______
2. La materia es todo aquello que se puede ver, sentir o usar. _______
3. La electricidad solo se puede producir por luz _______
4. Los materiales aislantes dejan que sus electrones se liberen fácilmente __________
5. La resistencia eléctrica es la inversa a la conductancia ____________
IV. Indique el valor de la magnitud eléctrica que falte en cada circuito eléctrico.
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RESPUESTAS A LA AUTOEVALUACIÓN
1. Los átomos están formados por 3 partículas subatómicas que son los neutrones, protones y electrones. Los neutrones y protones se encuentran en el centro del átomo llamado núcleo y los electrones se deslizan por sus movimientos orbitas o trayectorias circulares, alrededor del núcleo. Los neutrones poseen carga eléctricamente neutra, los protones carga eléctrica positiva y los electrones negativo.
2. Es la orbita o capa exterior que tienen un átomo en su estructura atómica, y como regla ésta última capa no debe de poseer, más de 8 electrones.
3. Intensidad de corriente eléctrica se simboliza por I y se mide en Amperios.Tensión o voltajes eléctrico se simboliza por U o E y se mide en voltios.Resistencia eléctrica se simboliza por R y se mide en ohmios.
4. La misma relación entre causa y efecto, ya que sin tensión no puede existir la intensidad eléctrica, o sea el voltaje es la causa y el efecto es la intensidad.
5. Cuando se desea una tensión mayor a la producida por una sola fuente de tensión, pero esta deben conectarse de tal forma que la polaridad positiva de la primera se conecta a la negativa de la segunda y la tensión total se obtendrá del polo negativo de la primera al polo positivo de la segunda fuente de tensión.
II a) UT = 3V b) UT = 22,5V
III 1. V ; 2. V ; 3. F ; 4. F ; 5. V
IV a) R = 60 ; b) U = 6.8 V
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EVALUACIÓN FINAL
Alumno(a):
La evaluación final de esta Unidad autoformativa, consiste en realizar los siguientes ejercicios, de tal manera que adquieras habilidades y destrezas en los temas que has visto y autoevaluado técnicamente.
I.- Lea detenidamente las siguientes oraciones y completelas escibiendo sobre la línea que aparece al final de cada una de ellas.
1. La materia formada por un solo elemento es llamado: _______________
2. En un circuito eléctrico simple cuando aumenta la tensión aumenta también la: _________
3. El átomo es la partícula más pequeña de un ______________________
4. La conductancia ( G ) es lo inverso de la: ______________________
5. En una conexión fuente de tensión en serie la tensión total es igual a: _________________
II. - A continuación se te presentan dos columnas, has de corresponder los conceptos descritos en la columna de la izquierda con los términos de la columna derecha, escribiendo dentro del parentesis el número que considere correcto.
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Nombre:________________________________________ Matrícula:____________
Dirección:___________________________________________________________
Ciudad:______________ Dpto.:________________ Municipio:______________
Tel.:______________ Fax:___________ Centro:___________________________
Tutor:_______________________________________________________________
1. Partícula más pequeña de un compuesto2. Unidad de medida de la intensidad corriente
eléctrico. 3. Conjunto de reglas que dan la relación ente
voltaje, corriente y resistencia.4. Electrones que se localizan en la última capa de
la estructura atómica de un elemento..5. Partícula más pequeña de un elemento6. Materiales utilizadas en la Electrotecnia
( ) Atomo( ) Conductores, resisitivos aislante, magnéticos.( ) Electrones de valencia( ) Amperios ( A )( ) Moléculas.( ) Ley de OHM
III.- Lea detenidamente las oraciones siguientes y conteste si son falsas o verdaderas sobre la línea F ó V.
1. Los electrones son partículas cargadas positivamente y se encuentran dentro del núcleo de los átomos. _________
2. La tensión eléctrica es la causa que origina el flujo de electrones por los conductores _______
3. Según la ley de OHM cuando aumenta la Resistencia de un circuito aumenta la intensidad de Corriente. __________
4. Los materiales conductores tienen solo 1 ó 2 electrones de valencia ________
5. Los submultiplos se utilizan para abreviar cantidades pequeñas _______
IV.- Determine los valores de las magnitudes que faltan en los siguientes circuitos eléctricos.
a) b)
c) d)
e) f)
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GLOSARIO
Caldeo: Decaldear. Colectar mucho: esta el horno caldeadoCarga: Cantidad de Electricidad de una partícula atómica de una fuente de
energía.Circuito: Trayectoria cerrada formada por una fuente de energía,
conductores y una o varias resistencias.Exponencial: Cantidad que tiene un exponente. Dicho exponente indica cuantas
veces se multiplica la cantidad.Factible: Qué se puede hacer.Fisiológico: Que pertenece a la fisiología. Ciencia que estudia la vida y las
funciones orgánicas.Fluido: Desplazamiento fácil de electrones en un conductor o aparato
eléctrico, corriente eléctrica.Magnitudes: Cantidades, tamaño, todo lo que se puede medir.Partículas: Parte pequeña. Cada uno de lo elementos que componen un
átomo.Sinusoidad: Curva que representa las variaciones de una curva.Osciloscopio: Instrumento de medición que tiene una pantalla similar a la de un
aparato de televisión, donde se muestran graficamante las señales eléctricas.
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BIBLIOGRAFIA
Electrotecnia Cursos Elemental. GTZ
Curso Práctico de Electricidad Vo1 1 y Vol. 2 Harry Mileaf
Folleto Didéctico Unidad 2. Electrotecnia curso Electricidad IndustrialCECNA; Dpto, de Planificación Curricular.
TV Color Radio y Electrotecnia Ley de OHM y Resistencia Hemphill Shools.
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