TECNOLOGÍA 1: tema 3 ELECTRICIDAD resumen teórico

ELECTRICIDAD. CORRIENTE ELÉCTRICA Átomos y electrones • Toda la materia está formada por átomos. • Los átomos están formados por diferentes partículas (protones, neutrones y electrones). • Los electrones tienen carga eléctrica. • Cuando los electrones se mueven en una misma dirección, se produce una corriente eléctrica.

Energía eléctrica • La energía es lo que permite hacer funcionar todo lo que vemos. • La energía eléctrica es lo que permite hacer funcionar un aparato eléctrico.

Magnitudes físicas DIFERENCIA DE POTENCIAL De la misma manera que el agua baja de las montañas hasta el mar porque hay una diferencia de altura, los electrones se mueven cuando hay una diferencia de potencial. ¡Atención! El concepto diferencia de potencial recibe muchos nombres: diferencia de potencial, potencial, voltaje, tensión…

• La diferencia de potencial, en el Sistema Internacional (SI) se mide en voltios y se indica con la letra V. Si la diferencia de potencial es muy grande (la montaña sería alta), los electrones se moverán rápidamente. En cambio, si hay poca diferencia de potencial (la montaña sería baja) irán más despacio.

INTENSIDAD La carga que circula en un segundo a través de un conductor se denomina intensidad; se representa con una I y se mide en amperios, representados con una A. 1

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RESISTENCIA • Cuando los electrones avanzan chocan con obstáculos y se frenan: se dice que encuentran “resistencia”. • En el estudio de la corriente eléctrica este concepto se denomina resistencia, R, y se mide en ohmios, que se indican con la letra griega Ω. Tabla 1: Resumen de las magnitudes físicas Magnitud física

Diferencia de potencial

Intensidad

Resistencia

Símbolo

V

I

R

Unidad de SI

V (voltio)

A (amperio)

Ω (ohmio)

Corriente alterna y continua La corriente eléctrica puede ser de dos tipos:

CORRIENTE CONTINUA: • Cuando los electrones se mueven en un solo sentido (como hace el agua al bajar de la cima al mar), su movimiento se denomina corriente continua (CC). • La corriente continua es la única manera de almacenar energía eléctrica. Por eso las pilas, baterías, etc., producen una corriente continua.

CORRIENTE ALTERNA: • Cuando los electrones se mueven canviando el sentido de su movimiento, la corriente resultante recibe el nombre de corriente alterna (AC). • Ésta es la mejor manera de transportar corriente eléctrica y es por eso que las centrales productoras de corriente la envían a los puntos de consumo en forma de corriente alterna.

Efectos de la corriente eléctrica La corriente eléctrica pasa por los cuerpos y es capaz de producir diferentes efectos. Entre estos efectos hallamos la producción de luz, de calor, de movimiento y de magnetismo. 2

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EL EFECTO JOULE El efecto más importante (porque se produce siempre, en corriente continua y en alterna) es el efecte Joule: debido a la resistencia de los materiales, parte de la energía eléctrica se transforma en calor. efecto Joule = calentamiento Este efecto se utiliza, por ejemplo, en las lámparas de incandescencia, donde el filamento se calienta tanto que se pone a brillar, o en cualquier estufa, cocina eléctrica...

APLICACIONES DE LA ENERGÍA: PRODUCCIÓN DE TRABAJO En la mayoría de dispositivos eléctricos se aprovecha la corriente eléctrica para producir trabajo, del mismo modo que la corriente del agua puede mover la rueda del molino y este movimiento se puede usar para muchas finalidades. Las aplicaciones de la corriente eléctrica son prácticamente infinitas. Así, con una bobina, podemos crear un imán eléctrico: un electroimán, que sirve para construir altavoces y convertir señales eléctricas en sonido. ¡También sirve para construir motores eléctricos o convertir movimiento en electricidad!

EL CIRCUITO ELÉCTRICo Magnitudes derivadas: la potencia A parte de la diferencia de potencial, la intensidad y la resistencia, hay que hablar de otro concepto: la potencia (P). • Este concepto nos dice lo rápido que es el trabajo que hacen los electrones. • La potencia se mide en vatios y su símbolo es la letra W. • Se trata de una magnitud derivada de las que ya conocemos. Se obtiene aplicando la fórmula potencia = diferencia de potencial x intensidad. • Expresando las magnitudes, voltios x amperios = vatios. P = V · I (en W)

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De lo que se deduce que: V = P (en V) I I=

P (en A) V

En el ejemplo del agua y el molino, cuanta más potencia tenga el caudal del agua, más rápido hará girar la rueda del molino y más grano moleremos, por lo tanto, más trabajo habrá hecho el río.

Representación de un circuito • Un circuito es el recorrido por donde circula algo.. • Tiene que estar cerrado sobre sí mismo y saber dónde empieza y dónde acaba. • Si lo que circula son electrones, se trata de un circuito eléctrico. • En este caso, los cables, interruptores, pilas y demás elementos formarán el circuito eléctrico.

ELEMENTOS BÁSICOS Elementos necesarios en todos los circuitos eléctricos generador: es responsable de suministrar energía eléctrica al circuito, generando la diferencia de potencial que mueve a los electrones. cable: material conductor que facilita el paso de los electrones, normalmente de cobre o aluminio. interruptor: es como un puente levadizo para los electrones; si está levantado, los electrones no pasan y, como se quedan quietos, no hay corriente eléctrica.

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RECEPTORES Los elementos que transforman el movimiento de los electrones (la energía eléctrica) en otras formas de energía o de trabajo se denominan receptores.

lámpara: hilo con mucha resistencia que se pone incandescente por el efecto Joule y emite luz.

resistencia: se usa para frenar a los electrones con el fin de que tengan una intensidad (“velocidad”) adecuada. condensador o capacidad: sirve para almacenar electrones. Se pueden liberar de golpe, por ejemplo, en un flash de cámara fotográfica. bobina: su aplicación más importante es convertir corriente eléctrica en campo magnético, y viceversa. motor eléctrico: transforma la energía eléctrica en energía mecánica, es decir, en trabajo. Es el único modo de conseguir movimiento con electricidad.

timbre: transforma la energía eléctrica en sonido.

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Circuitos en serie o en paralelo RECEPTORES • Cuando en un circuito los receptores están uno a continuación del otro (donde acaba uno empieza el otro) se dice que están conectados en serie. ¡Atención! Un interruptor SIEMPRE tiene que estar conectado en serie con una pila.

• En cambio, si los dos extremos de los receptores están en contacto (empiezan y acaban a la vez) se dice que están conectados en paralelo. Ejemplo de circuito en serie: R3 R4

R1 V

R5

Ejemplo de circuit en paralelo: R3 R1

R2

V

GENERADORES También se puede dar el caso de conectar generadores en serie y en paralelo.

La diferencia de potencial de 2 o más generadores iguales en serie es la suma de todos ellos. Vtotal serie = 1,5 V + 1,5 V + 1,5 V = 4,5 V 6

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La diferencia de potencial de 2 o más generadores iguales en paralelo es la diferencia de potencial que tendría uno solo, pero en este caso el circuito funcionará durante más tiempo. Vtotal paralelo = 1,5 V

Ley de Ohm • Con diferencias de potencial altas se genera mucha intensidad. • Pero, por otro lado, resistencias altas reducen la intensidad. Ésta es la que se conoce como ley de Ohm y se expresa como: V=I·R Recordad que la resistencia en ohmios mide lo que cuesta cruzar un obstáculo.

SUMA DE RESISTENCIAS EN SERIE Rt = R 1 + R 2 + R 3 + …

SUMA DE RESISTENCIAS EN PARALELO 1 1 1 = + ... R t R 1 R 2 En este caso hay que invertir el resultado para obtener Rt i no

1 R t

Diseño de un circuito eléctrico Per dissenyar un circuit elèctric que funcioni i faci allò que volem, s’ha de tenir en compte que: 1) Sea cerrado (que los electrones puedan circular desde el generador hasta el generador). 2) Tenga un interruptor en serie con la pila o generador. 7

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3) Para aprovechar la corriente eléctrica, hay que ver qué receptores son los que hacen lo que queremos y los que, por lo tanto, pondremos en el circuito. 4) Una vez sabemos cuáles son estos receptores, hay que suministrar la intensidad y la diferencia de potencial necesaria para superar las resistencias que hemos colocado. Se tendrá que utilizar la ley de Ohm: V=I·R 5) Finalmente, un circuito tiene que consumir lo mínimo posible: se tendrá que utilizar la ley de la potencia. P=I·V

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD Para entender bien cómo “se fabrica” la corriente eléctrica hay que hablar del electroimán. Si mueves un imán cerca de un cable, los electrones quietos del cable se empiezan a mover (se aceleran). Y si por un cable se mueven electrones, este cable se convierte en imán. La idea de un generador de corriente eléctrica consiste en mover un imán cerca de un cable para producir movimiento de electrones o de corriente eléctrica.

Centrales hidroeléctricas Las centrales hidroeléctricas acumulan agua en presas hasta que el nivel es bastante alto (energía potencial). Después se deja caer el agua y ésta alcanza velocidad (energía cinética). El agua hace girar una turbina que mueve un alternador para producir corriente eléctrica. De las centrales se traslada la corriente a las ciudades, con alta tensión y en forma de corriente alterna.

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Centrales térmicas convencionales Las centrales térmicas queman combustibles de origen fósil para calentar agua y producir vapor. El vapor hace que se mueva una turbina conectada a un alternador. El movimiento del alternador produce corriente eléctrica.

Centrales nucleares Las centrales nucleares aprovechan la energía liberada en las reacciones de fisión o fusión nuclear para calentar agua y producir vapor. El vapor hace que se mueva una turbina conectada a un alternador. El movimiento del alternador produce corriente eléctrica.

Fuentes renovables Entendemos por fuentes renovables de energía aquellas fuentes que no se agotan, bien porque existen reservas prácticamente ilimitadas (sol), o bien porque se renuevan más rápido de lo que tardan a consumirse.

ENERGÍA SOLAR Energía solar térmica: se aprovecha la calor de la luz solar. • De baja temperatura: Se utiliza en viviendas y consiste en paneles negros con unos tubos en el interior, por donde circula agua que se calienta con el sol.

• De alta temperatura: Consiste en un conjunto de muchos espejos que concentran la luz solar en un punto concreto. Permite alcanzar temperaturas de miles de grados.

Energía solar fotovoltaica: Se aprovecha la propiedad de los materiales semiconductores para producir corriente eléctrica a partir de la luz del sol.

ENERGÍA EÓLICA Los aerogeneradores convierten el movimiento del viento en movimiento de las aspas. Las aspas mueven un alternador que genera corriente eléctrica. 9

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ENERGÍA MAREOMOTRIZ Consiste en aprovechar el movimiento de las mareas. Este movimiento de cantidades enormes de agua provocado por la atracción de la luna se puede utilizar para mover turbinas. Las turbinas mueven alternadores para producir corriente eléctrica. También se puede obtener energía mediante las olas.

OTRAS FUENTES Actualmente se da mucha importancia a la biomasa: restos de material vegetal. Estos restos se pueden quemar para calentar agua y producir vapor. El vapor puede hacer mover una turbina conectada a un alternador. El alternador genera corriente eléctrica.

Transporte y distribución de la energía eléctrica El transporte de energía eléctrica implica un calentamiento (efecto Joule). Parte de la energía eléctrica se transforma en calor i se pierde. Para reducir al máximo este gasto, la corriente se transporta con alta tensión y en forma de corriente alterna. ¡Recuerda que la diferencia de potencial y la tensión son lo mismo, las dos se miden en voltios (V)!

• En la salida de las centrales hay un transformador que eleva la tensión de la corriente. • La corriente es transportada por las líneas de alta tensión hasta los puntos de consumo. • Cerca de las zonas de consumo se vuelve a reducir la tensión de la corriente. • En el lugar de consumo, la corriente se transporta a las viviendas y a las industrias. • En la entrada de la vivienda o de la industria, hay una caja que recoge la corriente eléctrica de la red pública. • Esta caja actúa como protección en caso de: ◦◦ sobretensions de la xarxa pública, ◦◦ consums més elevats dels contractats, ◦◦ curtcircuit accidental. 10