ELECTRICIDAD. Introducción II

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PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD EL CIRCUITO ELÉCTRICO.La utilidad de los circuitos, dependiendo del fluido que los recorra, es su capacidad de producir y transmitir efectos diversos. Consideremos el conjunto formado por dos recipientes (A y B), enlazados por un tubo © y una llave de paso (D). Imaginemos, en un primer momento, que el depósito A está lleno de agua y la llave de paso cerrada. No habrá circulación de agua por el tubo y el segundo depósito (B) se mantendrá vacío. Si abrimos la llave de paso y dejamos circular el agua entre los dos depósitos, desde A, que tiene el nivel más alto, a B que lo tiene más bajo, se produce una “corriente de agua”. Ello se debe al desnivel (H) entre las superficies superiores del agua en los dos depósitos. La corriente de agua se mantendré hasta que haya quedado eliminado el desnivel. Así, podemos afirmar que esa corriente de agua está causada por la diferencia de nivel (diferencia de presión) existente entre las superficies libres del agua en los dos depósitos A y B. En este circuito hidráulico elemental la corriente de agua cesa en el instante en que se iguala el nivel de los dos depósitos, esto es, con la igualdad de presión en la superficie de ambos. Si quisiéramos mantener la "circulación continua" del agua a lo largo de la tubería; seria preciso conseguir que siempre hubiera ciento desnivel entre el agua de los dos depósitos. Para ello es necesario instalar un elemento que eleve el agua desde el recipiente inferior (B) al superior (A). Este elemento es una bomba elevadora. De esta forma hemos constituido un circuito cerrado, formado por la bomba, los recipientes y las tuberías de unión. De idéntica manera está constituido un circuito eléctrico, o sea, un lugar de donde salen "partículas eléctricas" llamado generador, un lugar por donde pasan las mismas llamado conductor, un lugar donde producen un efecto determinado, llamado receptor y regreso de aquellas 'partículas" a su lugar de procedencia por otro camino también llamado conductor. Ya hemos visto el circuito eléctrico sencillo, así como los elementos básicos de que consta cualquier instalación (generadores, conductores, receptores, etc.) y los símbolos más utilizados. CORRIENTE ELÉCTRICA. Todos los cuerpos están formados por átomos, constituidos por un núcleo central y unas partículas muy pequeñas llamadas electrones que se encuentran girando alrededor del núcleo. Nota: Esta es la definición del átomo según Bohr, que nosotros la adoptaremos como válida para el desarrollo del tema. Composición del átomo = Núcleo + Capas exteriores Núcleo: Lo componen las partículas llamadas protones (+) y neutrones (sin carga eléctrica).Capas exteriores: Alrededor y dispuestos en capas orbitales giran los electrones, con carga eléctrica (-) Número de electrones = Número de protones. I.E.S. “Cristóbal de Monroy”.Dpto. Dpto. de Tecnología

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Los átomos, debido a fuerzas externas, pueden perder o ganar electrones. Si los toma de otro átomo próximo, sobrepasa el número de cargas negativas a las positivas, por lo que queda cargado negativamente y se denomina ión negativo. En caso de que ceda electrones a otro átomo cercano, quedará cargado positivamente y entonces recibe el nombre de ion positivo. Es precisamente en este estado como se encuentran los átomos de los metales conductores cuando se les aplica un generador: pila, dinamo o alternador. Se produce entonces la transmisión de las cargas de átomo en átomo, fenómeno conocido como corriente eléctrica. SENTIDO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA. Antiguamente se suponía que la corriente eléctrica iba del polo positivo al polo negativo, pero más tarde se comprobó que era al revés, o sea, del polo negativo al polo positivo.

CUERPO CON EXCESO DE CARGA NEGATIVA

Realmente esto no importa en la electricidad práctica, pero sí en la electrónica, por lo que de forma general, se sigue adoptando convencionalmente que la corriente circula del positivo al negativo.

CUERPO CON DEFECTO DE CARGA NEGATIVA

CORRIENTE DE ELECTRONES

Sin embargo, en algunas representaciones técnicas, se adopta el sentido de la corriente desde el positivo al negativo, por ser el sentido que adoptaron los primeros descubridores de la electricidad. A esto se le conoce como sentido convencional. VÁLVULA DE PASO

BOMBA ALTERNATIVA RUEDA DE PALETAS

Otro tipo de corriente es aquella en la que la circulación de electrones va alternando su sentido, de la misma forma que lo haría el agua en un circuito hidráulico si, en lugar de usar una bomba elevadora, colocamos una bomba de émbolo que empuja alternativamente el agua en un sentido y otro. A este tipo de corriente se le llama comente alterna y es la que producen los alternadores. Se usa normalmente por su facilidad de transpone en las ciudades, industrias, etc..

En algunas ocasiones nos serviremos de un aparato llamado fuente de alimentación' para obtener energía eléctrica. Se usa con frecuencia en pequeños radiocasetes y juguetes y permite transformar y reducir la corriente alterna de la red de 220 voltios, en corriente continua a pequeñas tensiones, para que no suponga un peligro. Simil hidráulico de circuito de corriente alterna

MAGNITUDES BASIC DE TODO CIRCUITO ELÉCTRICO Tensión, voltaje o diferencia de potencial.En un circuito eléctrico, la diferencia de potencial existente entre los polos del generador, o entre dos puntos cualesquiera del circuito, también se llama tensión o voltaje y es la causa de que los electrones circulen por el circuito si éste se encuentra cerrado. Es una característica muy similar a la presión que, en el circuito hidráulico, se produce gracias al desnivel entre los depósitos. Se podría definir como la fuerza con que se mueven los electrones". Su unidad es el voltio y para medirla se utiliza un aparato llamado voltímetro. Este ha de estar conectado en paralelo o derivación. También se utilizan los polímetros, que son aparatos que permiten medir diversas magnitudes eléctricas. Su unidad es el voltio y para medirla se utiliza un aparato llamado voltímetro. Este ha de estar conectado en paralelo o derivación. También se I.E.S. “Cristóbal de Monroy”.Dpto. Dpto. de Tecnología

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utilizan los polímetros, que son aparatos que permiten medir diversas magnitudes eléctricas.

Intensidad de corriente.0

La cantidad de carga eléctrica (n de electrones) que circula por un circuito se expresa en Culombios y se simboliza por la letra Q. (Un culombio equivale a 6'3 trillones de electrones). La cantidad de carga que circula por un circuito en la unidad de tiempo se llama "intensidad de corriente". Se mide en amperios y se expresa como:

Q I = -------t

por tanto

Culombio Amperio = ---------------Segundo Es una característica equivalente al caudal en el circuito hidráulico, esto es, a la cantidad de agua que pasa en la unidad de tiempo por un punto de la tubería. Para medir la intensidad de corriente que circula por un circuito se utilizan unos aparatos llamados amperímetros. Estos, han de estar conectados en serie para que por ellos pase la totalidad de la corriente que queremos medir. Resistencia eléctrica. Es la propiedad de los cuerpos de dificultar más o menos el paso de la corriente eléctrica. A las sustancias o materiales que permiten la circulación de electrones, ofreciendo poca resistencia a su paso, se les llama CONDUCTORES. Por el contrario, los materiales que ofrecen una alta resistencia al paso de la electricidad, se les denomina AISLANTES. La resistencia de un conductor depende del tipo de material de que está compuesto, de su longitud y de su sección. A mayor longitud mayor resistencia y, por el contrario, a mayor sección del conductor menor resistencia de la misma forma que el agua circula con más facilidad cuando las tuberías tienen pocos cambios de dirección y su sección es suficiente. La unidad de resistencia es el ohmio. Todos los receptores o componentes de un circuito suponen alguna resistencia, por pequeña que sea, al paso de la electricidad. Este efecto es, normalmente, "no deseado", pero en ocasiones lo aprovechamos en algunos receptores para obtener calor. Es el caso de algunos aparatos compuestos de un tino hilo de metal (wolframio o tungsteno), que se pone incandescente y puede dar luz y calor, que se aprovecha en las lámparas y estufas. EL PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA . El valor de la intensidad de la corriente eléctrica que recorre un circuito depende directamente de la tensión existente entre los extremos del mismo e inversamente de la resistencia eléctrica del circuito. Fue Ohm quién descubrió la relación matemática entre la intensidad y la diferencia de potencial. I.E.S. “Cristóbal de Monroy”.Dpto. Dpto. de Tecnología

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Hoy se conoce esta relación corno Ley de Ohm y se expresa de esta forma: Diferencia de potencial Intensidad = -----------------------------------Resistencia

V I = --------R

Lo podemos recordar mediante las siguientes reglas: V=RxI Viva la Reina de Inglaterra

TIPOS DE CIRCUITOS.Como hemos visto, la corriente eléctrica circula de un polo a otro de una pila, recorre los conductores y atraviesa los receptores. Podemos considerar que los receptores son elementos resistentes al paso de la corriente eléctrica, ya que tienen que transformar la misma en otro tipo de energía realizando un trabajo. Vamos a decir, de forma general, que los diferentes elementos que intercalamos en un circuito se denominan resistencias. Según la colocación de estas resistencias tendremos que los circuitos pueden ser: Circuitos en serie. Un circuito está en sene, cuando la salida de una resistencia se encuentra conectada a la entrada de otra. Un ejemplo más fácil de entender es suponer que los electrones son personas que circulan del (+) al (-), recorren los diferentes caminos (conductores) y atraviesan los obstáculos que se interponen en el recorrido (receptores). Pues bien, en este juego, diremos que dos elementos están en serie, cuando para pasar de un lado a otro tenemos que atravesar de forma obligatoria los dos elementos. Características del circuito SERIE.-

A) Intensidad = constante B) Voltaje

= V 1+V2+ .........+Vn

C) Resistencia = R1 + R2 +........+ Rn CIRCUITOS EN PARALELO Dos resistencias están en paralelo, cuando todas las salidas están conectadas a un punto común y las entradas a otro. Siguiendo con el mismo ejemplo anterior, diremos que dos elementos están en paralelo cuando existen varios caminos alternativos para pasar de un punto a otro del circuito, por lo que para llegar a un mismo punto, se pueden seguir diferentes caminos.

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Características del circuito PARALELO.-

A) Intensidad = I1 + I2 + I3 +..........+In B) Voltaje C)

= Constante

1 1 1 1 1 -------------- = ------ + ------ + ------ + ............+ ------Resistencia R1 R2 R3 Rn

CIRCUITOS MIXTOS-. Nos encontramos a la vez con elementos en serie y en paralelo. POTENCIA ELÉCTRICA.Muchos receptores vienen denominados por su "potencia". Recordemos lo que sucedía en los circuitos hidráulicos cuando el agua debía realizar un recorrido del depósito superior al inferior. El caudal de agua (en litros por segundo) al caer realiza un trabajo, haciendo girar la rueda de palas, el cual es proporcional al desnivel U. En este caso la potencia es el producto del caudal por la diferencia de nivel Eléctricamente, se define la potencia como el como: producto de la diferencia de potencial por la intensidad de corriente que recorre el circuito. Se expresa:

P = V.I

y su unidad es el watio (W)

Watio = Voltio x Amperio

Sustituyendo 'V" y de 1" por su correspondiente valor, según la ley de Ohm, se tiene:

V2 P = -------R

P = I2 x R

Otra forma de definir la potencia eléctrica es como la energía consumida en la unidad de tiempo Así pues, lo que diferencia la potencia de la energía es el tiempo transcurrido. Un receptor, por ejemplo una lámpara de 60 W. de potencia, si ha estado encendida durante una hora, consume una energía de 60 watios por hora.

Energía = Potencia x Tiempo

La potencia que consume un receptor viene indicada normalmente en su placa de características. En ella se graban, también, los valores de tensión e intensidad para los que ha sido fabricado. PILAS PRIMARIAS I.E.S. “Cristóbal de Monroy”.Dpto. Dpto. de Tecnología

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Si cogemos una chapita de cinc y otra de cobre, las sumergimos en un vaso de agua acidulada y unimos ambas chapas con un conductor, observamos un paso de corriente eléctrica, por lo que habremos construido una pila elemental. Teóricamente esta reacción se produce hasta la desaparición completa del cinc, el cual se deposita en el cobre terminando la reacción. En la práctica se interrumpe antes debido a la polarización del electrodo positivo, fenómeno que consiste en la acumulación en toda la superficie del cobre de hidrógeno gaseoso que impide el contacto del metal con el electrolito..La despolarización y eliminación del hidrógeno permite hacer pilas más duraderas Al combinar electrodos, despolarizantes y electrolitos diversos, se puede obtener una gran variedad de pilas distintas. Una de las más utilizadas es la de Leclanché, de la cual se derivan las pilas secas, en donde el cinc es el electrodo negativo y forma la envoltura de la pila, y el electrodo positivo es una barrita de grafito. Se utiliza como despolarizante el cloruro de amonio espesado con serrín o gelificado. Con el creciente desarrollo de elementos que funcionan con pilas (relojes, calculadoras, juguetes, etc.), se ha incrementado el desarrollo y estudio de pilas cada vez más potentes. Así, en las pilas alcalinas se ha sustituido el electrolito por potasa cáustica, por lo que el volumen disminuye y podemos aumentar el despolarizante y su actividad. También el cinc se sustituye por el magnesio, lo que da más energía másica y duración a la pila. En el caso de las pilas de mercurio se mejora la descarga de las mismas, de forma que mantienen la tensión prácticamente constante hasta momentos antes de agotarse. Pueden funcionar sin problemas a temperaturas próximas a los 900C, si bien en condiciones normales no han de superar los 55 ºC. Su capacidad másica es muy elevada, lo que permite almacenar grandes cantidades de energía en pilas «miniatura» o como las conocemos actualmente llamadas pilas botón. PILAS SECUNDARIAS (recargables). El funcionamiento de estas pilas puede ser comparado al funcionamiento del acumulador de un automóvil, ya que se recargan constantemente. Ahora bien, estos acumuladores exigen la energía eléctrica para regenerar los productos de la reacción electroquímica y volver a acumular la energía suficiente, con lo que comienza un nuevo ciclo.

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