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Página 1 ESCUELA DE EDUCACIÓN TÉCNICA Nº 5 DE SAN MARTÍN GALILEO GALILEI Fundamentos de Electricidad Unidad Nº 1: Teoría atómica y concepto de Electricidad Sergio R Rodríguez [2009] [Para ser utilizado como material de apoyo y consulta por alumnos de Escuelas Técnicas]
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ESCUELA DE EDUCACIÓN TÉCNICA Nº 5 DE SAN MARTÍN GALILEO GALILEI
Fundamentos de Electricidad
Unidad Nº 1: Teoría atómica y concepto de
Electricidad
Sergio R Rodríguez
[2009]
[Para ser utilizado como material de apoyo y consulta por alumnos de Escuelas Técnicas]
Fundamentos de Electricidad Sergio R Rodríguez
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Teoría Atómica y concepto de
Electricidad
Todos tenemos alguna noción del concepto de “Electricidad”, sin embargo, si en
éste preciso momento se nos pidiera alguna definición, algunos tendríamos
dificultades.
Solucionemos entonces nuestro problema de la mejor manera posible...(aprendiendo)
Tomemos una porción de cualquier material común: agua por ejemplo.
Si dividimos una gota de agua por la mitad,y continuamos repitiendo el procedimien_
to miles de veces, obtendremos gotas tan pequeñas que necesitaremos de un micros_
copio muy potente para observarlas.
Aún así, cada una de esas pequeñisimas gotas, seguirá conservando las características
propias del agua.
En el caso de que ese “supermicroscopio” existiese, llegaría un momento en el que
observaríamos algo como esto:
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Hemos llegado al punto en que encontramos la molécula de agua,formada por tres
partículas llamadas átomos (en éste caso, dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
Existen alrededor de un centenar de átomos distintos que dan origen a lo que
conocemos como elementos.
El oxígeno, el hidrógeno, el carbono, el hierro, etc., son todos elementos.
Entonces, en conclusión, todos los materiales están compuestos por moléculas
formadas por combinaciones de átomos.
La molécula es la porción más pequeña en que puede dividirse un material, y el
átomo es la porción más pequeña en que puede dividirse un elemento sin perder
sus propiedades
Es decir,si a la molécula de agua le sacáramos un átomo, ya no se comportaría como
agua.
¿Y la electricidad????? Calma.... hacia allá vamos.
Modelo atómico
Si tenemos en cuenta el modelo atómico de la figura, observamos que en el
NÚCLEO del átomo, existen principalmente dos tipos de partículas:
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NEUTRONES y PROTONES.
Estos últimos tienen carga eléctrica positiva (ah!, aquí tenemos electricidad) y
girando alrededor del núcleo están los
ELECTRONES
que son partículas con carga eléctrica negativa (más electricidad).
Ahora, considerando que todas las cosas (inclusive nosotros mismos) están compues_
tas por átomos.......
LA ELECTRICIDAD ESTÁ EN TODAS PARTES
Porqué entonces no se manifiesta siempre???????
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En el átomo del ejemplo tenemos la misma cantidad de protones que de electrones, y
por lo tanto, las cargas eléctricas de distinto signo, están equilibradas
EN CONDICIONES NORMALES,EL ÁTOMO ES ELÉCTRICAMENTE
NEUTRO
¿Pero como hacemos para poner de manifiesto la energía que contienen los átomos?
Hay dos formas:
La primera es romper el núcleo del átomo desprendiendo las partículas que lo
componen (fisión nuclear),o fundir núcleos de átomos entre sí (fusión nuclear)
Procesos éstos que liberan una enorme cantidad de energía, y por su complejidad no
trataremos en éste curso (además son muy peligrosos)
La segunda es desprender electrones de las últimas órbitas que están menos
unidos al núcleo transformándolos en electrones libres.
ENTONCES SI DESPRENDEMOS UN ELECTRÓN DE UN
ÁTOMO,OBTENEMOS DOS NUEVAS PARTÍCULAS CON CARGAS
ELÉCTRICAS DISTINTAS ,ROMPIENDO EL EQUILIBRIO,Y LA
ELECTRICIDAD SE PONE DE MANIFIESTO
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Por un lado nos queda el átomo al cual le faltan electrones que, en consecuencia, es
una partícula con carga positiva que llamaremos Ión + , y un electrón libre que ya no
pertenece más a su átomo original y que se encuentra en algún lugar del espacio inter
atómico (espacio que existe entre átomo y átomo) y que recibe el nombre de Ión -
Átomo completo Átomo incompleto Electrón libre
(neutro) (Ión+) (Ión-)
CUANDO SE DESPRENDE UN ELECTRÓN DE UN ÁTOMO
SE FORMAN DOS NUEVAS PARTÍCULAS CON CARGA ELÉCTRICA
DISTINTA LLAMADAS IONES
¿Pero como haremos para desprender electrones de sus átomos?
Básicamente existen seis formas de hacerlo:
* ACCIÓN QUÍMICA *
* MAGNETISMO *
*LUZ *
* CALOR *
* PRESIÓN *
* FROTAMIENTO *
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¿Necesitan una breve explicación de cada una?
Formas de generar
Electricidad
1. Acción química :
Es la electricidad producida por una reacción química dentro de una pila o
batería
2. Magnetismo:
Electricidad producida por el movimiento entre un conductor y un imán
(generadores)
3. Luz:
Electricidad producida por luz incidente sobre un elemento fotosensible
(Panel solar, fotocélula)
4. Calor:
Electricidad producida por el calentamiento de la unión de una termocupla (dos
metales que disipan el calor de forma distinta soldados en un extremo)
5. Presión:
Electricidad producida aplicando presión sobre un cristal piezoeléctrico
(Magiclick)
6. Frotamiento:
Electricidad producida frotando dos materiales
#Para más información ver apéndice 1:Métodos de producción de energía eléctrica
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Por cualquiera de éstos métodos podemos romper el equilibrio eléctrico de los
átomos y hacer que los cuerpos queden cargados eléctricamente en forma positiva o
negativa
Cuerpo eléctricamente neutro
Cuerpo cargado negativamente
(exceso de electrones)
Cuerpo cargado positivamente
(falta de electrones)
TENEMOS CUERPOS CON DISTINTA CARGA ELÉCTRICA
SE DICE ENTONCES QUE ENTRE ELLOS HAY DIFERENCIA DE POTENCIAL
ELÉCTRICO Ó TENSIÓN
TENSIÓN
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
+ + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + +
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Pero, qué sucede con las cargas eléctricas?
Así como los imanes generan un campo magnético a su alrededor, las cargas
eléctricas generan un campo eléctrico.
Si enfrentamos polos idénticos de dos imanes (norte con norte o sur con sur),se
producen fuerzas de repulsión
N S S N
Cuando se enfrentan polos opuestos, se producen fuerzas de atracción
N S N S
Éstas son fuerzas de origen magnético
Si enfrentamos cargas eléctricas de igual signo entre sí, (positivo con positivo o
negativo con negativo),se producen fuerzas de repulsión
(-) (-)
Cuando se enfrentan cargas de distinto signo, se producen fuerzas de atracción
(-) (+)
Éstas son fuerzas de origen eléctrico.
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Veamos:
Hasta aquí tenemos cargas eléctricas en reposo, o sea,
partículas que no se mueven.
Esto recibe el nombre de Electricidad estática.
Pongamos ahora los electrones en movimiento.....
Bueno....mejor dejemos que la naturaleza lo haga.
En la naturaleza, siempre se tiende a un estado de equilibrio
Si tenemos cuerpos con distinta carga eléctrica:
Negativo (Sobran electrones) Positivo (faltan electrones)
Y los unimos mediante un conductor:
Corriente
_ _ _ _ _ _ _ _
Los electrones sobrantes se trasladan hacia la parte positiva para unirse a los
átomos incompletos
A ÉSTE MOVIMIENTO DE ELECTRONES SE LO DENOMINA :
CORRIENTE ELÉCTRICA
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _
+ + + + + + + + +
+
+ + + + + + + + +
+
+ + + + + + + + +
+
_ _ _ _ _ _ _ _ _
_
_ _ _ _ _ _ _ _ _
_
+ + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + +
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CORRIENTE
Entonces, que circule corriente eléctrica depende de que exista una diferencia de
carga eléctrica o tensión, verdad?
Si no hubiera tensión, todo estaría en equilibrio y los electrones no se moverían.
Pero la corriente no depende de nada más?
Que se mueva el móvil de la figura depende de la
inclinación del camino (diferencia de altura) que
podríamos comparar con la diferencia de potencial
(tensión)
Pero si el camino presenta dificultades, no bajará más
despacio, e incluso pudiera llegar a detenerse si es
muy irregular?
Bueno, en el caso anterior también depende de la dificultad que encuentren los
electrones en su camino.
A ÉSTA OPOSICIÓN QUE OFRECEN LOS MATERIALES AL PASO DE LA
CORRIENTE ELÉCTRICA LA LLAMAMOS RESISTENCIA
RESISTENCIA
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A los materiales que presentan poca resistencia se los llama conductores, y a los
que tienen mucha resistencia, aisladores.
#Para más información ver apéndice II: Conductores y aisladores
Conectando una pila con una lámpara, los electrones de la parte negativa son atraídos
hacia la parte positiva debido a la diferencia de potencial, formando así una corriente
eléctrica en el conductor.
La lámpara frena la corriente, en este caso para producir luz y calor y representa la
resistencia del circuito.
Comparemos el funcionamiento de un circuito eléctrico con uno hidráulico.
Q
En la figura observamos dos recipientes, uno conteniendo un líquido y el otro vacío.
Ambos están unidos por una cañería con una válvula de paso.
Por diferencia de presión, el líquido es conducido por la cañería hacia el tanque
vacío.
La válvula, que puede abrirse o cerrarse, regula el caudal de líquido que circula.
Cuando los recipientes quedan con el mismo nivel, el sistema queda en equilibrio.
Entonces podemos comparar:
La diferencia de presión inicial en los recipientes equivale a la Tensión en el
circuito eléctrico.
El caudal de líquido equivale a la Corriente eléctrica.
La válvula de paso equivale a la Resistencia.
Jugo de Pitufo
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En el circuito eléctrico, cuando el exceso de electrones de la parte negativa se
termina, no hay más tensión y la corriente se detiene, lo que significa que la pila se ha
agotado.
Nos estamos olvidando algo?????
Detesto olvidarme las cosas!!!!!!!
Ah... si!!!
Se acuerdan de las fuerzas que existen entre cargas eléctricas?
LAS FUERZAS QUE HACEN MOVER A LOS ELECTRONES SE LLAMAN
FUERZAS ELECTRO MOTRICES
FUERZA
ELECTRO
MOTRÍZ
