CAPÍTULO IVFÍSICA 11˚ UN ENFOQUE PRÁCTICO

ELECTRICIDAD Y CIRCUITOS ELÉCTRICOS

¿Por qué se mueven los electrones? Si los extremos de un conductor eléctrico están

sometidos a potenciales eléctricos distintos, la carga fluye de un lado a otro, ya que esa diferencia de potencial actúa como una “presión eléctrica”, que empuja la carga.

Paso de electricidad Si se tiene un conductor cilíndrico, los electrones

llevan una velocidad determinada, dependiendo de la diferencia de potencial a la cual está sometido el conductor.

Su medición se da en términos de la cantidad de carga que pasa por segundo, por un área transversal (A) del conductor

Características de la corrienteSe mide en Amperes (A)Se denota con I. Indica la cantidad de carga en coulombs,

que atraviesan una sección transversal del conductor por segundo

Por ejemplo: 3 A: significa que pasan 3 coulombs de carga,

cada segundo, por un área transversal del conductor.

Es importante recordar que 1 coulomb por segundo implica que pasa una cantidad de 6,35 x 1018 electrones cada segundo.

Conducción de la carga, según el medio en que transmite. Metales: electrones en movimiento

En líquidos Las cargas en movimiento corresponden a iones

positivos y negativos, lo cual se puede ejemplificar en las llamadas baterías químicas, que utilizan una solución ácida, con un par de electrodos metálicos, que promueven la conducción eléctrica.

En gases En el aire y en otros gases, la fuente dominante de

conducción eléctrica es a través de un relativamente reducido número de iones móviles producidos por gases radioactivos, luz ultravioleta, o rayos cósmicos.

Sentido convencional de la corrienteB. Franklin supuso que la electricidad era

carga positiva en movimiento .Actualmente se sabe que la electricidad

son electrones en movimiento.Sin embargo la suposición, no afectó los

resultados, porque una carga positiva que mueva en una dirección es, en casi todos los aspectos, equivalente a una negativa que lo haga en dirección opuesta.

¡Direcciónn real de la corriente!En una batería, los electrones se mueven del borne negativo que los repele, al borne positivo que los atrae

+ -

Dirección convencional:Los e- viajan del polo positivo al polo negativo.

+ - e-

En el diseño de circuitos:La corriente se señala en dirección, tal que viaja del polo positivo, al polo negativo.

Esto se denomina dirección convencional de la corriente.

Instrumentos de mediciónGalvanómetro: Para corrientes

pequeñas: 2 mAAmperímetro: Corrientes más

grandes: 3A

Fórmula de la corriente:I = q

tI = corriente eléctrica (A)q = carga eléctrica (C) t = tiempo (s)

Corriente directa

Corriente alterna

Circuitos eléctricos Conjunto de elementos conectados por medio de

un alambre conductor, y que se utiliza con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas o eléctricas.

Variables que afectan los circuitos Resistencia Voltaje Potencia

Ventajas del uso de bombillas de bajo consumo Son “frías”: la mayor parte de la energía que

consumen la convierten en luz que es lo que se espera de una bombilla. En cambio prácticamente la mitad de la energía que consume un bombilla incandescente se transforma en calor y no en luz.

Utilizan entre un 50 y un 80% menos de energía que una bombilla normal incandescente para producir la misma cantidad de luz. Una lámpara de bajo consumo de 22 vatios equivale a una bombilla incandescente que consume 100 vatios.

Resistencia Se origina por la oposición al paso de

corriente generado por los átomos del conductor. La resistencia se mide en ohmios, y un ohmio se representa con la letra griega Ω.

Ley de Ohm Para un conductor largo y sólido, al graficar el

voltaje contra la corriente eléctrica, se obtenía una relación lineal, cuya pendiente corresponde a la resistencia del conductor.

R = V

I

Donde: R = resistencia (Ω)V = voltaje (V) I = corriente (A)

Voltaje Esla diferencia de potencial a la cual está

sometido un circuito, y es provisto por la batería, pila o tomacorriente.

Al equipo encargado de darle energía a un circuito, se le llama fem.

Potencia Es la rapidez con que un circuito o aparato eléctrico

realiza el trabajo eléctrico, al pasar las cargas de una terminal a otra.

La potencia se mide en Watts

Relaciones matemáticas

P = I.V

P = I2. R

P = V2

R

Donde:P = potencia (W)I = corriente eléctrica (A)V = voltaje (V)

Implicaciones de la corriente eléctrica El paso de la corriente eléctrica, corresponde

al resultado de dos acciones opuestas:

Efectos en el cuerpo humano Una corriente de 0,001 A, se puede sentir, 0,005 A

puede ser doloroso para el ser humano. Una corriente de 0,010 A causa contracciones

musculares involuntarias o espasmos,. Una de 0,015 A causa la pérdida del control

muscular. Una de 0,070 A puede ser fatal, ya que el corazón

pierde su ritmo muscular y puede causar la muerte, si dura más de un segundo.

Razone la siguiente pregunta ¿Por qué razón, los pájaros pueden posarse en uno

de los cables de alta tensión, sin que sufran una descarga eléctrica?

Representación de circuitos eléctricos Los circuitos poseen elementos que se pueden

representar simbólicamente .

Resistencia

Fem

Circ. Cerrado

Circ. Abierto

Conexión en serie

Un circuito de este tipo tiene sus resistores conectados “uno detrás de otro”, tal que la corriente va pasando por todas las resistencias.

Un ejemplo corresponde a las luces de los árboles de Navidad.

Características

a) La corriente que pasa por cada uno de los resistores es la misma, ya que al ser en serie, esta no tiene otro “camino” que tomar.

b) Se da una caída de voltaje en cada resistor, que depende del valor de la resistencia, y que por lo tanto, no es igual en todos los resistores, salvo que tuvieran la misma cantidad de ohmios. Es obvio observar que entre mayor sea el valor de la resistencia, mayor será la caída de potencial

c) Si un resistor del circuito falla por alguna razón, impidiendo que la corriente pase por él, este deja de funcionar del todo.

Conexión en paralelo

Este tipo de circuito tiene sus resistores paralelos entre sí.

Por ejemplo, la conexión eléctrica de los hogares

Características

a) La corriente toma los diversos “caminos” que encuentra, tal que la mayor cantidad de ella viaja por donde hay una menor resistencia.

b) La caída de voltaje, en cada resistor, es la misma en cada uno de los resistores, y es equivalente a la suministrada por la fem.

c) Por algunos de los resistores puede pasar corriente, aunque por otros no pase. Por ejemplo podemos tener prendida la luz de dos habitaciones y las demás apagadas. Esto presenta una enorme ventaja en circuitos complejos.

Resistencia equivalente

En un circuito podemos tener varias resistencias, o una que sea capaz de reemplazar a las demás, y que cumpla la misma función.

Resistencia equivalente circuito en serie

Las resistencias se suman en forma aritmética

Req = 3 + 5 + 7 Re = 15Ω

Resistencia equivalente circuito en paralelo

El inverso de la resistencia equivalente, es igual a la suma de los inversos de cada resistencia

49,171

51

311

e

e

RR

Cuadro resumen

Observaciones

1) Cuando el circuito es en serie, cuanto mayor sea el número de resistencias en serie, tanto mayor será la resistencia equivalente a ellas y tanto menor será la corriente que pasa por el circuito.

Segunda observación En un circuito en paralelo, cuanto mayor sea

el número de resistencias en el circuito, tanto menor será la resistencia equivalente a ellas, y tanto mayor será la corriente que pase por el circuito.

Otras observaciones No sería funcional tener la instalación de

eléctrica de una casa, en serie. La conexión en paralelo es idónea en una

casa. Cada vez que se enciende un equipo en una casa, la resistencia equivalente disminuye por lo tanto la fem, entregaría más corriente, para que pueda funcionar.

Cuidados con la electricidad Las instalaciones eléctricas deben poseer una “caja

de breaker Los cables deben estar entubados Toda instalación eléctrica debe ser utilizada de

acuerdo al diseño realizada por el ingeniero eléctrico y no cambiar el diseño original sin la supervisión de un profesional.

Las regletas y extensiones son para equipos electrónicos tales como teléfonos, computadoras e impresoras entre otras, cuyo consumo de potencia es bajo. No están diseñadas para equipos eléctricos como secadoras de pelo, planchas y otros de alto consumo de potencia eléctrica.

Circuitos mixtos Son aquellos que contienen conexiones serie-

paralelo a la vez. Ejemplo: