E L E CT RI CI DA D BA S I C A

A N T E C E D E N T E S H I S T R I C O S

La electricidad es una forma de la energa.

La primera vez que el hombre experimento la accin de un fenmeno elctrico habr sido, sin

duda, durante la tormenta, al observar un rayo.

Algunos cientficos y sabios formularon leyes y principios mediante

los cuales ahora es posible la aplicacin de la electricidad en mil usos

diferentes, que permiten al hombre actual vivir mejor.

Entre ellos estn:

El filsofo "Tales de Mileto" descubri 6 siglos A.C. que el

mbar frotado con un pao atrae a cuerpos livianos como trocitos de

papel, pelos, etc.

El fsico ingls William Gilbert (1540-1603), fue quien aplico la palabra "elctricos" a

los materiales que se comportaban en forma similar al mbar y fue el primero en utilizar

trminos tan modernos como "fuerza elctrica" por ejemplo. Por esto y otras cosas ms

conquisto el titulo de padre de la electricidad.

El Estadista y cientfico norteamericano Benjamn Franklin (1706-1790), fue quien

durante una tormenta, elevo una cometa (pandorga) a gran altura, para descubrir si los

relmpagos se comportaban del mismo modo que las cargas elctricas. Otro aporte fue el

pararrayos, que invento para proteger los edificios contra las descargas elctricas.

En 1880 Alejandro Volta desarroll la primera pila til capaz de almacenar energa

qumica convertible en energa elctrica y alimentar un circuito elctrico.

ELECTRICIDAD Y ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Cualquier cuerpo en su estado normal es elctricamente neutro, si bien puede cargarse por

influencias externas sin que cambie su aspecto exterior. La materia est compuesta de

molculas, que son las partes ms pequeas de la misma, que an mantiene las propiedades

fsicas, son tan pequeas que resultan imposible de ver sin

el microscopio. Las molculas a su vez se dividen en

tomos.

Estos tomos se componen de dos partes: el ncleo y

la periferia.

1- En el ncleo del tomo se encuentran:

- Los protones con carga elctrica positiva, y...

- Los neutrones que como su nombre insina, no tienen

carga elctrica o son neutros.

2- En la periferia se encuentran:

- Los electrones con carga elctrica negativa

N de protones = N de electrones

El tomo de Bohr

El fsico dans Niels Bohr, creo el llamado modelo de Bohr, donde se nuestra la estructura del

tomo.

En el tomo el nmero de electrones (en azul) es igual al nmero de protones (en rojo), por lo

que se dice que el tomo es elctricamente neutro.

Hay algunos electrones que se encuentran en las rbitas ms alejadas del ncleo, por lo que

podran liberarse fcilmente. Estos electrones son los llamados electrones de valencia

Ejemplo: El tomo de cobre tiene 29 protones y 29 electrones. De estos 29 electrones, 28 viajan

en rbitas cercanas al ncleo y 1 viaja en una rbita lejana, este es el electrn libre. (Electrn de

valencia)

Si un material tiene muchos electrones libres en su estructura se le llama conductor y si tiene

pocos electrones libres se le llama aisladores o aislantes

Ejemplos:

Conductores: Oro, plata, aluminio, cobre, etc.

Aisladores o aislantes: Entre los materiales aislantes ms utilizados, tenemos: vidrio, mica,

goma, plstico, porcelana, baquelitas, madera seca, papel seco, etc.

Materiales Aislantes o dielctricos. Se denomina aislante elctrico a toda substancia de tan baja conductividad elctrica que el paso

de la corriente a travs de ella pueda ser despreciado. La pequea corriente que pasa a travs

del aislante se denomina corriente de fuga y la intensidad de esta puede ser tolerada, y

determina la clase de material que puede utilizarse como aislante.

En electrotecnia, los materiales aislantes o dielctricos tienen gran importancia, ya que

cumplen dos misiones fundamentales:

1- Evitar un contacto entre partes conductoras, por ejemplo la aislacin de los cables, el soporte

de las llaves termomagnticas, posibles contactos accidentales entre partes conductoras y , el

ser humano, etc.

2-Modifican, en gran proporcin, el campo elctrico que los atraviesa.

Por su constitucin, no todos los cuerpos permiten de igual forma el paso de la corriente

elctrica, la experiencia nos ensea que hay ciertos materiales por los que la corriente elctrica

no circula casi nada, pues en ciertas condiciones especiales, no existe material aislante, por ejemplo cuando hay elevada humedad, o para altas tensiones.

Casi todos los no metales son apropiados para el empleo como aislantes, pues tienen altas

resistencias, esto se debe a la ausencia casi total de electrones libres, en dichos materiales

Considerando todo lo anteriormente dicho, podemos decir que todo aquel material que posee

pocos electrones libres, son denominados ' malos conductores, y por el contrario buenos conductores", a aquellos materiales que poseen muchos electrones libres.

Entre los materiales aislantes ms utilizados, tenemos: vidrio, mica, goma, plstico, porcelana,

baquelitas, madera seca, papel seco, etc.

LA ELECTRICIDAD.

La palabra electricidad procede del vocablo griego "electrn".

LA CORRIENTE ELCTRICA o comnmente llamada La electricidad es una corriente o

flujo de electrones que atraviesa un material. Para lograr que este movimiento de electrones se de

en un sentido o direccin, es necesario una fuente de energa externa como ser pilas, bateras y

dinamos.

LA CORRIENTE CONTINUA (CC).

La corriente continua no cambia de valor ni de sentido a lo largo del tiempo, y siempre sigue la misma direccin.

LA CORRIENTE ALTERNA. (CA)

En la corriente alterna el flujo de corriente

circula, en forma alternada, primero en un

sentido y despus en el opuesto,

volvindose a repetir el mismo proceso en

forma constante.

El transporte de la corriente alterna es ms eficiente. La corriente alterna se puede transformar

(elevar a tensiones muy altas mediante transformadores). Transmitir la electricidad a elevadas

tensiones permite minimizar las prdidas de energa elctrica durante su transporte. Por el

contrario, la corriente continua carece de esta cualidad de transformacin, y su transporte est sujeto

a elevadsimas prdidas.

En el siguiente grfico se muestra el voltaje (que es tambin alterno) y tenemos que la magnitud de

ste vara primero hacia arriba y luego hacia abajo (de la misma forma en que se comporta la

corriente) y nos da una forma de onda llamada: onda sinodal.

Propiedades corriente Alterna (CA)

Frecuencia:(f)

Los ciclos del flujo alternado de voltaje suceden en un segundo y nos dan la frecuencia, su unidad es

ciclos /segundo, y es Hertz o Hertzios (Hz). En nuestro pas re de 50 Hz

TIPOS DECORRIENTEALTERNA: MONOFSICA Y TRIFSICA.

Corriente alterna monofsica.

La corriente Alterna es la que nos llega a nuestras casas es monofsica y la

usamos para alimentar los electrodomsticos como ser la TV, el equipo de

sonido, etc. En corriente monofsica existe una nica seal de corriente, que se

transmite por el cable de fase (R, color marrn) y retorna por el cable de

neutro que cierra el circuito (N, color azul). El sistema monofsico usa una

tensin de 220V entre fase y neutro.

220 voltios

Corriente alterna trifsica.

La corriente trifsica es un sistema de tres corrientes alternas

acopladas las 3 corrientes se producen simultneamente en un

mismo generador). Cada una de estas corrientes (fases) se

transporta por un conductor de fase (3 cables: R, S y T, con

colores marrn, negro y blanco), y vseaa de un conductor para el

retorno comn de las tres fases, que sirve para cerrar los 3

circuitos (conductor neutro N, color azul).

220 380 voltios

PRODUCCIN O GENERACIN DE LA CORRIENTE.

Produccin de tensin por frotamiento:

Mediante frotamiento de substancias aislantes pueden ser separadas las cargas elctricas y con ello

obtener tensin. La tensin elctrica por frotamiento suele producirse accidentalmente, por

ejemplo en coches, aviones, papeles, tejido de fibras sintticas (estas tenciones son pocos

aplicables).

Produccin de tensin mediante luz:

Cuando la luz incide sobre determinado materiales (silicio, germanio) se provoca el desplazamiento

de electrones de las ltimas capas. Este fenmeno se utiliza, por ejemplo en los fotmetros y las

fotoclulas.

Produccin de tensin por efectos qumicos:

Entre dos conductores distintos que se encuentran en un lquido conductor aparece una tensin.

Unos generadores de tensin de este tipo, son las denominados pilas y acumuladores, que son

utilizados como bateras en linternas de bolsillo o receptores porttiles y los acumuladores de los

automotores.

Produccin de tensin al mover imanes o bobinas:

Se genera una tensin al mover un imn en una bobina fija o al mover una bobina en un campo

magntico. Este procedimiento de generacin es el ms empleado y con l se consigue la mayor

parte de la cantidad de energa elctrica utilizada en el mundo.

Los grandes generadores de las centrales elctricas en todo el mundo utiliza este principio, (en

Paraguay: Itaipu, Yacyreta, Acaray).

LEYES DE KIRCHHOFF

Ley de Corrientes de Kirchhoff:

En todo punto de encuntralo empalmes de varios conductores, la suma de corriente que a dicho

punto llega es Igual a la suma de corriente que de ah parten.

Ejemplo:

I1 + I2 +l3 = I4 + I5 --> 1 +2 +3 ='2 + 4

6 A = 6 A

Ley de Tensin de Klrchoff:

En todo circuito cerrado, la suma de las caldas de tensiones parciales es igual a la tensin aplicada.

V1+V2 + V3 = Vt; 50 + 150 + 20 = 220 V

CALCULO DE LA RESISTENCIA ELCTRICA SEGN EL TIPO Y LA FORMA DEL

CONDUCTOR.

Se llama resistencia elctrica a la oposicin o dificultad que encuentra una corriente al recorrer un

circuito elctrico cerrado, y que permite frenar o atenuar el libre flujo de electrones. para la circulacin de la corriente elctrica.

Por lo tanto, la resistencia elctrica de un conductor depende de la naturaleza del material, de su

longitud y de su seccin, adems de la temperatura, los materiales que se encuentran a mayor

temperatura tienen mayor resistencia.

El valor de una resistencia es directamente proporcional al largo del conductor e inversamente

proporcional a la seccin del mismo.

Grficamente, lo anterior sera:

Conductor ms largo, mayor resistencia

Conductor ms corto, menor resistencia

Seccin o rea mayor (conductor ms grueso) menor

resistencia

Seccin o rea menor (conductor ms delgado), mayor

resistencia

La unidad de resistencia es el ohmio (): y ohmio es la resistencia que ofrece un conductor cuando por l circula un amperio (intensidad) y entre sus extremos hay una diferencia de potencial (tensin)

de un voltio.

Para calcular el valor de la resistencia que ofrece un material especfico, con largo y grosor

definidos, se aplica a frmula

Donde (rho) es una constante que depende del material, llamada resistividad. L, es el largo (en metros) del conductor, y S, es el grosor (en mm

2) del conductor

A. En un buen conductor, que opone baja

resistencia, los electrones fluyen

ordenadamente, sin chocar entre s. B. En un mal conductor. Elctrico, que ofrece

alta resistencia al flujo de corriente, los

electrones chocan unos contra otros al no

poder circular libremente y generan calor, lo

que aumenta la resistencia.

Cuadro con algunos valores para (rho), segn el tipo de material conductor:

Material Resistividad ( mm2 / m) a 20 C Aluminio 0,028 Carbn 40,0 Cobre 0,0172 Constatan 0,489 Nicromo 1,5 Plata 0,0159 Platino 0,111 Plomo 0,205 Tungsteno 0,0549

Ejercicio

Veamos ahora un ejemplo prctico para hallar la resistencia que ofrece al paso de la corriente

elctrica un conductor de cobre de500 metros de longitud cuyo dimetro es 1,6 mm.

Para hallar el rea o seccin del conductor de cobre ser necesario utilizar la siguiente frmula:

El rea del crculo se obtiene multiplicando el valor de por el radio al cuadrado.

Reemplazamos los valores en la frmula:

(rho = 0,0172)

El valor de (pi) lo conocemos (3,1416) .

Si el dimetro del conductor de cobre es 1,6 mm, su radio ser 0,8 mm, valor que elevamos al

cuadrado (0,8 multiplicado por 0,8)

0,8 mm 0,8 mm = 0,64 mm2

Entonces

rea o seccin = 3,1416 0,64 mm2 = 2 mm2

Ahora podemos completar la frmula

Por tanto, la resistencia ( R ) que ofrece al paso de la corriente elctrica un alambre de cobre de 2

mm2 de rea (seccin) y 500metros de longitud, a una temperatura ambiente de 20 C, ser de 4,3

ohmios.

LA LEY DE OHM

Esta ley relaciona los tres componentes que influyen en una corriente elctrica, como son la

intensidad (I), la diferencia de potencial o tensin (V) y la resistencia (R) que ofrecen los

materiales o conductores.

George Simn Ohm

Fsico alemn, descubridor de la ley que lleva su nombre. Fue profesor de matemticas Recibi la

medalla Copley de la Royal Society de Londres, en 1841.

La Ley de Ohm establece que "la intensidad de la corriente elctrica

que circula por un conductor elctrico es directamente proporcional a

la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la

resistencia del mismo"

Desde el punto de vista matemtico el postulado de la ley de Ohm se representar por medio de la

siguiente Frmula General de la Ley de Ohm:

Tensin elctrica: El generador elctrico es el origen del desplazamiento de la

electricidad. Este ejerce una presin que puede ser ms o menos grande. Esta

presin es llamada tensin elctrica o diferencia de potencial, y se puede definir como la fuerza

capaz de producir el movimiento, flujo de electrones que circulan por un conductor. La tensin

elctrica se expresa en voltios y se simboliza con la letra V, se mide con un instrumento llamado

Voltmetro.

Intensidad de corriente: Cantidad de carga elctrica que circula por un circuito en la unidad de

tiempo. Su unidad es el Amperio, y se mide con un instrumento llamado Ampermetro.

Resistencia Elctrica: Es la oposicin, la resistencia de un material que se opone al paso de la

corriente (al flujo de electrones). Su unidad es el Ohmio, se mide con un instrumento llamado

Ohmmetro.

HALLAR LA RESISTENCIA

Si, por el contrario, lo que deseamos es hallar el valor de la resistencia conectada

al circuito, despejamos la R en la frmula de la forma siguiente:

HALLAR LA TENSIN

Para hallar la tensin despejamos la frmula as y como en los casos

anteriores, sustituimos las letras por los correspondientes valores

conocidos:

Variante practica: Aquellas personas menos relacionadas con el despeje de frmulas matemticas

pueden realizar tambin los clculos de tensin, corriente y resistencia correspondientes a la Ley de

Ohm, de una forma ms fcil utilizando el siguiente recurso prctico:

Con esta variante ser necesario tapar con un dedo la letra que representa el valor de la incgnita que queremos conocer y de inmediato quedar indicada con las otras dos letras cul es la operacin matemtica que ser necesario realizar. Hallar el valor en ohm de una resistencia

Para calcular, por ejemplo, el valor de la resistencia "R" en ohm de una carga conectada a un circuito elctrico cerrado que tiene aplicada una tensin o voltaje "V" de 1,5 volt y por el cual

circula el flujo de una corriente elctrica de 0,5 amper de intensidad, procedemos de la siguiente forma:

Como se puede observar, el resultado de la operacin

matemtica arroja que el valor de la resistencia "R" conectada al

circuito es de 3 ohm.

HALLAR EL VALOR DE INTENSIDAD DE LA CORRIENTE

Veamos ahora qu ocurre con la intensidad de la corriente elctrica en el caso que la resistencia

"R", en lugar de tener 3 ohm, como en el ejemplo anterior, tiene ahora 6 ohm. En esta

oportunidad la incgnita a despejar sera el valor de la corriente " I ", por tanto tapamos esa letra:

En este resultado podemos comprobar que la resistencia es inversamente proporcional al valor de la corriente, porque cuando el valor de "R" aumenta de 3 a 6 ohm, la intensidad " I " de la corriente tambin, vara, pero disminuyendo su valor de 0, 5 a 0,25 ampere

HALLAR EL VALOR DE LA TENSIN O VOLTAJE

Ahora, para hallar el valor de la tensin o voltaje "V" aplicado a un circuito, siempre que se conozca el valor de la intensidad de la corriente " I " en ampere que lo recorre y el valor en ohm de la resistencia "R" del consumidor o carga que tiene conectada, podemos seguir el mismo procedimiento

MAGNITUDES DE UN CIRCUITO ELECTRICO.

Un circuito elctrico bsico contiene estos cuatro elementos:

1- Una fuente generadora (una pila, 220 volt, una fotoclula solar).

2- Un circuito (generalmente un conductor de cobre o aluminio) por donde circula la corriente.

3- Una carga o consumo que puede ser un foco, electrodomstico etc.

4- Un interruptor para abrir o cerrar el circuito a voluntad.

CLASES DE RECEPTORES O CIRCUITO EN CORRIENTE

ALTERNA.

En un circuito de corriente alterna, el valor de la intensidad as como su

desplazamiento de fase con respecto a la tensin vienen determinados por

las resistencias y reactancias que haya a lo largo del circuito, de las que

hemos conocido los siguientes tipos, que se puede observar en la (fig. 17).

En un circuito con resistencia pura "R", (por ej. plancha elctricas,

duchas elctricas, lmparas incandescentes etc.), la intensidad de corriente y la tensin estn en fase.

En un circuito que contiene inductancia pura "XL", (por ej. en bobinas cuyo valor de la resistencia se

puede despreciar). La intensidad de corriente est retrasada prcticamente 90 respecto a su tensin

En un circuito que contiene solamente capacitancia pura XC condensadores o capacitores la intensidad de corriente esta adelantada prcticamente 90 respecto a su tensin. Un aparato de

consumo o un circuito puede llevar varias resistencias y reactancias de distintos tipo, por lo que la

tensin puede llegar a alcanzar cualquier valor de fase comprendido entre los 90 por delante de la

intensidad y los 90 por detrs de la misma.

Potencia Reactiva

Es la potencia total que se necesita para la formacin de los campos electromagnticos en los

elementos inductivos del circuito. Esta potencia no es aprovechable para fines de transformacin de

energa elctrica en otras clases de energa y casi siempre representa una inconveniencia al circuito.

Su unidad de medida es el voltamper-reactivo "VAR" o kilovoltamper-reactivo "KVAR", y se

representa por la letra "Q".

Se determina por la frmula:

Q = V x I x seno

MAGNETISMO.

El magnetismo y los imanes en general se relacionan con la mayora de los aparatos

elctricos, como los motores elctricos, interruptores de proteccin etc...

Los imanes se dividen en, imanes naturales e imanes artificiales. Los imanes artificiales se

dividen en permanentes y temporales.

Campo magntico; es el espacio que rodea al imn hasta donde se manifieste sus polos de

atraccin o repulsin. La fuerza magntica en un imn se concentra en sus extremos

denominados polos.

Se denomina induccin magntica al fenmeno de imantacin de un cuerpo por accin de un

imn.

Existen reglas de comportamiento entre los imanes que son:

RELACIN: MAGNETISMO - CORRIENTE ELCTRICA

Electroimanes: todo conductor elctrico por el cual circula corriente elctrica a su alrededor

genera una accin magntica formndose lo que se denomina campo magntico, de forma

circular alrededor del conductor cuya intensidad de campo magntico vara de acuerdo a la

intensidad de la corriente, cuando se interrumpe la circulacin de corriente cesa el efecto

magntico..

El Solenoide

Un conductor enrollado en forma de una espiral por el cual pasa la corriente elctrica se

llama solenoide.

Electroimn

El solenoide, en cuyo interior se encuentra un ncleo de hierro, se llama electroimn. El

campo magntico del electroimn es ms potente que el solenoide, ya que el pedazo de

hierro colocado en el solenoide se magnetiza y el campo magntico resultante se intensifica.

En la tcnica s utilizan ampliamente los electroimanes: sirven para crear el campo

magntico en generadores y motores elctricos, instrumentos de mediciones y aparatos

elctricos.

Los electroimanes poseen mltiples aplicaciones como por ejemplo; timbres, gras, motores

elctricos, generadores elctricos, telfonos y otros.