La electricidad - edu.xunta.gal · se descompensa la distribución de las cargas. Por ejemplo...
84
La electricidad y sus aplicaciones Electricidad Corriente eléctrica Magnitudes eléctricas Ley de Ohm Circuito eléctrico Elementos Símbolos Asociaciones eléctricas Producción de electricidad Potencia eléctrica
Transcript of La electricidad - edu.xunta.gal · se descompensa la distribución de las cargas. Por ejemplo...
La electricidady sus aplicaciones
ElectricidadCorriente eléctricaMagnitudes eléctricasLey de OhmCircuito eléctrico
ElementosSímbolos
Asociaciones eléctricasProducción de electricidadPotencia eléctrica
LA ELECTRICIDAD
Hoy en día necesitamos la electricidad para realizar casi todas nuestras actividades diarias.
Ejercicio 1.
Realiza una lista de 10 objetos que empleen la energía eléctrica
¿Qué pasaría si no hubiese electricidad?
LA ELECTRICIDAD
La materia está formada por átomos, los cuales a su vez poseen unas partículas más pequeñas con carga eléctrica:
los electrones y protones
Los electrones y protones que están dentro de los átomos tienen carga negativa y positiva respectivamente. Átomo
Electrón
Protónes
La electricidad engloba todos los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas de los cuerpos.
LA ELECTRICIDAD
Las cargas crean unas fuerzas entre ellas de atracción y repulsión en función del signo de la carga:
Cargas iguales: se repelenCargas diferentes: se atraen
Atracción Repulsión Repulsión
LA ELECTRICIDAD
La materia se puede cargar eléctricamente cuando se descompensa la distribución de las cargas.
Por ejemplo podemos hacerlo al frotar un bolígrafo contra el pelo y acercarlo contra pedazos de papel
La corriente eléctrica
¿ Cómo podemos mover las cargas?Si queremos mover las cargas eléctricas tenemos que crear una descompensación entre dos elementos y conectarlos.
Distribución de cargas desequilibrada
Cargas equilibradas
La corriente eléctrica
¿Pero cómo se mueven los electrones?
Por ejemplo, en una batería un polo tiene más electrones (cargas negativas), por ello al conectarlo con el otro polo se inicia un trasvase de electrones hasta que se llega al equilibrio.
Hemos creado corriente eléctrica
La corriente eléctrica
Podemos lograr que las cargas se muevan continuamente, creando así una corriente eléctrica.
La corriente eléctrica es el desplazamiento de las cargas eléctricas a través de un material.
Tipos de materiales. La estructura atómica de cada material determina la
mayor o menor facilidad con que se desplazan los electrones, de manera que se pueden clasificar los materiales según su comportamiento eléctrico en:
• Conductores. Permiten el paso de la corriente eléctrica. Los metales, el agua.
• Aislantes. No permiten el paso de la corriente eléctrica. La madera, el vidrio, los plásticos y el aire.
• Semiconductores. Presentan propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes. Germanio y silicio.
Resistencia eléctrica de los materiales.
Es la oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica . Se representa con la
letra R y se mide en ohmios Ω
Resistencia eléctrica de los materiales
EJERCICIO 2 2
Calcula la resistencia eléctrica de un cable de cobre de 10 m de longitud y 1,5 mm2 de espesor si sabemos que su resistividad es de 0,017 Ω•mm 2/m
EJERCICIO 3:Calcula la resistencia de un conductor de aluminio de 5500 m de longitud, si su sección es de 25 mm2, si sabemos que la resistividad del aluminio es de :0,028 Ω•mm 2/m
R=ρlS
La resistencia eléctrica de un conductor se puede calcular con la siguiente expresión:
ρ = resistividad (Ω•mm 2/m)
l = longitud (m)
S = sección (mm2)
La corriente eléctrica
¿Para qué sirve la corriente eléctrica?
Gracias al movimiento de cargas se transforma la energía eléctrica en otras energías útiles para nosotros
Energía magnética
La corriente eléctrica
Energía calorífica
Energía luminosa
Energía mecánica
Energía magnética
Energía Eléctrica
La corriente eléctrica se transforma en las siguientes energías.
y estas a su vez pueden usarse para crear energía eléctrica
Ejercicio 4:Tienes que buscar en casa seis equipos eléctricos y escribir sus nombres indicando la energía que se obtiene al transformar la electricidad.
Equipo eléctrico
Energía
Vitrocerámica Energía calorífica
Las magnitudes eléctricas
Para poder entender la electricidad debemos conocer las magnitudes que definen la electricidad:
VOLTAJEINTENSIDAD
RESISTENCIA
Las magnitudes eléctricas: El voltaje eléctrico
¿Por qué se mueven las cargas?Los electrones necesitan energía para moverse por un material y esta se llama Voltaje
Definimos el voltaje como la energía por unidad de carga que hace que estas circulen por un material. Esta magnitud que se mide en Voltios
Las magnitudes eléctricas: La corriente eléctrica
Para entender la corriente podemos entenderla como una corriente de agua donde las gotas son las cargas eléctricas
Aprovechamos la fuerza del movimiento de las gotas de agua para crear energía
Las magnitudes eléctricas. El voltaje eléctrico
Vemos que el agua tendrá mas fuerza si tiene más agua en el depósito. Lo mismo ocurre con la electricidad
Menos presión de agua
Más presión de agua
Las magnitudes eléctricas. El voltaje eléctrico
Cuanto mayor es la tensión eléctrica mayor energía tendrán las cargas eléctricas en su movimiento
Menos tensión
Más tensión
Las magnitudes eléctricas. La intensidad eléctrica
La intensidad eléctrica es la cantidad de carga que circula a través de un conductor por unidad de tiempo. Se mide en Amperios
Menor intensidad
Mayor intensidad
Las magnitudes eléctricas. La resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica es la oposición que presentan los conductores al paso de corriente. Se mide en Ohmios
Menor Resisitencia
Mayor Resistencia
La ley de Ohm
La ley de Ohm nos relaciona las tres magnitudes eléctricas : I=
VR
Magnitud Unidad
Nombre Símbolo Nombre Símbolo
Voltaje V Voltios V
Intensidad I Amperios A
Resistencia R Ohm Ω
La ley de Ohm
La intensidad del circuito depende del voltaje de forma directamente proporcional:
Si el voltaje es alto: las cargas llevan mucha energía por lo que la Intensidad será alta
I=VR
La ley de Ohm
La intensidad depende de la resistencia de forma inversamente proporcional:Si hay mucha resistencia, existe mucha oposición al paso de las cargas por lo que hay poca intensidad
I=VR
Salen pocas cargas debido a la oposición que encuentra
La ley de Ohm
Ejercicio 5:Justifica cómo sería la intensidad si:• Tenemos poco Voltaje V• Tenemos poca resistencia R
I=VR
I=VR
La ley de Ohm
Ejercicio 6: Explica cómo será la Intensidad si:
Aumentamos la Resistencia y el Voltaje.
Disminuimos la Resistencia e incrementamos el Voltaje.
Aumentamos la Resistencia y disminuimos el Voltaje.
Disminuimos la Resistencia y el Voltaje.
La ley de Ohm. Cálculos con la ley de Ohm
Para calcular el valor que tiene una de las tres magnitudes debemos conocer el valor de las otras dos y sustituir su valor en la ecuación de Ohm:Por ejemplo si queremos saber la I y sabemos que R=20 y V= 80V
I=VR
I=8020
=4
I=4 A
La ley de Ohm. Cálculos con la ley de Ohm
Ejercicio 7:Calcula el valor de la Intensidad en los siguientes casos
I=VR
V (V) R () I (A)
2 2
2 4
2 4
10 5
5 10
20 1000
El circuito eléctrico
El circuito eléctrico es un conjunto de elementos que permiten controlar la corriente eléctrica
Necesitamos:1.Generador2.Elementos de
control3.Receptores 4.Conductores5.Elementos de
Protección
El circuito eléctrico. Elementos
Los elementos imprescindibles para un circuito son:• Generador: crea la corriente eléctrica aplicando
un voltaje al circuito. Pueden ser:– Pilas: Proporcionan corriente eléctrica pero de corta
duración. Si se pueden recargar hablamos de baterías– Fuentes de alimentación: permiten una corriente eléctrica
constante y continua.
El circuito eléctrico. Elementos
Los elementos imprescindibles para un circuito son:
• Elemento de maniobra: nos permite controlar el circuito – Interruptores: mantienen la
posición de encendido o apagado (la luz del baño)
– Pulsadores: sólo cierra el circuito mientras mantenemos pulsado (el timbre de la puerta)
– Conmutador: permite encender o apagar un elemento desde varios puntos de la habitación
El circuito eléctrico. Elementos
Receptores: son los elementos que transforman la energía eléctrica en otra útil para nosotros. Por ejemplo:– Bombillas incandescentes: al pasar corriente
por el filamento este se calienta emitiendo luz
– Motores: la electricidad crea un campo de fuerzas que crea el movimiento
– Resistencias: sirven para disminuir la intensidad que circula por un circuito
El circuito eléctrico. Elementos
• Conductor: todos los elementos deben de estar unidos mediante un material conductor
Los Conductores y equipos eléctricos tienen que estar aislados para protegernos de descargas eléctricas cuando los tocamos.
El circuito eléctrico. Elementos
Ejercicio 8: Indica cuál de estas bombillas lucirá y porqué :
Ejercicio 9: ¿Lucirá esta bombilla? ¿Por qué?
El circuito eléctrico. Elementos
Elementos de protección: evitan que se destruyan los restantes elementos del circuito cuando hay subidas o bajadas de tensión– Fusibles: son componentes que se
destruyen en caso de subida de tensión, cortando el circuito. Se cambian con facilidad
– Interruptores automáticos: protegen instalaciones complejas como las de las casas, sin tener que cambiarlos, solo reactivando el interruptor
El circuito eléctrico. Simbología
La simbología eléctrica nos permite representar los circuitos eléctricos empleando dibujos que sustituyen los elementos de los circuitos.
El circuito eléctrico. Simbología
Generador
Pila, batería o dinamo
Asociación de generador
Conductores:
cuando se solapan sin conetarse se indica con una curva
El circuito eléctrico. Simbología
Elementos de maniobra
Pulsador
Interruptor
Conmutador
El circuito eléctrico. Simbología
Elementos de protección
Fusible
Receptores:
Lámpara
Resistencias: poseen dos símbolos
Motores
El circuito eléctrico. Simbología
Ejercicio 10: Dibuja los siguientes circuitos empleando la simbología normalizada
El circuito eléctrico. Simbología
Ejercicio 11: Dibuja los siguientes circuitos empleando la simbología normalizada
El circuito eléctrico. Simbología
Ejercicio 12: Dibuja los siguientes circuitos empleando la simbología normalizada
Conexiones de los circuitos eléctricos
El comportamiento de los elementos de un circuito dependen de cómo estén estos conectados entre sí. Existen tres configuraciones posibles:– Serie– Paralelo– Mixto
Conexiones de los circuitos eléctricos
Conexión en SERIELa conexión en serie distribuye los elementos conectando sus extremos uno tras otro
De esta forma sólo existe un punto de unión entre los elementos– 1 y 2 están unidos sólo por el punto A
– 2 y 3 están unidos sólo por el punto B
Conexiones de los circuitos eléctricos
Conexión en PARALELOLa conexión en paralelo tiene todos los elementos conectados entre sí por dos puntos
De esta forma 1, 2 y 3 están unidos a A y a B
Conexiones de los circuitos eléctricos
Conexión MIXTALa conexión mixta posee elementos conectados en serie y otros en paralelo
1, 2 y 3 están en paralelo y todos ellos a su vez están en serie con 4
Conexiones de los circuitos eléctricos
Ejercicio 13:Indica cual de los siguientes elementos está en serie, paralelo y mixto.
Conexiones de los circuitos eléctricos
Ejercicio 14:Indica cual de los siguientes elementos está
en serie, paralelo y mixto.
Conexiones de los circuitos eléctricos
Ejercicio 15
Indica cual de los siguientes elementos está en serie, paralelo y mixto.
Conexiones de los circuitos eléctricos: asociaciones de resistencias
A la hora de realizar cálculos en circuitos debemos empezar siempre por calcular la resistencia equivalente del circuito. El método a usar será diferente según las resistencias estén conectadas en serie o en paralelo.- Si las resistencias están en serie, para calcular la resistencia equivalente se suman. Rtotal= R1 + R2+…Rn
-Si las resistencias están asociadas en paralelo, se calcula la inversa de la suma de las inversas de cada resistencia.
Rtotal = 1
1 /R1+1/R2+. .1/. . Rn
Conexiones de los circuitos eléctricos: asociaciones de resistencias
EJERCICIO 16:
Calcula el valor de la resistencia equivalente en los siguientes circuitos:
Conexiones de los circuitos eléctricos
¿Pero que resultado tiene las diferentes asociaciones de los elementos?
Las asociaciones en paralelo y serie tienen efectos sobre la intensidad y voltaje que llegan a los elementos conectados
Conexiones de los circuitos eléctricosEl voltaje
Serie Paralelo
El voltaje se reparte entre los elementos, de forma que tienen menos energía para cada bombilla, por lo que lucen poco
El voltaje llega por igual a todos los elementos, por lo que todas la bombillas tienen la misma energía que la pila y lucen igual
La intensidad
Serie Paralelo
En serie todas las bombillas están en línea y por ello generan mayor resistencia, por lo que la intensidad es menor y la pila durará más tiempo
En paralelo las bombillas separadas ofrecen menos resistencia por lo que la intensidad por las bombillas será grande y la pila se agotará pronto
El circuito
Serie Paralelo
Si se corta en algún punto el circuito, ya no podrá continuar la electricidad por lo que todo el circuito está cortado
En paralelo si se corta en algún punto, la corriente puede ir por otro camino por lo que no se corta todo el circuito
Cortado
Conexiones de los circuitos eléctricos
• Si estamos en serie y hay una fuga el agua no puede continuar. En paralelo encuentra otro camino
ACTIVIDADES
EJERCICIO 17:
En los circuitos de la figura calcula; la resistencia equivalente, la intensidad que circula por cada resistencia, la caída de tensión en cada resistencia, la potencia entregada por la pila y la potencia consumida en cada resistencia.
Circuito A: Circuito B:
ACTIVIDADES
EJERCICIO 18:En el siguiente circuito calcula:La resistencia equivalente.La intensidad total que recorre el circuito.La intensidad que recorre cada resistencia.El voltaje o diferencia de potencial en cada resistencia.La potencia entregada por la pila y la consumida en cada resistencia.
ACTIVIDADESEJERCICIO 19:
En el circuito de la figura calcula; la resistencia equivalente, la intensidad que circula por cada resistencia, la caída de tensión en cada resistencia, la potencia entregada por la pila y la potencia consumida en cada resistencia. Calcula también la energía proporcionada por la pila en Kw.h sabiendo funciona 2 horas.
Producción de energía eléctrica
La generación de electricidad comenzó cuando Alessandro Volta hizo su primera batería eléctrica.
Producción de energía eléctrica
Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica puede alterar una brújula (que tiene una aguja inmantada).
Lo mismo pasa si ponemos un imán natural, por lo que Oersted concluyó que un circuito cerrado es un imán artificial.
Producción de energía eléctrica
Michael Faraday
Mr Michael Faraday tuvo una idea, si una corriente eléctrica puede generar un campo magnético,
¿Puede un campo magnético crear una corriente eléctrica?
Producción de energía eléctrica
Por lo tanto Mr Michael Faraday descubrió que podemos crear electricidad cuando movemos un imán cerca de un circuito cerrado. Esta es la base del electromagnetismo. Gracias a este fenómeno, las centrales eléctricas pueden generar corriente eléctrica.
TIPOS DE CORRIENTELa eléctrica puede ser de dos tipos:
La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor. En la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. (Del polo positivo al polo negativo, pasando por el circuito, según el sentido convencional de la corriente)
Las pilas, baterías , células fotovoltaicas y dínamos suministran corriente continua.
• Se denomina corriente alterna (CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. Va cambiando de sentido y por tanto de signo continuamente, con tanta rapidez como la frecuencia de oscilación de los electrones (50 Hz).
• Se representa gráficamente mediante una onda senoidal.
• Este tipo de corriente es la que se genera en las centrales eléctricas.
TIPOS DE CORRIENTE
Producción de energía eléctrica
Hoy en día, las grandes centrales eléctricas emplean el descubrimiento de Faraday (leyes del electromagnetismo).
Producción de energía eléctrica
Se usan otras energías como la eólica, la hidráulica, la térmica de combustión, la térmica nuclear etc, para mover una turbina que a su vez mueve el alternador que genera la corriente eléctrica alterna.
Generadorturbina
Distribución de la energía eléctricaDesde el generador de la central eléctrica se transmite la electricidad a nuestras casas pasando por diferentes transformadores elevadores y reductores de la tensión y por las líneas de alta, media y baja tensión.
Transformador
Línea de alta tensión Línea de baja
tensión
Transformador
Potencia eléctrica
¿Qué diferencia hay entre una bombilla de 100 W y una de 7 W?
Esta es una bombilla de bajo consumo porque consume menos energía (7 W) que una incandescente(100W)
Lo sabemos porque W (vatio) es la unidad de la potencia eléctrica.
Potencia eléctrica
El vatio (W) es la unidad de la Potencia Eléctrica y expresa la energía consumida por unidad de tiempo de un equipo eléctrico.
P=V⋅I P= Potencia (Vatios W)V= Voltaje (voltios V)I= Intensidad (Amperio A)
Potencia eléctrica
En casa todos los enchufes tienen 230 Voltios, por lo que si sabemos la que la potencia de una bombilla de 100W podemos calcular la Intensidad a través de la bombilla.
P= 100WV= 230 V
P=V⋅I
I=PV
I=100230
I=0,43 A
Potencia eléctrica
La electricidad que consumimos se mide en kwh y pagamos entre 0,1- 0,15 € cada Kwh.
Potencia eléctrica
Un Kwh es la energía eléctrica que consumimos, se calcula multiplicando la potencia eléctrica del aparato por las horas de uso:
E=P.t
E=energía eléctrica (kw.h)P= Potencia eléctrica (W)t= tiempo (horas)
Potencia eléctrica
Para calcular el coste de la energía consumida multiplicamos la energía consumida en kwh por el precio del kw.h que nos fija la compañía eléctrica que puede variar entre 0,1 – 0,15 € cada kwh.
Coste = E (kw.h) . precio (euros/kw.h)
Potencia eléctrica
EJERCICIO 20:Vamos a calcular cuánto tenemos que pagar cuando usamos una lavadora durante 2h si su potencia es de 1500W.
P= 1500W = 1,5 KWt= 2 h
E(energía consumida)= P.t= 1,5 KW.2h= 3 KW.h
Coste= E. precio= 3KW. 0,1 euro/KW.h= 0,3 euros.
ACTIVIDADES DE REPASO
Une con flechas:
Contesta a las siguientes preguntas:-¿Qué es la corriente eléctrica?-¿En qué tres tipos clasificas los materiales según su conductividad eléctrica?-¿Qué es el voltaje eléctrico? ¿En qué unidades se mide?-¿Qué es la intensidad eléctrica? ¿En qué unidades se mide?-¿Qué es la resistencia eléctrica?¿En qué unidades se mide?-¿La resistencia eléctrica depende de las dimensiones del conductor? Indica la fórmula que las relaciona.-¿En qué tipo de energía se puede convertir la corriente eléctrica según el receptor?
ACTIVIDADES DE REPASO
ACTIVIDADES DE REPASO• ¿A qué dispositivo pertenece cada uno de los
siguientes símbolos?
¿Cuáles de los montajes están en serie y cuáles en paralelo?
Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones y corrige las falsas.
A cerradoB abierto
A abiertoB cerrado
A cerradoB cerrado
Motor
Lámpara 1
Lámara 2
Indica en las situaciones que se presentan en la tabla si funcionarán las lámparas y el motor
Calcula el valor de la intensidad
V (V) R () I (A)
6 2
7 2
4 6
300 6
21 7
1000000 20
Contesta a las siguientes preguntas:
- ¿En qué hecho se basó Michael Faraday en relación a la generación de
corriente eléctrica? - ¿En qué principio se basa la generación de corriente eléctrica?- ¿Qué dos tipos de corriente eléctrica existen? Explica las diferencias entre ellas.- ¿Cuál es el principio de funcionamiento de las centrales eléctricas?
- Indica en el esquema los tipos de centrales que se ven y el nombre de los componentes que ves.
Contesta a la siguiente pregunta:
- Indica en la imagen los elementos que forman parte de la red de distribución de la energía eléctrica.
