Nociones Basicas De Electricidad 6n4d6k

NOCIONES BASICAS DE ELECTRICIDAD

Electricidad y corriente eléctrica • La electricidad es la acumulación o movimiento de electrones que han sido sacados de sus órbitas. Estos electrones son los llamados electrones libres, que al ser sacados de sus órbitas dentro del átomo, se mueven por la materia. Electrones fijos y libres

• La corriente eléctrica es un flujo ordenado de electrones que atraviesa un material. Algunos materiales como los "conductores" tienen electrones libres que pasan con facilidad de un átomo a otro.

• Conductores:

• Aislantes:

Los materiales aislantes tienen mayor fuerza de atracción entre el núcleo y la órbita externa.

La corriente eléctrica se mide en Amperios (A) y se simboliza como I. El Ampere (Amperio, simbolizado con la letra A) es la unidad de medida de la corriente eléctrica. Un A es la cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor por unidad de tiempo (caudal de electrones que pasan por un material). La carga eléctrica (Q) se mide en Coulombios (coulombs). 1 Coulombio equivale a 6.28x1018 electrones. Entonces: I=Q/t Un Ampere equivale a: 1 A = 1 Coulombio / segundo

Y un Miliamperio (mA) equivale a: mA=1A/1000

Para lograr que el movimiento de electrones se de en un sentido o dirección, es necesario aplicar energía que provenga de una fuente externa. (Frotación, presión, calor, magnetismo o acción química). Cuando se coloca un material eléctricamente neutro entre dos cuerpos cargados con diferente potencial (tienen diferente carga), los electrones se moverán desde el cuerpo con potencial más negativo hacia el cuerpo con potencia más positivo.

El flujo de electrones va del potencial negativo al potencial positivo.

La electricidad estática se puede producir por el frotamiento entre dos materiales diferentes generando así exceso o falta de electrones. Materiales que generan estática con facilidad: Seda, Vidrio y nylon.

Si un objeto tiene carga estática influirá en todos los objetos vecinos. Esta influencia puede ejercerse mediante o o inducción.

Cargas eléctricas por presión. Materiales que lo permiten: Cristales como el cuarzo, la turmalina y las sales de Rochelle.

Se aplica en micrófonos y auriculares de cristal que utilizan muy poca potencia.

Energía eléctrica por magnetismo. A diferencia del frotamiento, calor o presión que no pueden mantener una carga generadora de electricidad para producir una corriente eléctrica, la utilización de imanes permanentes son muy usados para conseguir electricidad estable.

Imanes Naturales : pueden cargar determinados materiales con el solo o, por ejemplo el hierro. Imanes Artificiales: pueden obtenerse mediante la aplicación de una carga eléctrica sobre el material. Por ejemplo el hierro, de mayor facilidad para ser cargado pero con menos durabilidad que el acero en cuanto al nivel de magnetización.

“Imanes Permanentes” e “Imanes Temporales”. El magnetismo es una fuerza invisible que solo puede observarse por los efectos que produce.

Atracción y repulsión.

Líneas de fuerza que abandonan el imán por un punto y entran en otro.

Movimiento de un imán junto a un conductor: Uno de los métodos por los cuales el magnetismo produce electricidad es mediante el movimiento de un imán junto con un conductor estacionario. Colocando el imán cerca del conductor y dejándolo en reposo no será capaz de producir electricidad. El movimiento es necesario porque el campo magnético que rodea al imán solo produce corriente eléctrica en el conductor cuando el campo magnético se desplaza transversalmente sobre él. Ejemplo, micrófonos dinámicos y parlantes.

Voltaje, tensión, diferencia de potencial Para lograr que una lámpara como la de la figura se encienda, debe circular por los cables a los cuales está conectada, una corriente eléctrica.

Para que esta corriente circule por los cables debe existir una fuerza, llamada Fuente de fuerza electromotriz, por ejemplo, una batería (en el caso de corriente continua), que es simplemente una fuente de tensión.

La tensión eléctrica o voltaje es la diferencia de potencial eléctrico provocado por la acumulación de cargas en un punto o en un material. Cuando hablamos del voltaje de una batería o el voltaje que se puede obtener de un toma corrientes en la pared, estamos hablando de una tensión. En el primer caso es una fuente de tensión de corriente directa y en el segundo una fuente de tensión de corriente alterna.

-Si a un material se le quitan electrones, su carga eléctrica total será positiva porque se le está quitando a un átomo neutro (que no tiene carga) electrones de carga negativa. -En cambio, si a un material se le aumentan electrones (tiene ahora mas de los que tiene cuando el átomo es neutro), su carga total será negativa.

Si se tienen dos materiales con diferentes niveles o tipos de carga, se dice entonces que hay una diferencia de potencial entre ellos. Para lograr cargar los materiales, es necesario aplicar energía a los átomos que los constituyen. Hay varios métodos para lograrlo: - por frotamiento - por presión - por calor - por magnetismo - por una acción química El Volt (voltio) es la unidad de medición de la diferencia de potencial eléctrico o tensión eléctrica, comúnmente llamado Voltaje.

La Tensión o Voltaje se mide en voltios (V). 1 kilovoltio = 1000 voltios (volts) 1 milivoltio = 1 / 1000 = 0.001 voltios (volts)

Normalmente las fuentes de tensión tienen en su salida un valor fijo. Ejemplo: 3 Voltios, 6 Voltios, 9 Voltios, 12 Voltios, etc., pero hay casos de fuentes de tensión de salida variable, que tienen usos especiales.

Tal vez la forma más fácil de entender el significado de una tensión es haciendo una analogía con un fenómeno de la naturaleza. Si comparamos el flujo de la corriente continua con el flujo de la corriente de agua de un río y a la tensión con la altura de una catarata (caída de agua), se puede entender a que se refiere el término tensión. Una fuente que entregue mucho voltaje pero poca corriente, el caso de una caída de agua muy alta con poco caudal Una fuente que entregue poco voltaje pero mucha corriente, caso de una caída de agua muy pequeña pero con mucha agua (mucho caudal). Un caso interesante es aquel en que la fuente puede entregar mucho voltaje y mucha corriente, caso en que habría una caída de agua muy alta y un caudal muy grande. Este caso en especial nos indicaría que tenemos una fuente de tensión con gran capacidad de entrega de potencia.

Corriente Alterna, Corriente Continua, Voltaje pico, Voltaje RMS, Voltaje Promedio, Período y Frecuencia. La Corriente Continua (C.C. o D.C.), es la que circula sólo en un sentido.

La Corriente Alterna (A.C.) circula durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante. Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas que usamos para alimentar los electrodomésticos, luces, etc.

El siguiente gráfico aclara el concepto:

En este caso el gráfico muestra el voltaje (que es también alterno) y tenemos que la magnitud de éste varía 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 senoidal.

El voltaje varía continuamente, y para saber que voltaje tenemos en un momento específico, utilizamos la fórmula; V = Vp x Seno (Θ) donde Vp = V pico (ver gráfico) es el valor máximo que obtiene la onda y Θ es una distancia angular y que se mide en radianes. Para cada distancia angular diferente el valor del voltaje es diferente, siendo en algunos casos positivo y en otros negativo (cuando se invierte su polaridad.) Frecuencia (f) : es la cantidad de ciclos de esta señal de voltaje que suceden en un segundo, con unidad de ciclos / segundo, que es lo mismo que Hertz o Hertzios. Periodo (T) : es el tiempo necesario para que un ciclo de la señal anterior se produzca y tiene la fórmula: T = 1 / f, o sea el período (T) es el inverso de la frecuencia. (f) Voltaje Pico Máximo y Mínimo (Vp) : son respectivamente el mayor y menor valor de voltaje durante un período de la corriente. Voltaje de Pico a Pico (Vpp) : Es la diferencia entre los Vp máximo y mínimo.

Voltaje RMS (Vrms) : Es equivalente a 0.707*Vp (o sea, a la amplitud RMS de una onda sinusoidal con valor pico de amplitud Vp). Este valor de voltaje es el que obtenemos cuando utilizamos un voltímetro. La RMS de una AC tiene una relación con la disipación de calor o efecto térmico que una CD de igual valor disiparía. En otras palabras: El valor RMS es el valor del voltaje o C.A. que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente en C.D.

Voltaje Promedio (Vpr) : El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero ( 0 ). Si se toma en cuenta solo un semiciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es:

VPR = VPICO x 0.636 Y la relación que existe entre los valores RMS y promedio es: VRMS = VPR x 1.11 VPR = VRMS x 0.9

Ejemplos:

1-Si se prepara un voltímetro para que pueda medir voltajes en corriente alterna (A.C.) y medimos la salida de un tomacorriente domésticos, lo que vamos a obtener es 110 Voltios o 220 Voltios aproximadamente, dependiendo del país donde se mida. El voltaje que leemos en el voltímetro es un VOLTAJE RMS de 110 o 220 Voltios. Cuál será el voltaje pico (Vp) de esta señal? Revisando la fórmula del párrafo anterior despejamos Vp. Vp = Vrms / 0.707 -Caso Vrms = 110 V, Vp = 110 / 0.707 = 155.6 Voltios - Caso Vrms = 220 V, Vp = 220 / 0.707 = 311.17 Voltios 2-Encontrar el voltaje RMS de una señal con VPICO = 130 voltios 130 Voltios x 0.707 = 91.9 Voltios RMS Si se tiene un voltaje RMS y se desea encontrar el voltaje pico: VPICO = VRMS / 0.707 3-Encontrar el voltaje Pico de un voltaje VRMS = 120Voltios VPICO = 120 V / 0.707 = 169.7 Voltios Pico

Fuente de Poder y Fuente de Alimentación Muchos circuitos necesitan para su funcionamiento, una alimentación de corriente continua (C.C.), pero lo que normalmente se encuentra es alimentación de corriente alterna (C.A.). Por ello se necesita el procedimiento que se explica abajo.

En el gráfico anterior se puede ver el funcionamiento de una fuente, con ayuda de un diagrama de bloques y de las formas de onda esperadas al inicio (entrada), al final (salida) y entre cada uno de ellos. La señal de entrada es una onda senoidal cuya amplitud dependerá del lugar en donde vivimos (110 / 220 Voltios u otro) El transformador disminuye la amplitud de la señal de entrada a un valor que esté de acorde al voltaje final de corriente continua. El rectificador convierte la señal anterior en una onda de corriente continua pulsante, y elimina la parte negativa de la onda. El filtro alisa o aplana la onda anterior eliminando el componente de corriente alterna (C.A.) que entregó el rectificador.

El regulador entrega una tensión constante sin importar las variaciones en la carga o del voltaje de alimentación.

Resistencia y Conductancia La Resistencia (R) es la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. La Conductancia (G) es el inverso de la resistencia. Los factores principales que determinan la resistencia eléctrica de un material son: Tipo de material: Cuando el material tiene muchos electrones libres, como es el caso de los metales, permite el paso de los electrones con facilidad y se le llama Conductor. Algunos Materiales Conductores son: cobre, aluminio, plata, oro, etc. Si, por el contrario, el material tiene pocos electrones libres, este dificultará el paso de la corriente y se le llama Aislante. Algunos Materiales Aislantes son: cerámica, baquelita, madera, papel, plástico, etc.

Longitud: Un material de mayor longitud tiene mayor resistencia eléctrica. Sección transversal: Un material con mayor sección transversal tiene menor resistencia. Por ejemplo, dos cables con diferente grosor. Temperatura: materiales que se encuentran a mayor temperatura tienen mayor resistencia. La unidad de medida de la resistencia eléctrica es el Ohmio y se representa por la letra griega omega (Ω) . La unidad de medida de la conductancia eléctrica es el Siemmens y se representa con la letra S.

Ley de Ohm Establece una relación entre Voltaje (Tensión), Resistencia y Corriente. En un circuito sencillo en donde tenemos en serie una fuente de tensión (por ejemplo, una batería de 12 voltios) y una resistencia de 6 ohms (ohmios), se puede establecer una relación entre la tensión de la batería (expresada en Volts), la resistencia (expresada en Ohms) y la corriente que entrega la batería y circula a través de este resistor (expresada en Amperios). Esta relación se establece de acuerdo con la Ley de Ohm y es: I=V/R Entonces, para el ejemplo anterior, la corriente que circula en el circuito es: I = 12 Voltios / 6 ohms =

2 Amperios.

Para despejar el voltaje en función de la corriente y la resistencia, entonces de acuerdo con la Ley de Ohm quedaría: V=I*R V = 2 Amperios * 6 ohms =

12 V

Si se despeja la resistencia en función del voltaje y la corriente tenemos: R=V/I Entonces, si se conoce el voltaje y la corriente, se obtiene que: R = 12 Voltios / 2 Amperios = 6 ohms

Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se utiliza el siguiente triángulo:

Triángulo de la ley de Ohm V=IxR

I=V/R

R=V/I

Conexión a tierra. Una conexión a tierra es conectar las partes metálicas que no reciben corriente directamente de algún elemento eléctrico a un cable (amarilloverde) que estará conectado en algún punto a la tierra. Sirve para que si alguna parte metálica de algún elemento entra en o con el cable de fase, la corriente que se genere sea conducida hasta la tierra, de modo que no fuese a parar a alguna persona o animal que tocase esa parte metálica.

Si a todas las partes metálicas de los artefactos eléctricos les uno un cable (amarillo-verde) que en algún punto ira conectado físicamente a la tierra ante cualquier o de la fase con esa parte metálica la corriente iría directamente por este cable a la tierra en vez de ir a la persona, debido a que la persona presenta una resistencia elevada y la tierra muy poca. La corriente siempre va por donde menos resistencia tiene.

Impedancia La impedancia es la oposición al paso de la corriente alterna, equivale a la resistencia en corriente continua. Se mide en ohms.

Se puede ver que la impedancia varía de acuerdo al contenido de frecuencia de la señal. Esto ocurre por ejemplo en las cajas acústicas.

Circuito serie:

Circuito paralelo:

Conceptos de potencia y energía Antes de examinar en detalle qué es la Potencia, primero se debe entender qué es energía. Se puede entender como energía a la capacidad que se tiene para realizar algo. Por ejemplo, si se conecta una batería o pila a un foco incandescente se observa que esta energía se convierte en luz y también se disipa en calor. La unidad de energía es el Joule (J). La Potencia es la rapidez o velocidad con que se consume la energía (por ejemplo, se deja el foco encendido gastando energía en luz y calor) se mide en Joules/segundo. La fórmula para la potencia es: P = J / T (energía por unidad de tiempo) Si se consume un Julio en un segundo se dice que se consumió un Watt de potencia. La unidad de potencia es el Watt, y en electricidad y electrónica equivale a la multiplicación de la corriente (en amperios) por el voltaje (en voltios). Recuérdese que la unidad de la corriente es el Amperio, que se basa en la cantidad de electrones por segundo, o Coulombs. P = I * V (Watts) Hay múltiplos y submúltiplos del watt, o vatio, como por ejemplo: - el miliwatt o milivatio: 1W / 1000 - el kilowatt o kilovatio: 1W * 1000 - el megawatt o megavatio: 1W / 1000000 Ejemplo: Si en un resistor I = 0.25 amperios y V = 3 Voltios P = I x V = 0.25 x 3 = 0.75 watts = 750 miliwatts Con ayuda de la ley de Ohm, se obtienen los siguientes resultados P = V^2 / R y P = I^2 x R Esta fórmula es muy útil para hallar la potencia en un resistor, donde la energía se convierte en calor. Pero la energía no siempre se transforma en calor. En el caso de un motor eléctrico, la potencia se convierte en movimiento. En una emisora de radio o televisión la potencia se convierte en gran parte en ondas electromagnéticas. En un equipo de sonido la potencia se convierte en ondas sonoras. En un foco la potencia se convierte en luz y calor. Normalmente el calor que se disipa no se aprovecha y se considera potencia perdida o potencia inútil. La idea principal en los motores, focos, etc. es lograr que la potencia que se les suministra sea aprovechada al máximo, de manera que la potencia perdida en calor y otros sea mínima. Para saber que también se logra esto, se utiliza el concepto de rendimiento: Rendimiento = Potencia de salida / Potencia de entrada Ejemplo: Si un foco es de 100 Watts, pero la potencia que se aprovecha en luz es 80 watts, el rendimiento será: 80 / 100 = 0.8 = 80%. El 20% restante se pierde en calor.