Electricidad y circuitos eléctricos TEMA 2

2 Profesiones de la electricidad: Ingeniería Informática, Grado en Ingeniería Eléctrica, Técnico Superior en Electricidad y Electrónica Índice...

2 Profesiones de la electricidad: Ingeniería Informática, Grado en Ingeniería Eléctrica, Técnico Superior en Electricidad y Electrónica Índice 11 La composición de la materia y la electricidad 2 2 La corriente eléctrica Electricidad. 33 El circuito eléctrico Circuitos eléctricos. 4 4 Esquemas eléctricos 5 La magia del 5 Componentes del circuito eléctrico movimiento de los 6 electrones. Desde la pila hasta el circuito 6 Magnitudes eléctricas electrónico. 7 7 Consumo eléctrico y medio ambiente 8 Conexión de componentes ¿Somos eléctricamente dependientes?  Estructura del átomo Qe=-1,602⋅10-19 C Qp=+1,602⋅10-19 C Qn= 0 C Ley de cargas La carga eléctrica es la propiedad que tienen algunas partículas (electrones y protones) de atraerse o repelerse entre sí. Es “una especie de energía” que les hace comportarse de cierta manera cuando están cerca de otras partículas cargadas, cumpliéndose la ley de cargas. Vamos a distinguir dos tipos de electricidad: ELECTRICIDAD ESTÁTICA ó electrostática: cuando las cargas eléctricas están en reposo. Descubierta en la antigua Grecia. Frotar ámbar o azabache contra tela de lana o pieles y luego el ámbar atraía paja o pelusas. Se acumulaba carga estática en el ámbar, que se cargaba negativamente porque el ámbar tiene la capacidad de atraer electrones Electricidad proviene del griego "ēlektron", que significa ámbar. Frotar un globo contra el cabello y luego el globo atrae trozos pequeños de papel. Aquí el globo gana electrones y se carga negativamente, el cabello pierde electrones y se carga positivamente. Al peinarnos, el peine o cepillo atrapa electrones del cabello. El cabello queda cargado positivamente e incluso, en ocasiones, las cargas positivas se repelen y hace que los cabellos se repelan entre sí y al levantarse quedan como “parados”. Frotar los zapatos contra una alfombra y luego tocamos un elemento metálico. Atrapamos los electrones y nos cargamos negativamente, por lo que al tocar un elemento conductor (metal) sentimos una descarga o corrientazo. USOS ACTUALES de la estática: Ø Impresión laser (color o B/N): el rayo láser ilumina o “dibuja” lo que se va a imprimir en la página, otorgándole carga negativa. Las partículas de tinta con carga positiva se adhieren a estas regiones y se copia la imagen. Ø Pintura estática: se pintan vehículos y aviones, cargándose negativamente el objeto a ser pintado y luego se aplica la pintura cargada positivamente. Esto confiere un acabado liso y homogéneo.  ELECTRICIDAD DINÁMICA ó corriente eléctrica o electricidad: cuando las cargas eléctricas están en movimiento debido a una diferencia de cargas, generando también un campo magnético. Dicho de otra manera, la corriente eléctrica es el flujo de electrones a través de un material conductor desde un elemento con carga negativa (ánodo) hasta un elemento con carga positiva (cátodo). De forma consensuada, se considera que el sentido de la corriente eléctrica convencional es contrario al flujo real de los electrones. En el estudio de la electricidad se mantiene el sentido convencional por varios motivos: primero, ayuda a entender la Historia de la electricidad (siempre se creyó que iba del positivo al negativo), también a comprender el uso de modelos simplificados en la ciencia, y también a los estudiantes a entender el funcionamiento de componentes como resistencias, condensadores y fuente de energía. 1. ¿Por qué nos interesa tanto el movimiento de los electrones, si son partículas minúsculas que ni siquiera podemos ver con un microscopio? Nos interesa debido a que gracias a dicho movimiento se produce la corriente eléctrica. 2. ¿Por qué los enchufes, a diferencia de las pilas, no tienen un polo marcado como positivo (+) y otro polo marcado como negativo (-)? Debido a que la corriente alterna va cambiando de signo unas 50 veces por segundo y los aparatos eléctricos no tienen polaridad. 3. En muchos aparatos de uso diario, como en el cargador de tu portátil o teléfono móvil aparecen las siglas AC y DC (en inglés) o CA y CC (en castellano) ¿Qué significan? En inglés, AC significa alternate current, y DC, direct current. En castellano, CA es corriente alterna, y CC, corriente continua. Resistor/Resistencia  DESCRIPCIÓN DE LOS ESQUEMAS ELÉCTRICOS DE ESTOS CIRCUITOS Resistor/Resistencia Bombilla alimentada por una Una pila que alimenta tres pila bombillas conectadas en serie o hilera  DESCRIPCIÓN DE LOS ESQUEMAS ELÉCTRICOS DE ESTOS CIRCUITOS Circuito típico de un timbre: una fuente de corriente alterna Bombilla alimentada por dos alimenta un zumbador. Un pilas conectadas en serie. pulsador controla el circuito. Resistor/Resistencia Una pila alimenta a un pulsador Dos pilas alimentan a un y un motor. pulsador y un zumbador  ESQUEMA ELÉCTRICO DE ESTE CIRCUITO Una pila (generador de corriente continua) alimenta a un Resistor/Resistencia zumbador y dos bombillas. Una de las bombillas está controlada por un interruptor y la otra por un pulsador.  FUNCIONAMIENTO DE UN CIRCUITO A TRAVÉS DE SU ESQUEMA ELÉCTRICO Indica qué pasará en este circuito en los casos siguientes: a) Se cierra el interruptor. Se encienden las bombillas y suena el zumbador. b) Se quema el zumbador. Si el interruptor está cerrado, seguirán funcionando las bombillas. Resistor/Resistencia c) Se funde una bombilla con el interruptor. La otra no funcionará, pero el zumbador sonará si el interruptor se cierra. Funcionamiento de una pila Las pilas generan corriente continua a partir de reacciones químicas que se producen en su interior. Contienen dos compuestos químicos que al cerrarse el circuito, reaccionan de tal manera que uno de ellos gana electrones y el otro los pierde. Cuando la reacción química ha terminado, la pila está gastada y hay que reemplazarla por otra nueva. Las pilas que son recargables emiten 28 veces menos gases de efecto invernadero que las pilas convencionales, pues duran mucho más que estas.  ¿Qué diferencia hay entre una pila y una batería? Las dos generan energía mediante reacciones químicas. La diferencia es que las baterías son reversibles, es decir, se pueden La velocidad de los electrones y la corriente recargar. La velocidad de los electrones en un cable de cobre es menos de 1 mm/s. Y la velocidad de propagación ¿En qué año se construyó el primer coche eléctrico? de la electricidad es muy cercana a la velocidad de la luz. ¿Cuánto tardará en encenderse una bombilla En 1827 se construyó un pequeño vehículo eléctrico, aunque no en Sevilla si el interruptor está en Nueva York? fue hasta 1888 que se fabricó en Alemania el considerado primer 𝑒 5731 𝑘𝑚 (𝑆𝑒𝑣𝑖𝑙𝑙𝑎 − 𝑁𝑌) coche eléctrico comercial. 𝑡= = = 0,019 𝑠 = 19 𝑚𝑠 𝑣 300000 𝑘𝑚/𝑠 El vehículo La Jamais Contente, fabricado en forma de torpedo por el belga Camille Jenatzy, se hizo famoso porque era eléctrico y superó la barrera de los 100 km/h (105,88 km/h). ¿Por qué se enciende la luz de manera instantánea cuando pulsas el interruptor de casa? Porque el cobre contiene gran cantidad de átomos enlazados con grandes nubes de electrones alrededor y estos no necesitan desplazarse largas distancias, sino “empujarse” unos a otros para conseguir generar una corriente eléctrica. El interruptor permite abrir y cerrar un circuito pulsando un botón. Si el circuito está cerrado y pulsamos el interruptor una vez, el circuito quedará abierto. Si volvemos a pulsarlo, se cerrará. Se puede optar por representar los elementos de control con los símbolos no normalizados. Estos, aunque no cumplen el estándar internacional, resultan más fáciles de dibujar e interpretar. ¿Cuál es la diferencia entre sobreintensidad y cortocircuito? El uso de extensiones múltiples o multiplug MP es muy común en los hogares para gestionar mejor el espacio y la disponibilidad de enchufes. Sin embargo, conectar ciertos electrodomésticos a estos dispositivos puede provocar graves problemas eléctricos, incluyendo incendios y cortocircuitos. Muchos electrodomésticos consumen grandes cantidades de energía, lo cual puede sobrecargar estos artefactos. Los electrodomésticos que no debes conectar a un “multi plug” son los siguientes: 1. Microondas: Consumen demasiada energía y pueden provocar una sobrecarga eléctrica. 2. Aspiradoras potentes: Su exigencia puede generar una sobrecarga a estos conectores. Se recomienda usar aspiradoras con eficiencia de energía A+. 3. Cafeteras: Generan un consumo de energía importante. Es crucial desconectar estos artefactos después de su uso. 4. Blowers y planchas: Consumen mucha energía y generan mucho calor, lo que puede sobrecalentar la extensión 5. Hornos eléctricos: Tienen una gran exigencia eléctrica y deben conectarse de forma exclusiva. 6. Trotadora o cinta de correr: Poseen un motor de energía constante y significativa. 7. Aire acondicionado portátil: Necesitan una fuente potente y estable de energía. 8. Estufas: Generan calor y alto consumo eléctrico. 9. Lavaplatos: Necesitan siempre una conexión exclusiva de electricidad debido a su alto consumo de energía y agua. 10. Planchas de ropa: Tienen un alto consumo de energía, similar a otros artefactos de calefacción. 11. Calentadores de agua: Requieren mucha energía para calentar agua. 12. Congeladores: Utilizan mucha energía y necesitan una conexión permanente y estable. 13. Lavadoras o secadoras: Necesitan conexión exclusiva a un circuito debido a sus potentes motores y ciclos largos. Para evitar riesgos eléctricos y garantizar la seguridad en el hogar, es esencial conectar estos electrodomésticos directamente a una toma de corriente directa. Los MP están diseñados para cargas más ligeras y su uso inapropiado puede llevar a graves consecuencias. Medida de las tres magnitudes principales Multímetro o polímetro  ¿Qué significa la inscripción: 220 V / 1000 W de un secador de pelo? Es el voltaje al cual se ha de conectar el secador para su correcto funcionamiento y la potencia máxima que consume dicho secador. Ejercicios: Completa la tabla: 345 V 5175 W 3Ω 12 W 10 A 2200 W Una lavadora tiene una resistencia de ¿Cuál será la resistencia de un 10 kΩ. Si el enchufe al que se conecta secador de pelo por el que circula una proporciona un voltaje de 220 V. ¿Cuál intensidad de 2 A cuando se conecta a será su intensidad? ¿Qué potencia un enchufe que proporciona 220 V? consumirá? ¿Qué potencia consumirá? Efectúa las siguientes transformaciones de unidades: 3 mA = 0,003 A 0,0005 A = 0,5 mA 0,06 A = 60000 mA 1 nm = 10-9 m 0,7 mV = 0,0007 V 3 MV = 3 ∙106 V 500 Ω = 0,5 kΩ 15 kΩ = 15000 Ω 0,2 V = 200 mV 6 mV = 0,006 V 2 kΩ = 2000 Ω 2500 Ω = 2,5 kΩ En un circuito de corriente continua de 5 V con una resistencia de 10 kΩ, calcula: a) La intensidad de corriente que circula por la resistencia. b) La potencia que consume la resistencia. I ? Intensidad = cte Voltaje = cte ¿Por qué los fusibles y los interruptores automáticos se deben conectar en serie con el elemento que se desea proteger? ¿Por qué no se conectan en paralelo? Los fusibles se han de conectar en serie debido a que su función es cortar la corriente eléctrica si se produce algún problema en el aparato que se desea proteger. Si se conectaran en paralelo, no se cortaría la corriente eléctrica si hubiera un problema. Ejercicio: 1 2 3 Bombilla 1 Bombilla 2 Bombilla 3 Total I 0,5 A 0,5 A 0,5 A 0,5 A R 75 Ω 50 Ω 100 Ω 225 Ω V 37,5 V 25 V 50 V 112,5 V + + + + Ejercicio: 1 2 3 R = 225 Ω Bombilla 1 Bombilla 2 Bombilla 3 Total I 0,5 A 0,5 A 0,5 A 0,5 A 112,5 V R 75 Ω 50 Ω 100 Ω 225 Ω I = 0,5 A V 37,5 V 25 V 50 V 112,5 V CIRCUITO EQUIVALENTE Ejercicio: 1 2 3 Bombilla 1 Bombilla 2 Bombilla 3 Total I 0,18 A 0,12 A 0,32 A 0,62 A R 50 Ω 75 Ω 28 Ω 14,48 Ω V 9V 9V 9V 9V Ejercicio: 1 2 3 R = 14,48 Ω Bombilla 1 Bombilla 2 Bombilla 3 Total 9V I 0,18 A 0,12 A 0,32 A 0,62 A I = 0,62 A R 50 Ω 75 Ω 28 Ω 14,48 Ω V 9V 9V 9V 9V CIRCUITO EQUIVALENTE