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I. INTRODUCCIÓN
stamos acostumbrados a utilizar aparatos eléctricos sin saber cómo funciona la electricidad. Pero, ¿por qué se enciende una bombilla cuando le damos al interruptor? ¿Por qué es más fácil que nos dé un calambrazo si estamos mojados? ¿Por qué los enchufes tienen dos agujeros en vez de uno? En este tema vamos a aprender cómo funciona la electricidad, para poder responder preguntas sobre ésta, sin sabernos la respuesta de memoria, sino razonando sobre lo que sabemos. Vamos a aprender también a diseñar circuitos eléctricos que hagan lo que nosotros queramos.
E
Para poder entender los fenómenos eléctricos debemos conocer cómo está constituida la materia. La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos. A su vez, los átomos están constituidos por electrones que se mueven alrededor de un núcleo, constituido por protones y neutrones. Los protones y los electrones tienen una propiedad conocida como carga eléctrica. Esta propiedad es la responsable de que ocurran los fenómenos eléctricos.
Fig 1: Estructura básica de un átomo.
Mientras que los neutrones no poseen carga eléctrica, la carga de un electrón es igual a la carga eléctrica de un protón, pero de distinto signo, y por convenio:
Los electrones tienen carga negativa Los protones poseen carga positiva.
Como la carga de un electrón es muy pequeña, en el Sistema Internacional (S.I.), para expresar la cantidad de carga se
emplea como unidad la carga de 6,242· ·10^18 electrones (6,242 trillones de electrones), llamada Culombio o Coulomb (C).
En general, los materiales son neutros ; es decir existe un equilibrio entre el número de cargas negativas (electrones) y
positivas (protones). Sin embargo, en ciertas ocasiones los
electrones pueden moverse de un material a otro originando cuerpos con cargas positivas (con defecto en electrones) y cuerpos con carga negativa (con exceso de electrones), pudiendo actuar sobre otros cuerpos que también están cargados.
Por tanto, para adquirir carga eléctrica, es decir, para electrizarse, los cuerpos tienen que ganar o perder electrones.
Fig 2: Formación de iones a partir de un átomo neutro.
Una característica de las cargas, es que las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las cargas con diferente signo se atraen (tal y como muestra la figura).
Si frotamos un bolígrafo con nuestro jersey de lana, veremos que este es capaz de atraer pequeños trozos de papel. Decimos que el bolígrafo se ha electrizado.
II. CORRIENTE ELÉCTRICA Y
MAGNITUDES ELÉCTRICAS
1.MATERIALES AISLANTES Y CONDUCTORES:
Hay materiales, como los plásticos, en los que los electrones no se mueven de un átomo a otro. Estos materiales se llaman aislantes.
En otros materiales, los electrones se pueden mover con cierta facilidad. Estos materiales se denominan conductores. Son buenos conductores los materiales que ofrecen poca resistencia al paso de los electrones, como por ejemplo los metales (plata, cobre, aluminio, etc.).
2.CORRIENTE ELÉCTRICA Y TENSIÓN (V)
Si conectamos dos elementos entre sí (por medio de un material conductor) y uno de ellos tiene mayor carga eléctrica negativa que el otro, decimos que tiene mayor tensión o potencial eléctrico. Una vez conectados, los electrones en exceso de uno serán atraídos a través del hilo conductor (que permite el paso de electrones) hacia el elemento de menor potencial, hasta que las cargas eléctricas de los dos cuerpos se equilibren. Se trata de un fenómeno similar al que tiene lugar cuando colocamos dos recipientes con distinto nivel de agua y los conectamos entres sí mediante un tubo: el líquido pasa de un recipiente a otro a través del tubo hasta que los niveles se igualan.
La corriente eléctrica se puede definir como el flujo de electrones a través de un material conductor desde un cuerpo con carga negativa (exceso de electrones) a un cuerpo con carga positiva (deficitario en electrones).
Flujo de electrones
Sentido de la corriente
Fig 3: Flujo de electrones hacia el polo positivo de una pila.
Por tanto, para la corriente eléctrica se produzca es necesario que entre los extremos del conductor exista una diferencia de potencial eléctrico; es decir, que en entre ambos extremos exista un desnivel eléctrico o tensión (V).
La diferencia de potencial (d.d.p.), tensión o voltaje (V) es el trabajo que hay que realizar para transportar una carga positiva entre dos puntos de un circuito; es decir mide el desnivel eléctrico entre dos puntos del circuito. Su unidad, en el SI es el Voltio (V). La tensión entre dos puntos del circuito se mide con un voltímetro que se colocará en paralelo con el componente cuya tensión se va a medir.
Esto lo podemos conseguir conectando cargas de distinto signo en los extremos del conductor (por ejemplo colocando una pila). Piensa: ¿por qué los los enchufes tienen dos
agujeros? En cierto sentido, el funcionamiento de la electricidad se parece a la circulación de agua por tuberías. En el ejemplo del agua sería como colocar una punta de la tubería en un punto alto (polo negativo) y la otra punta en un punto bajo (polo positivo) Entonces el agua bajará hacia el extremo inferior de la tubería.
Cuanto mayor sea la tensión eléctrica, con más fuerza recorrerán los electrones el conductor ( al igual que cuanto mayor sea el desnivel en una tubería por la que circula el agua, mayor será su velocidad y fuerza). Por tanto, si no hay tensión entre dos puntos no habrá corriente eléctrica.
3.INTENSIDAD DE CORRIENTE (I)
En el ejemplo del agua, la cantidad de agua que pasa por una tubería en un segundo se llama caudal. Por ejemplo, podemos decir que una tubería tiene un caudal de 1 L litro por segundo. Eso quiere decir que cada segundo pasa 1L de agua por la tubería.
A semejanza del ejemplo del agua, en un punto de un circuito, la intensidad de corriente será la cantidad de carga (Q) que pasa por un punto del circuito por unidad de tiempo (t).
Su unidad, en el S.I; es el Amperio (A) que se podrá definir como la intensidad de corriente que transporta 1 culombio en un segundo.
1 segundo
1 Culombio
1 Amperio=
La intensidad de corriente se mide con un dispositivo llamado amperímetro, que se colocará en serie con el receptor cuya intensidad queremos medir.
Cuanto mayor sea el número de electrones que pase por el cable cada segundo, mayor será la intensidad.
Mientras mayor sea la tensión. en los extremos de la pila, mayor será la intensidad de corriente que circule por el circuito, es decir, más cantidad de electrones por segundo estarán atravesando el hilo conductor.
4.RESISTIVIDAD ( ρ ) Y RESISTENCIA (R)
En cualquier conductor las cargas encuentran una oposición o resistencia a su movimiento (al igual que el agua en una tubería puede encontrarse con obstáculos que dificulten el flujo de agua).
La resistividad ( ) ρ es una propiedad intrínseca de cada material (cada material tiene la suya), que indica la dificultad que encuentran los electrones a su paso.
tiempo(s )
Cantidaddecarga(Q)
Intensidad (I)=
4.ELEMENTOS DE CONTROL (DE MANIOBRA)
Son los dispositivos usados para dirigir o interrumpir el paso de corriente. Los más importantes son los interruptores, conmutadores, pulsadores y relés.
5.ELEMENTOS DE PROTECCIÓN
Son los elementos encargados de proteger al resto de los elementos del circuito frente corrientes demasiado elevadas o frente a derivaciones o fugas de potencia. Son los fusibles, interruptores diferenciales y los interruptores magnetotérmicos.
SIMBOLOGÍA NORMALIZADA
A la hora de dibujar los circuitos eléctricos en un plano, no se utiliza una representación realista de los diferentes elementos que los
componen (sería más lento y costoso). En su lugar, utilizamos una serie de símbolos para representar dichos dispositivos. En la
siguiente tabla vemos algunos de ellos, así como su función
SÍMBOLOS DISPOSITIVO FUNCIÓN
GENERADORES
Pila
Generan corriente continua
Batería
RECEPTORES
Lámpara o bombilla Produce luz
Resistencia Produce calor y limita el paso de corriente
Motor de corriente continua Genera movimiento
Timbre o zumbador Produce sonido
Altavoz Produce sonido
ELEMENTOS DE
CONTROL O
MANIOBRA
Interruptor Permite o impide el paso de corriente
Conmutador Permite alternar la corriente entre dos circuitos
Pulsador (NC)
Interruptor que permite el paso de corriente
mientras no es accionado, impidiéndolo en caso
contrario.
Pulsador (NA)
Interruptor que permite el paso de corriente sólo
mientras es presionado, impidiéndolo en caso
contrario.
ELEMENTO DE
PROTECCIÓN
Fusible Protege al circuito
INSTRUMENTOS
DE MEDIDA
Amperímetro Mide intensidades de corriente
Voltímetro Mide voltajes o tensiones
