Electricidad

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ELECTRÓNICA ANALÓGICA


La palabra electricidad viene del griego “elektron” que significa ámbar. En honor al filósofo Tales de Mileto que descubrió que al frotar un pedazo de ámbar, esta adquiría la capacidad de atraer objetos livianos. 
 
La carga eléctrica
 
 La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos eléctricos.
 
Tipos de electricidad:
 


Los metales conductores de electricidad tienen dentro electrones en constante movimiento, moviéndose desordenadamente a lo largo de todo el material. Una vez que a este material (imaginemos un cable eléctrico) se le conectan en los extremos una fuente de energía, supongamos una pila, y a la misma se conecta en cada polo a un extremo del cable, se genera una diferencia de potencial y los electrones antes libres, ahora son obligados a moverse en una dirección motivados por el campo eléctrico.

Como consecuencia de lo anterior, los electrones serán repelidos por el polo negativo de la pila y atraídos por el polo positivo. Es dicir, los electrones irán en el sentido opuesto del campo y las cargas positivas irán en el mismo sentido del campo.
 

 
Video Introductorio:



1. MAGNITUDES ELÉCTRICAS

  

1.1. RESISTENCIA
Es la oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica . La resistencia depende del tipo de material, aumenta con la longitud y la sección del conductor. Un cable de mil metros tendrá más resistencia que quinientos metros de ese mismo cable. Y un cable de dos milímetros de diámetro tendrá más resistencia que ese mismo cable de cuatro milímetros de diámetro.


La unidad de resistencia es  el óhmetro, se representa por la letra omega. Es una unidad pequeña y se utilizan múltiplos: kiloóhmio que es igual a mil ohmios, megaohmio que es igual a  un millón de ohmios.


Se fabrican resistencias de distintos valores para aparatos electrónicos. La misión es limitar la corriente eléctrica por los circuitos eléctricos y electrónicos a un valor que depende del valor de la resistencia. La resistencia se mide con un aparato que se llama óhmetro.


1.2. VOLTAJE
Es la magnitud por la que se caracterizan los generadores (pilas, baterias, enchufes de nuestras casas). ambién se llama tensión o diferencia de potencial. Es la diferencia de cargas eléctricas que hay entre el polo positivo y negativo de una pila o bateria, o entre los terminales de un enchufe. Esta diferencia de carga es lo que permite la circulación de corriente en un circuito. La unidad de voltaje es el voltio que tiene submultiplos ( milivoltio que es igual a una milésima de voltio,  microvoltio que es la millonésima parte de un voltio) y multiplos (kilovoltio que es igual  mil voltios).


El voltaje normal de las pilas es 1.5 , 4.5, 9, 12 voltios en corriente continua (c.c.). Y el voltaje que hay en los enchufes es de 220 ó 380 voltios en corriente alterna. El voltaje se mide con un aparato que se llama voltímetro.


1.3. INTENSIDAD
Esta magnitud nos indica la cantidad de electrones que atraviesa la sección de un contuctor en la unidad de tiempo. Su unidad es el Amperio que es una unidad relativamente grande, y  se utilizan submúltiplos ( miliamperio que igual a una milésima de amperio, microamperio que es igual a una millonésima de amperio) y multiplos ( kiloamperio que es igual a mil amperios).  Se mide con un aparato que se llama amperímetro. Si la intensidad es muy grande puede calentar al conductor, por lo que sección (grosor) del conductor se tiene que adecuar a la intensidad que pasa por él.

 

 2. LEY DE OHM

 

  Veamos este vídeo para que os quede más claro todavía la ley de Ohm:

 

 Fuente: todotecnologia-eso.blogspot.com
 
Con este video verás como acordarte de forma sencilla de la fórmula de la ley de Ohm:


 

2.1. Caida de potencial = Caida de tensión

E = I * R     E = Caida de Tensión

La caida de potencial eléctrico es cuando el voltaje baja por resistencia del conductor o por calentamiento de un conductor por circular más corriente de la que puede soportar y esto produce un calentamiento o efecto Joule y cae la tensión.
 
(Si os dais cuenta, la fórmula E=I*R es la misma que V=I*R)
 
Ver ejemplo del cálculo de la caida de potencial

  

2.2. DIFERENCIA ENTRE VOLTIOS (V) Y WATIOS (W) 

La potencia consumida por un equipo es expresada en watios (W) ó Voltios-Amperios (VA). La potencia en watios es la potencia real consumida por el equipo. Se denomina Voltios-Amperios a la "potencia aparente" del equipo, y es el producto de la tensión aplicada y la corriente que por él circula.

P = V * I


Ambos valores tienen un uso y un propósito. Los watios determinan la potencia real consumida desde la compañía de energía eléctrica y la carga térmica generada por el equipo. El valor en VA es utilizado para dimensionar correctamente los cables y los circuitos de protección.

En algunos tipos de dispositivos eléctricos, como las lámparas incandescentes, los valores en watios y en VA son idénticos.

Para entenderlo mejor, pongámonos el caso de un enchufe: mientras no conecte nada a él tendré una diferencia de potencial de 230V esperando a que enchufe mi bombilla. Una vez la enchufo fluirá corriente (amperios) hacia ella y por lo tanto potencia (vatios).




Ejemplos de potencia eléctrica de algunos electrodomésticos de nuestras viviendas:


 
En la siguiente diapositiva podemos ver en % el consumo de cada uno de los aparatos eléctricos del hogar. Como podemos comprobar el frigorífco (18%) es el electrodoméstico que más consume, ya que permanece conectado las 24 h del día y los 365 días del año. Le sigue la iluminación (18%), la calefacción (15%), la televisión (10%), la vitrocerámica (9%), etc...



2.4. COMPONENTES DE UN CIRCUITO DE CORRIENTE ELÉCTRICA:

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos, conectados entre sí, por los que circula la corriente eléctrica.






Sentido de circulación de la corriente eléctrica

Cuando hay una corriente eléctrica quiere decir  que se están moviendo los electrones y como los mismos tienen carga negativa, van hacia el positivo. Entonces el sentido físico de circulación es de negativo a positivo.

Sin embargo el hecho de que se muevan los electrones significa un movimiento de cargas negativas en el mismo sentido y por lo tanto un movimiento de cargas positivas en sentido contrario, lo que quiere decir que una corriente eléctrica también se puede representar como un movimiento de cargas (positivas) desde el positivo al negativo.


Para la resolución de ejercicios y el análisis de circuitos se suele tomar este último sentido de circulación de la corriente (positivo a negativo) ya que facilita el cálculo y se lo llama sentido técnico o convencional

El otro sentido llamado físico o real corresponde al movimiento de cargas negativas, es decir de electrones.


 

3. CÁLCULO DE CIRCUITOS

3.1. Circuito en Serie:


Calcula:
  • La intensidad que atraviesa cada resistencia
  • La caída de tensión en bornes de cada resistencia
  • La potencia que disipa cada resistencia
  • La potencia total que suministra la pila

3.2. Circuito en Paralelo


Ver solución


3.3. Circuito Mixto:


Calcula:

  • La intensidad que atraviesa cada resistencia
  • La caída de tensión en bornes de cada resistencia
  • La potencia que disipa cada resistencia
  • La potencia total que suministra la pila

Más ejemplos de cálculo de cirtuitos mixtos: Ver Ejemplo 1  , Ejemplo 2 , Ver más ejemplos


VÍDEO RESUMEN DE LO VISTO:


 
 

4.1. LEYES DE KIRCHHOFF
 

El circuito es demasiado complejo para solucionarlo con la ley de Ohm sin más, es necesario introducir tres definiciones:
  • Una malla es cualquier recorrido eléctrico cerrado. El circuito representado tiene dos mallas.
  • Un nudo es un punto del circuito donde confluyen tres o m´s intensidades. En el ejemplo existen dos nudos.
  • Una rama es un trayecto directo que puede recorrer una intensidad entre dos nudos. En un circuito eléctrico existen tantas ramas como intensidades de corriente. Tres son las ramas del caso que nos ocupa.
También es preciso recurrir a las denominadas leyes de Kirchhoff, que permiten analizar cualquier circuito eléctrico. La primera de ellas se basa en el principio de conservación de la carga, y la segunda, en el de conservación de la energía. El enunciado de ambas leyes es el siguiente:

Primera ley de Kirchhoff. En todo circuito eléctrico, la suma de las corrientes que entran en un nudo es igual a la suma de las que salen.

Segunda ley de Kirchhoff. En un circuito eléctrico, se cumple que la suma de todas las diferencias de potencial a lo largo de una malla es igual a 0.

 
4.2. LEY DE JOULE

El roce del flujo de cargas eléctricas (electrones libres) con los átomos produce un calentamiento del material. Por ello, todos los materiales conductores, al ser atravesados por una corriente eléctrica, se calientan. Este fenómeno se conoce como efecto Joule, en honor del físico inglés James Presscott Joule, que lo investigó y enunció del siguiente modo:

La cantidad de calor producida por el paso de la corriente eléctrica a través de cierto material depende de tres factores: la intensidad de la corriente, la resistencia del material y el tiempo durante el cual está pasando dicha corriente.

La expresión matemática de la ley de Joule es la siguiente:


donde H es la cantidad de calor generado, expresada en calorías; I, la intensidad de la corriente eléctrica, en amperios; R, la resistencia, en ohmios, y t el tiempo en segundos.
 
Ejemplo:


 

Un cortocircuito es un elemento que se produce cuando dos conductores de distinta fase o polaridad se juntan haciendo contacto físico entre sí.

Este contacto directo provoca que la resistencia del circuito baje hasta cero. Ello genera un aumento brusco de la intensidad de la corriente eléctrica sigún la Ley de Ohm.

El aumento de la corriente es tan grande que si no se interrumpe el fluido eléctrico en cuestión de mili-segundos, se producirán temperaturas elevadas, derritiendo el aislante y fundiendo el conducto, según el Efecto Joule.

Para explicar como se produce el cortocircuito primero vamos a mostrar una imagen sencilla, de como guncuona un circuito eléctrico normal y sin fallos:

Se puede observar que el flujo de corriente eléctrica fluye del polo negativo al positivo y logra mantener encendida la luz sin problemas.

En la siguiente imagen podemos ver como el "puente" (cero ohmios de resistencia) produce el evento que estamos explicando:

Como se observa, si el cortocircuito se produce en el conductor, el foco (que representa a nuestros artefactos) no sufre deterioro. Sin embargo deja de funcionar por anulación del voltaje.

Los cables y la fuente de alimentación si se ven afectados por la elevación de temperatura y la flama.

En el caso de la batería, de mantenerse por mucho tiempo el cortocircuito,  perderá toda la carga eléctrica acumulada.








La resistencia o resistor (4º ESO)

Una resistencia o resistor es un pequeño componente electrónico que ofrece una determinada oposición al paso de la corriente eléctrica a través de él.



Leer el valor de una resistencia en el código de colores



Existen webs donde metiendo las bandas de colores, te dan directamente el valor de la resistencia


También puedes construir tu rueda selectora de código de colores de las resistencias como se ve en la imagen 5 de la figura anterior, para ello te puedes descargar la plantilla de la web de instructables.

Para calcular la resistencia de protección para un led que vamos a poner en nuestro cirtuito:

Puedes utilizar alguna web con una calculadora

O puedes tú realizar el cálculo aplicando la ley de Ohm teniendo en cuenta unos sencillos datos:


Así por ejemplo, para un led rojo brillante y una pila de 9 V, la resistencia del led sería:

R =  (V pila - Vled) / I (A) = (9 V - 2 V) / 0,02 A = 350 ohmios 

Este sería el valor teórico, luego a la hora de elegir la resistencia, tienes que tener en cuenta que existen unos valores comerciales que no siempre van a coincidir con el valor calculado, eligiendo siempre el valor más próximo. En este caso concreto de 330 ohmios pasa a 390, por lo tanto como 350 se haya más cerca de 330, elegimos este valor.

Ver cálculos


IR A TEMA MULTIMEDIA ELECTRICIDAD


Simuladores Eléctricos (3º ESO)

  Kit de Construcción de Circuitos: CD (Online)

 

Crocodile (Necesita instalación en ordenador con windows)

Con este simulador te resultará muy fácil entender los circuitos eléctricos. 

Los elementos del circuito se arrastran desde la barra de componentes hasta el área de trabajo y se van situando en la zona que se desee. Se fijan con un clic.

Las conexiones se consiguen haciendo clic con el botón izquierdo del ratón sobre el terminal de cualquier elemento. Observarás que aparece un rollo de hilo.

Una vez realizadas todas las conexiones, se comienza la simulación haciendo clic sobre el elemento de control (interruptor o pulsador). Dependiendo del receptor utilizado, observarás un efecto diferente, las bombillas se encenderán, el motor girará y el zumbador sonará.


Video 1:



Video 2:



Video 3. Calcular la resistencia para un LED


 

Si usas Crocodile Technology 610


 Solve Elec

Solve Elec es un simulador de circuitos eléctricos y electrónicos gratuito, que ofrece ventajas para la simulacion del mismo modo que otros software de pago, así también ofrece la visualización numérica de la solución del problema o ejercicio en cuestión.

La parte mas visible del simulador es el editor de circuitos, en el que podemos conectar diversos símbolos electrónicos.



Para descargar SolveElec, podemos hacerlo de su Web oficial.

Para ver su funcionamiento:

Vídeo 1:

Vídeo 2:


Una tercera alternativa si no dispones de ordenador es el uso de una app móvil para simular los circuitos.

Electric Circuit Studio es un conjunto de herramientas utilizadas para construir circuitos electrónicos, simulación SPICE y cálculo de circuitos. Estas herramientas se complementan con el centro de información que contiene recursos, pines para conectores y un breve libro interactivo que explica teoremas eléctricos básicos, leyes y circuitos. Es una aplicación útil para todos los aficionados a la electrónica, estudiantes u otras personas interesadas en la electrónica.


Video 1: Introducción




Video 2: Ejemplo de uso



 
AMPLIACIÓN DE CONOCIMIENTOS

CIRCUITOS EN SERIE Y EN PARALELO

CALCULAR CIRCUITO DE UN RECEPTOR O LÁMPARA





Aquí puedes acceder a un libro de Edilin que incluye teoría y actividades de electricidad. Se tratan los circuitos eléctricos básicos y la Ley de Ohm-
Puedes acceder aquí o haciendo clic sobre la imagen


Aprender algo sobre diodos y leds




Cálculo de la resistencia de protección de un led



Condensador





Carga y descarga de un condensador



Resistencias variables



Funcionamiento de los transistores






EJEMPLO DE PROYECTOS DE ELECTRICIDAD

Video Proyecto. Curso 20/21


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