Electricidad: Introducción, cargas, corriente y circuitos

ÍNDICE DE LA UNIDAD:
3.Introducción.
4.Tipos de cargas eléctricas.
5.La corriente eléctrica
6.Elementos de un circuito eléctrico.
7.Magnitudes eléctricas.
5.1. Voltaje.
5.2. Intensidad.
5.3. Resistencia.
5.4. Potencia eléctrica.
6. Ley de Ohm.
7. Simbologías eléctrica.
8. Circuitos eléctricos. Tipos y medición de magnitudes eléctricas.
Unidad 2: Electricidad

ANTES DE LA ELECTRICIDAD
Carga y corriente eléctrica
1. Introducción.
ILUMINACIÓN
LAVADORA
ENTRETENIMIENTO
JUEGOS
ERA DE LA ELECTRICIDAD

1. Introducción.
El término electricidad deriva del
Griego "electrón“ (“Elektrón”), que
significa "ámbar" (el filósofo Griego
Tales de Mileto, se percató de que al
frotar una varilla de ámbar con lana o
piel, se creaba una atracción hacia
otros cuerpos en la vecindad, e
incluso se producían chispas)
LANA
ÁMBAR PIEL
video

1. Introducción.
La electricidad y el magnetismo son
fenómenos que observaban los antiguos
griegos. La Electricidad la producían
cuando frotaban un pedazo de ámbar el
cual se electrificaba, atraía pedazos de
paja. También supieron de las fuerzas
magnéticas observando que la piedra
magnetita (Fe3O4) era atraída por el
hierro. En electricidad, se usan términos
tomados del griego como la palabra
eléctrico que proviene de elektron,
palabra griega para ámbar. La palabra
magnético proviene de Magnesia, nombre
de la provincia griega donde por primera
vez se encontró la magnetita.
MAGNETITA

1. Introducción.
La electricidad: Es una forma invisible de energía que produce como
resultado la existencia de unas diminutas partículas llamadas
ELECTRONES LIBRES en los átomos de ciertos materiales o sustancias.
Estas partículas, al desplazarse a través de la materia, constituyen lo
que denominamos una corriente eléctrica.
Es un agente físico que llena la estructura atómica de la materia, y todo
lo que vemos , sentimos y ocupa un lugar en el espacio, esta constituido
por diminutas partículas o corpúsculos de electricidad, denominados
electrones. La electricidad no es un invento del hombre sino una fuerza
natural; esta fuerza o fenómeno físico se origina por cargas eléctricas
estáticas o en movimiento . Cuando una carga se encuentra en reposo
produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se
desplaza produce también fuerzas magnéticas.

1. Introducción.
La generación de energía eléctrica consiste en
transformar alguna clase de energía química,
mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en
energía eléctrica
La electricidad en su manifestación natural mas
imponente seria el relámpago, que se producen
cuando se establece una diferencia de potencial
elevada y son descargas eléctricas que se
produce entre la tierra y las nubes conocidas
comúnmente como nubes cumulonimbus, las
diferencias de potencial entre la nube y la tierra al
momento de producirse la descarga, son del orden
del millón de voltios (1.000.000V) y la corriente
que atraviesa el aire durante la descarga, es del
orden de los 10.000 amperes (10.000 A)

1. Introducción.
Los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron considerados
como independientes hasta 1820, cuando su relación fue
descubierta por casualidad.
Hans Oersted estaba preparando su clase de física en la
Universidad de Copenhague, una tarde del mes de abril, cuando
al mover una brújula cerca de un cable que conducía corriente
eléctrica notó que la aguja giraba hasta quedar en una posición
perpendicular a la dirección del cable. Más tarde repitió el
experimento una gran cantidad de veces, confirmando el
fenómeno. Por primera vez se había hallado una conexión entre
la electricidad y el magnetismo, en un accidente que puede
considerarse como el nacimiento del electromagnetismo.
Pocos días después de enterarse del hallazgo de Oesterd, fue el
científico francés Andre-Marie Ampere quien logró formular
este importante descubrimiento en términos matemáticos
sólidos. Ampere propuso formalmente que una corriente
eléctrica produce un campo magnético.
Hans Oersted
André-Marie Ampère

1. Introducción.
1. Los polos magnéticos opuestos se atraen y
los polos iguales se repelen.
2. Una corriente eléctrica circulando por un
conductor genera un campo magnético.
3. Un conductor moviéndose dentro de un
campo magnético provoca que se genere a
través de el una corriente eléctrica.
4. Un conductor por el que circula una corriente
eléctrica, moviéndose a través de un campo
magnético queda sometido a una fuerza.
Hans Oersted

¿Qué entender por electricidad?
Experimentación
1. Bobinado cable de cobre barnizado alrededor de un elemento metálico
(p.e. un tornillo) y haciendo pasar a través de el una corriente eléctrica,
comprobar la creación de un campo magnético.
2. Usando un conductor de cobre, conectado a sus extremos a un polímetro
y en posición de intensidad, comprobar que al moverlo dentro de un campo
magnético se genera en el conductor una corriente eléctrica.
Material necesario: un tornillo de acero, cable de cobre barnizado, un
polímetro y un imán.
1. Introducción.

Existen 2 tipos
de cargas
Un cuerpo está compuesto
por muchas cargas.
Existen 3 tipos de
cuerpos según su
carga eléctrica neta.
Positivas (+)
Negativa (-)
Positivas (+)
Negativa (-)
Neutro
Tipos de cargas
2. Tipos de cargas eléctricas.

+ – + –
+ + +
– + –
– + –
+ + +
– – –
Positivo
Negativo
Neutro
Cargas + = 5
Cargas – = 2
Carga total = +3
Cargas + = 2
Cargas – = 4
Carga total = -2
Cargas + = 3
Cargas – = 3
Carga total = 0
Tipos de cargas

¿Qué le ocurre a un peine de plástico cuando se frota
con el pelo?
Tipos de cargas 2. Tipos de cargas eléctricas.
a) La electrostática es la rama de la física que estudia los
fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas
estáticas.
b) La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una
acumulación de cargas eléctricas en un objeto. Esta
acumulación puede dar lugar a una descarga eléctrica cuando
dicho objeto se pone en contacto con otro.
Benjamin Franklin
Experiencia: frotar un peine con
el pelo y acercarlo a un hilo de
agua o a unos papelillos

a) El generador de Van der Graaff, GVG: Consta de una correa
transporta la carga eléctrica que se forma en la ionización del aire
por el efecto de las puntas del peine inferior y la deja en la parte
interna de la esfera superior.
Material
es
más
positivo
s
aire
vidrio pulido
fibra sintética
piel de conejo
mica
lana
piel de gato
plomo
aluminio
papel
Los materiales que
están más
próximos al
extremo más
negativo, tienen
propensión a
adquirir carga
eléctrica negativa
al rozar con
materiales
situados encima
de ellos.
Los materiales
más próximos al
extremo más
positivo tienen
tendencia adquirir
carga eléctrica
positiva al rozar
con los situados
debajo de ellos.
Para adquirir una
carga máxima los
materiales puestos
en contacto debe
estar lo más
apartados posible
el uno del otro en
esta lista

Material
es
neutros
algodón
papel
ebonita
acero
madera
caucho
resina
cobre
níquel
plata
azufre
vidrio sin pulir
acetato(celuloi
de)
poliéster
poliuretano
polipropileno
vinilo (PVC)
silicona
Material
es
más
negativo
s
teflón

a) "La Bobina de Tesla es un generador electromagnético que produce altas tensiones
de elevadas frecuencias (radiofrecuencias) con efectos observables como
sorprendentes efluvios, coronas y arcos eléctricos.
b) Su nombre se lo debe a Nikola Tesla, un brillante ingeniero que vivió en la segunda
mitad del siglo pasado y a principios de éste y que en 1891, desarrolló un equipo
generador de alta frecuencia y alta tensión con el cual pensaba transmitir la energía
eléctrica sin necesidad de conductores."

3. La corriente eléctrica.
La corriente eléctrica es un fenómeno originado por el movimiento que experimentan los
electrones, partículas de masa casi nula, que se encuentran entorno al núcleo del átomo.
Decimos que los electrones tienen carga eléctrica negativa (-), mientras que los protones,
situados en el núcleo del átomo, tienen carga positiva (+). Los cuerpos pueden estar cargados
positiva o negativamente como consecuencia del defecto o exceso electrones.
En determinados materiales, que denominamos conductores, es posible hacer fluir los
electrones de un extremo al otro de los mismos, estableciéndose entonces una corriente
eléctrica.
El camino por el que se desplazan los electrones es lo que denominamos circuito eléctrico,
que podemos definir también como el un conjunto de elementos interconectados que
permiten el paso de la corriente eléctrica.
Para que haya un movimiento de electrones, como mínimo, debe existir una diferencia de
carga entre dos puntos.

3. La corriente eléctrica.

4. Elementos de un circuito eléctrico.
•Generadores: Son los elementos encargados de suministrar la energía al circuito, creando
una diferencia de potencial entre sus terminales que permite que circule la corriente
eléctrica. Los elementos que se encargan de esta función son: las pilas, baterías, dinamos y
alternadores.
•Conductores: Son materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica, por lo que se
utilizan como unión entre los distintos elementos del circuito. Generalmente son cables
formados por hilos de cobre trenzado y recubiertos por un aislante plástico.
•Receptores: Son los componentes que reciben la energía eléctrica y la transforman en otras
formas más útiles para nosotros como: movimiento, luz, sonido o calor.
Algunos receptores muy comunes son: las lámparas, motores, estufas, altavoces,
electrodomésticos, máquinas, …
•Elementos de control: Estos elementos nos permiten maniobrar con el circuito conectando y
desconectando sus diferentes elementos según nuestra voluntad. Los elementos de control
más empleados son los interruptores, pulsadores y conmutadores.
•Elementos de protección: Estos elementos tienen la misión de proteger a la instalación y sus
usuarios de cualquier avería que los pueda poner en peligro. Los más empleados son los
fusibles, automáticos, térmicos y los interruptores diferenciales de protección.

Pila
Fusible
Motor
BombillaInterruptor
Cable
RECEPTORES
GENERADOR
ELEMENTOS DE CONTROL
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN
CONDUCTOR

Son dispositivos que originan y proporcionan la energía necesaria
para que circule la corriente eléctrica en un circuito.
Pilas
Batería

Sirven para unir los elementos del circuito y les hace llegar la
electricidad.
Cables
La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que presentan gran
resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los conductores tienen cargas libres y que
pueden moverse con facilidad. Los átomos de la materia están constituidos por un núcleo cargado
positivamente, alrededor del cual giran a gran velocidad cargas eléctricas negativas.
En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden pasar libremente de
un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial (o tensión eléctrica) entre los
extremos del conductor.

Son dispositivos que sirven para dirigir o interrumpir a voluntad el
paso de la electricidad.
Interruptor Pulsador
Conmutador

Son dispositivos que detectan las subidas de tensión e interrumpen el paso de la
electricidad para evitar que los elementos del circuito de más valor o las personas que los
manejan sufran daños.
La labor del interruptor diferencial es algo más compleja, su
función básica es la de proteger a las personas de los contactos
indirectos
El interruptor magneto-térmico protege contra sobrecargas y
cortocircuitos, provocando la desconexión de la fuente de
alimentación cuando circula a través de él, una intensidad de
valor mayor a la nominal del propio interruptor.
El principio del fusible está basado en que al ser construido
mediante una aleación metálica al circular una corriente
elevada o sobreintensidad que exceda el valor predeterminado
del fusible se funde interrumpiendo el circuito protegiéndolo.

Son dispositivos a los que llega la electricidad y la transforman en otro tipo de energía
( luz, calor, sonido, movimiento,…)
Bombilla
Motor
Resistencia
Timbre

Métodos de electrización
¿En qué unidad
se mide
la carga eléctrica?
Charles Coulomb
(1736 – 1806)
Físico francés
5. Magnitudes eléctricas
La unidad de carga eléctrica, en el Sistema Internacional de Unidades,
se denomina culombio (símbolo C). Así un culombio se corresponde con
la carga de 6,24 × 1018
electrones aproximadamente.
La carga de un electrón vendrá dada por la siguiente expresión y
equivale a 1.6 x 10-19
culombios.
El culombio (símbolo C) se define como la cantidad de carga que a la
distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerza
de 9x109
N.
Interacción de cargas. Cargas del mismo
signo se repelen y de distinto signo se
atraen.

Alessandro Volta
(1745-1827)
Inventor de la pila
voltaica
Voltaje
La tensión, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud física
que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito
eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica. La
diferencia de potencial también se define como el trabajo por unidad
de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada,
para moverla de un lugar a otro.
Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante
un conductor, se producirá un flujo de electrones.
Pilas ideadas por
Alessandro Volta
El voltio o volt (símbolo V), es la unidad derivada del SI para
el potencial eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje

Voltaje
La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de
tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los
electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de
Unidades se expresa en C·s-1
(culombios sobre segundo), unidad que se
denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un
movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se
aprovecha en el electroimán.
La corriente eléctrica está definida por convenio en el
sentido contrario al desplazamiento de los electrones.
André-Marie Ampère
(de 1775 - † 1836), fue
un matemático y físico
francés, uno de los
descubridores del
electromagnetismo

Voltaje
Se denomina resistencia eléctrica, simbolizada habitualmente como
R, a la dificultad u oposición que presenta un cuerpo al paso de una
corriente eléctrica para circular a través de él.
En el Sistema Internacional de
Unidades, su valor se expresa en
ohmios, que se designa con la
letra griega omega mayúscula, Ω.
Georg Simon Ohm
(Alemania, 1789-1854)
Físico alemán. Descubridor
de la ley de la electricidad
que lleva su nombre

Voltaje
1. Calcula el valor de las resistencias:
1. Calcula el valor de la resistencia de un cable:
Calcular la resistencia que ofrece, al paso de la corriente eléctrica, un alambre de aluminio, de 1 metro de longitud, con
una sección transversal de 0,1 mm2
.

Voltaje
Se denomina potencia eléctrica al cociente entre la energía disipada por
un elemento y el tiempo que este está activo y se simbolizada como W.
En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en vatios,
que se designa con la letra doble uve, w. Su denominación (watio) viene
en honor del británico James Watt inventor de la máquina de vapor.
James Watt
(1736-1819)
Ley de Joule
Potencia Intensidad de corriente
voltaje
Energía
Tiempo
Potencia
La energía disipada por un elemento viene dada por el efecto Joule, que
determina que una corriente circulando por un elemento provoca un
calentamiento del mismo.

Voltaje
James Prescott Joule
1818 - 1889
físico inglés nacido en
Salford, Manchester.
El efecto Joule fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de
energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende
directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo
que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el
mismo al paso de la corriente". Matemáticamente se expresa como
En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, las
tostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente como
soldadoras, etc., en los que el efecto útil buscado es, precisamente, el calor que desprende el
conductor por el paso de la corriente.
Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón por la que los
aparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que disminuya el calor generado y
evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos como podían ser los circuitos
integrados o las bombillas incandescentes que producen más energía calorífica que lumínica.
La unidad internacional de energía y trabajo, el Julio , fue bautizada en su honor.
E = I2
× R × t Unidad de energía en Julios

Voltaje
6. Ley de Ohm
E = I2
× R × t Unidad de energía en Julios
La Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un
conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e
inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar
matemáticamente en la siguiente ecuación:
donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que:
•I = Intensidad en amperios (A)
•V = Diferencia de potencial en voltios (V) ó (U)
•R = Resistencia en ohmios (Ω).
Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando la resistencia del conductor varía con la
temperatura, y la temperatura del conductor depende de la intensidad de corriente y el
tiempo que esté circulando.
V = I x R
V
R =
I
V
I =
R

Voltaje
6. Ley de Ohm
1. Calcular la caída de tensión entre los extremos de una resistencia de 50 Ω por la que
circula una intensidad de 0,05 A. Sol. (2,5 v)
2. Calcular la intensidad que circula por un circuito de 100 Ω de resistencia conectado a
una fuente de tensión de 10 v. Sol ( 0,1 A)
3. Calcular la intensidad que circula por un cable de acero de 100 m de longitud y 0,5 mm2
de sección, sabiendo que entre sus extremos se aplicó una tensión de 100 v.
Datos: racero= 0,25 Ω.mm2
/m sol. ( 2 A)

Voltaje
7. Simbología
1. GENERADORES DE TENSIÓN
Pila
Batería
Toma de corriente alterna
2. CONDUCTORES ELÉCTRICOS 3. ELEMENTOS DE CONTROL
4. RECEPTORES ELÉCTRICOS 5. ELEMENTOS DE PROTECCIÓN 6. ELEMENTOS DE MEDICIÓN
Fusible
Timbre
Zumbador
Pulsador
Conmutador

Voltaje
Unidad 2: Electricidad 8. Circuitos Eléctricos
Asociación en serie
Figura 1.
Colocar las pilas en serie supone colocar un polo en contacto con el contrario (+ con - y - con +).
En esta 2ª foto las pilas parece que están en paralelo, pero si miramos el cableado interno veremos que la base de una pila (-) está
conectada con la cabeza de la otra (+).
Colocándolas en serie logramos un sistema que tiene un voltaje suma de las dos, pero que también añade al circuito la suma de las
resistencias internas de las pilas.
Si queremos obtener 6 V de tensión (voltaje o ddp) debemos colocar en serie 4 pilas de 1,5 V, y para tener 9 V, dos pilas de 4,5 V.
Figura 2.
No debes poner nunca una pila usada en serie con pilas nuevas, ni mezclar tipos de pilas.
Si lo haces baja el rendimiento de las pilas nuevas al sumar ya desde el inicio una resistencia mayor a la que corresponde a una pila nueva.
Recuerda que las pilas, al mismo tiempo que dan energía, ofrecen una resistencia al paso de la corriente, resistencia que aumenta al
envejecer la pila y hace disminuir el voltaje que entregan.
VT = V1+V2+V3+…+VN

Voltaje
Asociación en paralelo
Figura 3.
Colocar las pilas en paralelo supone colocar los polos iguales conectados entre sí (+ con + y - con -).
Colocándolas en paralelo el sistema tiene un voltaje igual al voltaje suministrado por una de las baterías, pero
aumentamos la duración del sistema y su capacidad de corriente aumenta tantas veces como baterías
conectadas tengamos.

Voltaje
Asociación en serie
RESISTENCIAS EN SERIE
Al conectar en serie, colocamos una resistencia "a continuación" de la otra, en este
caso solo existe un camino que recorre todos los elementos del circuito desde un polo
de la fuente al contrario, por ello la intensidad que recorre el circuito es idéntica en
todos los puntos del mismo.
Por lo tanto conociendo la intensidad que sale de la fuente conoceremos la intensidad
de cada resistencia y aplicando la ley de Ohm para cada resistencia podremos obtener
la caída de tensión en cada una.
Para poder calcular la intensidad que sale de la fuente (IT) necesitaremos calcular la
resistencia equivalente, es decir, la resistencia que introducida en el circuito en vez de
R1
y R2
, no modifique los valores de la intensidad. Conociendo la tensión generada por
la fuente (VT) y sabiendo que la resistencia total o equivalente RT o Re = R1
+ R2
,
aplicando la ley de Ohm IT= VT/ RT
De donde se deduce que I1 = I2 = IT y aplicando la ley de Ohm para cada resistencia
podemos calcular la caída de tensión en cada una de ellas:
V1
= I·R1
        V2
= I·R2
, de donde se obtiene que:
Ve
= V1
+ V2
Llegamos, usando la ecuación de arriba a: Ve
= V1
+ V2
=>   I·Re
= I·R1
+ I·R2
y, sacando
factor común obtenemos:
I·Re
= I·(R1
+ R2
), que tras simplificar I, nos permite obtener:
R = R + R
Las resistencias podemos agruparlas de varias
formas: en serie, en paralelo o derivación y
mixto.

Voltaje
RESISTENCIAS EN PARALELO
Al conectar en paralelo, colocamos conectadas por sus extremos a un mismo
punto, llamado nodo (en la figura A y B), tal y como vemos en la figura:

En la figura observamos que la intensidad, I, que circula por ambas resistencias se bifurca en dos
valores, I1 e I2, que dependerán de los valores de las resistencia. Por otro lado, vemos como ambas
resistencias están sometidas a la misma diferencia de potencial V. Queremos calcular la resistencia
equivalente, es decir, la resistencia que introducida en el circuito en vez de R1 y R2, no modifique
los valores de la intensidad, de forma que la intensidad que pase por la equivalente sea la suma de ,
I1 e I2 . Debemos tener en cuenta que, como la equivalente sustituye a ambas, la diferencia de
potencial de la equivalente, debe ser la misma que la de R1 y R2. Luego, IT = I1 + I2
Para poder calcular la intensidad que sale de la fuente (IT) necesitaremos calcular la resistencia
equivalente, es decir, la resistencia que introducida en el circuito en vez de R1
y R2
, no modifique
los valores de la intensidad. Conociendo la tensión generada por la fuente (VT) y sabiendo que la
resistencia total o equivalente 1/RT = 1/R1
+ 1/R2
, de donde se obtiene que
RT = 1 / ( 1/R1
+ 1/R2
), aplicando la ley de Ohm: IT= VT/ RT
Sabiendo que las resistencias tienen la misma tensión y esta es igual a su vez a la generada por la
fuente se deduce que VT = V1
= V2
aplicando la ley de Ohm para cada una de las resistencias
individuales:
V1/R1 =I1 V2/R2 =I2
Es decir, el inverso de la resistencia equivalente a varias resistencias en paralelo, es la suma de
los inversos de dichas resistencias.

Voltaje
RESISTENCIAS EN CONEXIÓN MIXTA
Los circuitos mixtos son aquellos que tienen tres o más receptores y en cuya
asociación concurren a la vez los dos sistemas anteriores , en serie y en paralelo.

En la resolución de estos circuitos hay que combinar los sistemas anteriores.

Voltaje
La potencia eléctrica de cada resistencia o receptor se calcula multiplicando la intensidad
que circula por él por la caída de tensión que provoca. W = I * V

Electricidad: Introducción, cargas, corriente y circuitos

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Electricidad: Introducción, cargas, corriente y circuitos

Similar a Electricidad: Introducción, cargas, corriente y circuitos (20)

Más de OLGALUFI

Más de OLGALUFI (20)

Último

Último (20)

Electricidad: Introducción, cargas, corriente y circuitos