Curso básico de la comisión federal de electricidad

1. Curso:
Electricidad Básica

2. Qué es la Electricidad:
La electricidad es un conjunto de fenómenos producidos por el movimiento y la interacción entre
cargas eléctricas positivas y negativas de los cuerpos.
Es decir, la electricidad es una fuerza que resulta de la atracción o repulsión entre las partículas
que contienen carga eléctrica positiva y negativa, y se puede manifestar tanto en reposo (estática)
como en movimiento.
Electricidad es también la rama de la física que estudia este tipo de fenómenos eléctricos.
La palabra electricidad procede del latín electrum y a su vez del griego élektron (ήλεκτρον), que
quiere decir ‘ámbar’. Se relaciona con la electricidad porque el ámbar es una resina que, al ser
frotada, adquiere propiedades eléctricas.

3. Características de la electricidad.
Es un fenómeno en el que se manifiestan los siguientes elementos característicos:
•Carga eléctrica: propiedad de las partículas subatómicas que se expresa en la atracción y repulsión entre
ellas por medio del campo electromagnético.
•Campo eléctrico: es el campo físico en que se inscribe la interacción entre las cargas eléctricas de los
cuerpos.
•Corriente eléctrica: se refiere al movimiento de las cargas eléctricas, es decir, es el flujo de las cargas
eléctricas que se distribuyen o propagan a través de un material conductor de electricidad.
•Potencial eléctrico: se refiere a la potencialidad de trabajo o esfuerzo necesaria en un campo electrostático
para poner en movimiento una carga positiva de un punto a otro.
•Magnetismo: una de las formas en que se manifiesta la electricidad es a través del magnetismo, ya que es un
tipo de corriente eléctrica que produce campos magnéticos. Éstos, a su vez, pueden llegar a producir corriente
eléctrica.

4. Toda la materia que conforma nuestro mundo está constituida por elementos diminutos denominados
átomos. Los átomos están formados por un conjunto de partículas que son los electrones , los
protones y los neutrones. Comparando el átomo con un sistema planetario, los protones y los
neutrones se encontrarían en el centro formando el núcleo, como si fueran el Sol, y los electrones
estarían orbitando alrededor de éste como los planetas. El electrón posee una carga eléctrica
negativa, mientras que el protón tiene la misma carga pero positiva. El neutrón no tiene carga
eléctrica.
Un átomo contiene el mismo número de electrones y de protones
por lo tanto no tiene carga eléctrica.
Los electrones se distribuyen alrededor del núcleo a diferentes
niveles. El último nivel o mas alejado es el llamado capa de
valencia y es el que determina el comportamiento que tendrá el
átomo. Todos los átomos tienden a tener en su último nivel o capa
de valencia 8 electrones de manera que si un átomo está próximo a
los 8 electrones en su capa de valencia tenderá a ganar
electrones para completar su última capa, en cambio átomos con 1,
2 o 3 electrones en su última capa tienden a perderlos para que su
última capa sea la inferior y quede completa con 8 electrones.
La carga eléctrica es el resultado del exceso o defecto de electrones
de un material.
El átomo

5. Materiales Conductores.
Los materiales conductores son aquellos que ofrecen poca resistencia al paso de la electricidad. Los
electrones pueden circular libremente a través del material porque están débilmente unidos a los
átomos y, por lo tanto, pueden conducir la electricidad. Por ejemplo: aluminio, bronce, níquel, oro.
Materiales Aislantes.
Los aislantes son materiales donde los electrones no pueden circular libremente, como por ejemplo la
cerámica, el vidrio, plásticos en general, el papel, la madera, etc. Estos materiales no conducen la
corriente eléctrica.
Materiales Semiconductores
Los semiconductores, como el silicio o el germanio, presentan propiedades eléctricas que están entre
los conductores y los aislantes. Se utilizan principalmente cómo elementos de los circuitos electrónicos.
Conductores, Aislantes y Semiconductores.

6. Para entender el fenómeno de la corriente eléctrica compararemos la electricidad , o circulación de
electrones con el movimiento del agua que fluye por una tubería.
Comparando el circuito hidráulico con el circuito eléctrico, tenemos que el Motor M que mueve el agua es
equivalente al generador que impulsa los electrones, creando una diferencia de potencial. La noria de
agua R que realiza un trabajo es equivalente a la resistencia eléctrica que se opone al paso de la
corriente disipando una energía, La unión entre motor y noria se realiza mediante tuberías, y en el
circuito eléctrico mediante cables eléctricos. La circulación de agua es equivalente a la circulación de
electrones.
Corriente eléctrica.

7. La energía eléctrica así puesta en movimiento quedará evaluada por :
Voltaje.
Diferencia de potencial o tensión. (Voltios.)
Intensidad.
Cantidad de electrones circulando en la unidad de tiempo. (Amperios.)
Resistencia.
Oposición al paso de la corriente eléctrica. (Ohmios.)

8. La diferencia de potencial entre los dos polos de un generador se mide en voltios, el aparato con que se
efectúa la medición es el voltímetro. Medir el voltaje es hallar la diferencia de potencial que existe entre
dos puntos de una instalación eléctrica. Para no desvirtuar la medida tan sólo debe atravesar el voltímetro
una pequeña cantidad de corriente, por la tanto su resistencia eléctrica debe ser muy grande, por ello se
construyen con hilo muy fino y de muchas vueltas.
El Voltaje.

9. La intensidad de corriente o corriente eléctrica se define como la cantidad de electrones que pasa por
un conductor en la unidad de tiempo, La unidad de intensidad es el Amperio , y equivale a transportar
en 1 segundo 1 Culombio Q = 6,3 × 1018 electrones.
La Intensidad

10. Se define la resistencia eléctrica como la mayor o menor oposición que presenta un material a ser atravesado
por electrones, la unidad de medida de la resistencia eléctrica es el Ohmio (Ω). Y su aparato de medida
el ohmetro. Se define a un ohmio como la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor,
cuando una diferencia de potencial constante de un voltio aplicada entre estos dos puntos, produce, en dicho
conductor, una corriente de intensidad de un amperio.
Existen dos grupos de resistencias en función del material con el que estén construidas.
• Resistencias de hilo, para potencia superior a 2 vatios.
• Resistencias químicas para potencias inferiores a 2 vatios, fabricadas con carbón pulverizado mezclado con
sustancias orgánicas.
La Resistencia eléctrica

11. La Resistencia eléctrica
Las resistencias de pequeña potencia utilizadas en circuitos
electrónicos van marcadas con un código de franjas de
colores.
La última raya situada más a la derecha indica la tolerancia
o precisión de la resistencia.
La penúltima indica el multiplicador.
Las restantes forman las cifras.
El valor de la resistencia total se obtiene multiplicando las
cifras por el multiplicador.

12. La Resistencia eléctrica

13. Ley de OHM
La relación que existe entre el voltaje que se aplica a un conductor y la intensidad de corriente que lo
atraviesa, es una cantidad constante; que se llama resistencia, y que se opone al paso de esa corriente.
La V representa la tensión en voltios, la I la intensidad
en amperios y la R la resistencia en Ohmios.
Un múltiplo del Ohmio es el Megaohmio MΩ que equivale a 1 millón de ohmios y se usa para medir
resistencias de aislamiento de los conductores.

14. Caída de tensión.
Dado que los conductores tienen siempre una resistencia la tensión que se aplica a un receptor
vendrá disminuida por la caída de tensión en el conductor.
Es decir la tensión que se aplica a la carga siempre es algo menor que la que medimos en el generador debido
a la caída de tensión que se va a producir a lo largo del cable al ser atravesado por una corriente eléctrica.

15. Potencia Eléctrica
Cuando estudiamos mecánica aprendimos que la potencia es el trabajo realizado en la unidad de
tiempo. Siendo el trabajo la fuerza por el desplazamiento.
En electricidad definiremos la potencia como el trabajo de llevar una carga eléctrica de un potencial a otro
en la unidad de tiempo. La carga por la unidad de tiempo nos la da la intensidad y la diferencia de potencial
será la tensión.
La potencia se mide en Vatios y es la cantidad de trabajo realizado por un circuito eléctrico que tiene
aplicada la tensión de 1 voltio entre sus extremos y es recorrido por un amperio durante un segundo.

16. Potencia Eléctrica
Los múltiplos del vatio mas utilizados son el KW (1000 vatios) y el MW MegaVatio (1.000.000 wattios).
Para medir la potencia eléctrica se usa el Vatímetro que se compone de un amperímetro (serie) y un
voltímetro (paralelo).

17. Potencia Eléctrica
Otra unidad frecuente en la medición de potencia es el caballo de vapor (HP), que equivale a 736
Vatios.
Ejemplo: Calcular los Watts de potencia de un motor de 2HP.
W = (2)*(736) = 1,472 Watts.

18. Energía Eléctrica
La energía eléctrica consumida por una carga o receptor será proporcional a la potencia de la carga y al
tiempo que esté conectada.
Energía = Potencia x tiempo = P x t
y se mide en Vatios x hora o en KWatio x hora. En nuestra casa consumimos energía y en el recibo de
electricidad nos indican el consumo en ( Kw x hora) , en función del precio del kilowattio x hora, pagaremos
mas o menos a nuestra compañía suministradora.
Ejemplo: Calcular los Watts x Hora consumido por el motor anterior si trabaja 5 hrs al día.
W = (2)*(736) = 1,472 Watts. * 5 hrs = 7,360 WHr = 7.36 Kwhr

19. El reóstato y el potenciómetro.
El reóstato.
Un reóstato es una resistencia variable mecánicamente, formado por un cursor que va moviéndose a lo
largo de la materia resistente. Instalado en un circuito conseguimos que varíe la intensidad.

20. El reóstato y el potenciómetro.
El potenciómetro.
Un potenciómetro es una resistencia que presenta un valor variable en función de un movimiento
normalmente mecánico. Instalado en un circuito conseguimos que varié la tensión.
El más sencillo consta de una resistencia con
dos cables en los extremos y un tercer cable
que puede desplazarse a lo largo de toda la
resistencia, de manera que la tensión entre los
extremos y el cable central varía en función del
tramo de resistencia que dejamos a uno u otro
lado.

21. Ley de Joule
En cualquier circuito eléctrico se produce un desprendimiento de calor provocado por la circulación de la
corriente eléctrica, este desprendimiento de calor puede llegar a quemar los cables eléctricos si no
están bien dimensionados, es decir si no son capaces de disipar el calor que producen.
La energía calorífica que produce un conductor recorrido por una corriente eléctrica se desprende de la
expresión de la energía eléctrica y de la ley de Ohm.
La energía es igual a la potencia por el tiempo.
E= P x t.
Para una carga resistiva P = V x I
E=V x I x t
Por la ley de ohm V = I x R
E = I x R x I x t
Esta es la expresión de la Ley de Joule. El calor que desprende un
conductor al ser atravesado por una corriente eléctrica es directamente
proporcional al cuadrado de la intensidad multiplicado por la resistencia y
por el tiempo en que este circulando la intensidad.
En el sistema internacional de medidas al ser una energía se medirá en julios. Podemos convertir los julios
en calorías multiplicando por la constante 0,24.

22. Ley de Joule
Esta es la expresión de la Ley de Joule. El calor que desprende un conductor al ser atravesado por una
corriente eléctrica es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad multiplicado por la resistencia
y por el tiempo en que este circulando la intensidad.
En el sistema internacional de medidas al ser una energía se medirá en julios. Podemos convertir los julios
en calorías multiplicando por la constante 0,24.
Luego.
E = I² x R x t

23. Asociación de Resistencias Serie – Paralelo.
Resistencias eléctricas en serie.
Las resistencias estarán asociadas en serie cuando todas ellas están colocadas una a continuación
de otras siendo recorridas por la misma intensidad.

24. Asociación de Resistencias Serie – Paralelo.
En este caso la resistencia total es la suma de las resistencias, y además aplicando la ley de Ohm podemos
obtener las siguientes fórmulas.

25. Asociación de Resistencias Serie – Paralelo.
Ejemplo calcular la intensidad de corriente (I) que circula en el circuito serie mostrado.
R1 = 1 Ohms
R2 = 2 Ohms
R3 = 3 Ohms
Voltaje = 120 Volts
Rt = R1 + R2 +R3
Rt = 1 + 2 + 3
Rt = 6
Por ley de Ohm:
I = V / R = 120/6
I = 20 Amp.

26. Asociación de Resistencias Serie – Paralelo.
Resistencias eléctricas en paralelo.
Las resistencias estarán asociadas en paralelo cuando todas ellas están colocadas una debajo de la otra
teniendo todas ellas la misma diferencia de potencial.

27. Asociación de Resistencias Serie – Paralelo.
Resistencias eléctricas en paralelo.
Ejemplo calcular la intensidad de corriente (It) que circula en el circuito serie mostrado y la resistencia total.
It = 120/1 + 120/2 + 120/3 = 120 + 60 + 40 = 220Amp.
Rt = 1/(1/1 + 1/2 + 1/3) = 1/(1+0.5+0.33) = 1/1.83 = 0.54 Ohms.

28. Leyes de Kirchhoff
Ley de Nodos de kirchoff.
Ley de los nodos o ley de corrientes de Kirchhoff: La suma de todas las intensidades que entran y salen por un
Nodo (empalme o nudo) es igual a 0 (cero).
I1=I2+I3
I2+I3=I4

29. Leyes de Kirchhoff
Ley de mallas de kirchhoff.
Ley de las «mallas» o ley de tensiones de Kirchhoff:
En toda malla la suma algebraica de las tensiones debe ser 0 (cero).

30. Leyes de Kirchhoff
Ley de mallas de kirchhoff.
Ley de las «mallas» o ley de tensiones de Kirchhoff:
En toda malla la suma algebraica de las tensiones debe ser 0 (cero).