Electronica

1. TECNOLOGÍA ELÉCTRICA / ELECTRÓNICA
UD1-TEMA 1
Conceptos generales de electricidad y circuitos
eléctricos
INTRODUCCIÓN
El objetivo de este primer tema es repasar los contenidos vistos en el
curso pasado sobre electricidad y circuitos eléctricos.
Los conceptos explicados a lo largo de estas transparencias ya han sido
estudiados anteriormente por lo que, un repaso de los mismos ayudará a
establecer un nivel inicial de base, común para todos, posibilitando al
estudiante una adecuada planificación para garantizarle el éxito en la
asignatura.
A lo largo del tema se desarrollan algunos ejemplos.
En poliformat se han depositado ficheros con problemas propuestos
que ayudarán a la autoevaluación y estudio de la asignatura.

2. INDICE
1. CARGA ELÉCTRICA.
2. CAMPO ELÉCTRICO.
3. POTENCIAL.
4. DIFERENCIA DE POTENCIAL.
5. INTENSIDAD, CORRIENTE ELÉCTRICA.
6. POTENCIA ELÉCTRICA. ENERGÍA ELÉCTRICA.
7. CONVENIOS DE SENTIDOS.
8. Ley de OHM
9. CIRCUITO ELÉCTRICO.
10. RESISTENCIA ELÉCTRICA.
11. LEY DE JOULE
12. ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS.
a. Asociación serie
b. Asociación paralelo
c. Asociación mixta
OBJETIVOS de APRENDIZAJE
1) Conocer los conceptos fundamentales sobre electricidad y circuitos
eléctricos, así como sus componentes básicos.
2) Conocer y manejar correctamente las magnitudes eléctricas “tensión ,
corriente eléctrica, potencia y energía eléctrica”.
3) Aplicar correctamente la Ley de OHM para analizar y resolver circuitos
eléctricos sencillos.
4) Analizar y resolver circuitos sencillos con varios elementos asociados en
serie y/o paralelo.
Enlace interesante y útil:
http://ntic.educacion.es/w3//recursos/fp/electricidad/index.html

3. CARGA ELÉCTRICA
A nivel atómico, los átomos son neutros (tienen el mismo número de protones y
de electrones).
Si por cualquier motivo pierde o gana electrones, se convertirá en un ión (positivo
o negativo).
Transferencia de electrones: ganancia o perdida de electrones por
parte de los átomos.
CARGA ELÉCTRICA
Por tanto denominaremos carga eléctrica a cualquier partícula capaz de manifestar
en su entorno acciones de tipo eléctrico.
La unidad de carga eléctrica es el Culombio (C) y equivale a 6,25x1018 e-.

4. CARGA ELÉCTRICA
PROPIEDAD FUNDAMENTAL:
Cargas del mismo signo se repelen y de signo contrario se atraen
De este modo se desarrolla el mecanismo de conducción eléctrica en
los materiales
CARGA ELÉCTRICA
Conducción en los metales
Los metales tienen: valencias positivas (tienden a ceder electrones a los átomos
con los que se enlazan) y energía de ionización baja (reaccionan con facilidad
perdiendo electrones)

5. CAMPO ELÉCTRICO
La característica fundamental de una carga eléctrica es su capacidad para ejercer
una fuerza, la cual se manifiesta dentro del campo eléctrico que la rodea.
Es decir, el campo eléctrico es una región del espacio donde se manifiestan
acciones de tipo eléctrico.
Su unidad es el V/m.
Por otra parte, un objeto cargado conservará temporalmente su carga si no hay
transferencia de e- de él o hacia él.
Esta electricidad en reposo, se llama electricidad estática.
CAMPO ELÉCTRICO
o Si una carga de prueba qo se coloca en un campo eléctrico E -creado por algún
objeto cargado-, la fuerza eléctrica que actúa sobre la carga de prueba es
F = qoE
o Para un desplazamiento infinitesimal dr, el trabajo (W) realizado por el campo
eléctrico (E) sobre la carga es:
W= F·dr = qo·E·dr
Para un desplazamiento finito de la carga entre los puntos A y B, el cambio
de energía potencial del sistema es la integración que se efectúa a lo largo
de la trayectoria que sigue qo cuando se mueve de A a B:
∆U = UA − UB = q0 ∫A E ⋅ dr
B

6. POTENCIAL. DIFERENCIA DE POTENCIAL
•Debido al campo eléctrico, una carga eléctrica tiene la capacidad de
efectuar un trabajo al mover a otra carga.
• A esta capacidad se le denomina potencial (eléctrico).
¿cómo se relaciona la energía potencial con el potencial?
La energía potencial por unidad de carga U/qo es independiente del
valor de qo y tiene un valor único en cada punto en un campo
eléctrico.
La cantidad U/qo recibe el nombre de potencial eléctrico (V).
De este modo, el potencial eléctrico en cualquier punto en un campo
eléctrico es:
U
V=
q0
POTENCIAL. DIFERENCIA DE POTENCIAL
¿y entonces, la diferencia de potencial ?
La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera (A y B) en el
seno de un campo eléctrico se define como la energía potencial dividida
por la unidad de carga (qo ), es decir:
∆U / q0 = (UA − UB) / q0 = ∫A E ⋅ dr
B
∆VAB = ∫A E ⋅ dr
B
Si dos cuerpos u objetos no presentan la misma carga eléctrica, debe
haber entre ellos una diferencia de potencial
Puesto que el potencial eléctrico es una medida de la energía potencial
por unidad de carga, la unidad de medida en el S.I. es:
Julio/ Colulomb = Voltio

7. FUERZA ELECTROMOTRIZ
La suma de potenciales entre todas las cargas de un campo eléctrico recibe el
nombre de fuerza electromotriz (f.e.m.).
su unidad es el voltio.
Debido a esto también se denomina voltaje. Esta diferencia de potencial (d.d.p.)
entre dos puntos se define como el trabajo realizado al mover la carga unidad:
dW
V= → W = ∫ V ⋅ dq
dq
Para que exista movimiento ordenado de cargas es preciso
disponer de un generador de fuerza electromotriz (f.e.m.).
f.e.m. = voltaje = d.d.p. = tensión eléctrica
EJEMPLO
Una batería de coche de 12 voltios se conecta a dos placas iguales y
paralelas mediante unos cables. Si las placas distan 30 cm, averiguar el
campo eléctrico entre las mismas.
• SOLUCIÓN. Aplicamos la expresión: E = (VB-VA )/d
• Sustituyendo valores, se tiene: E= 40 V/m.
• Esta configuración se conoce como capacitor (condensador) de placas paralelas.

8. CORRIENTE ELÉCTRICA
Se denomina así al movimiento o flujo de cargas .
Para producirla, las cargas deben moverse por efecto de una f.e.m.
El símbolo es i o I según la magnitud dependa o no del tiempo.
dq( t ) ∆Q
i( t ) = I=
dt ∆t
Su unidad es el Amperio (A)
Cantidad de carga (C) por unidad
de tiempo (s)
CORRIENTE ELÉCTRICA. Convenio de sentido
En los metales las cargas que se desplazan son los electrones.
El sentido convencional de la corriente
eléctrica es de positivo a negativo.

9. CORRIENTE ELÉCTRICA. Ejemplos
1) Un conductor eléctrico es atravesado por una carga eléctrica de 4000
Culombios al cabo de una hora. Averigüe la intensidad de corriente
eléctrica.
SOLUCIÓN. Aplicando la expresión anterior (I= Q/t) se tiene:
I = 4000/3600 = 1,1 (A)
2) A una batería de coche se le suministra una carga durante tres horas a
una intensidad de 5 A la primera hora y 2 A el resto del tiempo. Si la tensión
aplicada era de 12,5 V, determínese la cantidad de carga eléctrica
suministrada.
SOLUCIÓN. En este caso se tiene que: Q= I·t, por tanto, sustituyendo
Q = I1·t1 +I2·t2 = 5·1·3.600+2·2·3.600 =
= 18.000+14.400 = 32.400 (C)
POTENCIA ELÉCTRICA
•Un mismo trabajo puede desarrollarse en más o menos tiempo.
•Por ejemplo, 3.000 (J) de trabajo pueden realizarse en un segundo o en
una hora.
• El trabajo realizado es el mismo, pero no así la velocidad con la que se
realiza.
• A esta velocidad con que se realiza dicho trabajo se le llama POTENCIA
•Potencia eléctrica es el trabajo realizado por unidad de tiempo:
dW
P=
dt
La unidad de potencia es el vatio (W) y equivale a un julio/segundo
(J/s)

10. POTENCIA ELÉCTRICA
•En el primer caso anterior se tiene: P(t=1s) = 3.000/1 =3.000 W
•En el segundo caso: P(t=1hora) = 3.000/3.600 =0,833 W.
• Conclusiones:
•Se ha realizado el mismo trabajo,
•Pero en distinto tiempo
•En el primer caso la potencia es mucho mayor, es decir,
•La capacidad para realizar trabajo en el mismo tiempo es mucho
mayor en el primer caso .
POTENCIA ELÉCTRICA. Expresión general
Recordemos que el voltaje o d.d.p. entre dos dW
puntos se define como el trabajo realizado al v=
mover la carga unidad: dq
Y también que la carga y la intensidad están dq(t )
relacionadas mediante la siguiente expresión: i(t ) =
dt
De la expresión de la potencia: dW
P=
dt
dW 
v=
dq 
sustituyendo: 
 dW
 v×i= = P
dt
dq 
i= 
dt 

En caso de que las magnitudes no sean constantes: p(t) = v(t) ⋅ i(t)

11. ENERGÍA ELÉCTRICA
La energía eléctrica es el trabajo eléctrico realizado:
W = P·t = V ·I ·t
Y es igual al producto de la tensión aplicada por la intensidad durante
un tiempo determinado.
La unidad de energía es el julio (SI)
Sin embargo, se utiliza otra unidad, más práctica a efectos de
medida de la energía eléctrica, que se denomina:
kilovatiohora
1 kW·h = 1.000 W x 3.600 s = 3.600.000 J = 3.600 kJ
ENERGÍA ELÉCTRICA. ejemplo
Un motor de 1 kW está funcionando 6 horas/ día durante un
mes. Calcúlese la energía consumida.
SOLUCIÓN. Aplicando la expresión anterior:
W = P·t = 1(kW )·6(horas)·3.600( s / hora)·30(dias / mes)
Se obtiene: W (1 mes) = = 648.000 kJ
Expresado en kW·h: W = 6 h · 30 días · 1 kW = 180 kWh

12. POTENCIA ELÉCTRICA
Otro ejemplo: una estufa de consume 21.600 kJ funcionando
durante 6 horas. Calcúlese la potencia de la misma.
SOLUCION. El trabajo y la energía tienen la misma expresión y
unidades, por tanto:
W = P·t = 21.600.000 (J) = P ·6 h·3.600 s/h
P = 1.000 W = 1 kW
¿cuánto tiempo debería estar funcionando otra estufa de 400 W
para consumir la misma energía?
SOLUCION: 15 horas
CIRCUITO ELÉCTRICO
DEFINICIÓN:
conjunto de elementos de naturaleza eléctrica conectados entre sí
(resistencias, generadores, aparatos, receptores, conductores, etc.)

13. CIRCUITO ELÉCTRICO
PARTES:
Generador: crea y mantiene una diferencia de nivel eléctrico
denominada fuerza electromotriz (f.e.m.). También: diferencia de
potencial (d.d.p.), voltaje (V) o, simplemente “tensión”.
Receptor: es el elemento que “recibe” la energía eléctrica y es capaz de
desarrollar un trabajo.
Otros elementos: conductores, interruptores,….
Convenios de sentidos
a) Intensidad b) Tensión
e I
I E U
R V
c) Potencia
Se suele prescindir de signos, hablando de potencia generada, consumida...
5 A.
A
Circuito n. 1 Circuito n. 2
Vab 3 v.
B
P generada = V AB I ; P consumida = V AB I

14. RESISTENCIA ELÉCTRICA
Oposición que ofrece el circuito al desplazamiento de electrones.
La resistencia eléctrica se mide en ohmios
Símbolo:
En el caso de conductores eléctricos, la resistencia se calcula:
l
R= ρ⋅ ρT = ρo ⋅ (1 + α ⋅ ∆ T )
s
donde:
l: Longitud del conductor en metros.
s: Sección del conductor en mm2.
ρ: Resistividad del material considerado (ρ20 = 0,01785Ω·mm2/m para el cobre)
α: 0,00393 para el cobre
EJEMPLO:
Un generador de c.c. tiene 400 espiras de conductor de cobre de 1.5mm2 de
sección. La longitud media de cada espira es de 60cm. Calcular la resistencia a 20º.
Después de estar funcionando, la temperatura se eleva a 40º y 70ºC
respectivamente. Calcular de nuevo su resistencia.
Solución:
La expresión de la resistencia y la resistividad en un conductor eléctrico es:
l
R40 = ρ 40 ⋅ = R20 (1 + α ⋅ ∆T ) ρ 40 = ρ 20 ⋅ (1 + α ⋅ ∆T )
s
La resistencia será: R(T=20ºC) = 2,856 OHMs
y R(T=40ºC) = 3,91 OHMs
y R(T=70ºC) = 4,184 OHMs

15. LEY DE OHM
La expresión: Recibe el nombre de Ley de OHM
Donde:
V, representa la tensión en Voltios,
I, es la intensidad en Amperios, y
R, la resistencia, en Ω.
La Ley de Ohm dice:
La relación que existe entre el voltaje que se aplica a un conductor y la
intensidad de corriente que este consume, es una cantidad constante y es la
resistencia que se opone al paso de esa corriente.
EJEMPLO
Calcular la resistencia que opone un conductor al que se le aplica una tensión
de 12 voltios y es atravesado por una intensidad de 3 Amperios
SOLUCIÓN:
Aplicando la expresión anterior se tiene: R=V/I = 4 OHMs
¿Qué intensidad atravesaría el mismo conductor si la tensión aplicada sube a
20 V?

16. LEY DE OHM (ii)
OTRO SIGNIFICADO DE LA LEY DE OHM
V = R·I
No es más que el resultado de cambiar los términos de la Ley de Ohm.
A esta expresión se le suele llamar Caída de tensión
EJEMPLO
Calcular la c.d.t.de un circuito eléctrico al que se le aplica en origen una tensión
de 230 V, siendo la tensión medida en el receptor, conectado en el otro extremo,
de 219 V. Si la intensidad que atraviesa el conductor es de 10 A, ¿qué
resistencia presenta dicho cable conductor?
SOLUCIÓN:
Aplicando la expresión anterior se tiene:
Vcable=Vg - Vc= 230-219 = 11 V.
Y ahora:
Rcable = Vcable / I= 1,1 Ω

17. EJEMPLO
Un circuito está constituido por una batería de 6V, un interruptor y una lámpara.
Cuando el interruptor está cerrado, la intensidad de corriente eléctrica es de 2A.
¿ Cuál es la resistencia de la lámpara ?
SOLUCIÓN:
V= R·I => R = 3 OHMs
EJEMPLO
Una línea de 110V está protegida con un fusible de 10A. ¿ Soportará el fusible
una carga de 10Ω ?
SOLUCIÓN:
No soportará la intensidad : I = 11 A

18. ENERGÍA ELÉCTRICA. LEY DE JOULE
Ley de Joule: permite calcular la energía disipada en una resistencia:
Q = R·I 2 ·t
- Se ha dicho que la corriente eléctrica puede generar trabajo y
también calor.
- En el caso de una resistencia, la energía eléctrica se transforma en
calor
- Si sustituimos en la expresión de la energía la magnitud tensión por
la expresión de la ley de OHM:
W = Q = V ·I ·t = R·I ·I ·t = R·I 2 ·t
Como unidad de calor se utiliza la caloría.
Equivalencia: 1 cal = 4,18 julios
LEY DE JOULE. Ejemplo
Calcular la energía disipada durante una hora por un calefactor eléctrico
cuya resistencia es de 150 OHMs al conectarlo a una tensión de 230 V.
SOLUCIÓN. Aplicando la ley de OHM, se obtiene: I = 1,53333 (A)
Sustituyendo en la ley de Joule:
Q = R·I 2 ·t
Primero obtenemos la energía en julios: W= 1.269.599,997 (J)
Y ahora: Q= 0,24·W = 304.703,99 (cal) = 304,7 (kcal)

19. ASOCIACIÓN DE ELEMENTOS
Los distintos elementos de un circuito se asocian o conectan
entre sus extremos (bornes) de varias formas.
Básicamente tenemos:
Asociación en serie.
Asociación en paralelo.
Asociación mixta (serie-paralelo).
ASOCIACIÓN SERIE
Los distintos elementos están conectados uno a continuación del otro,
de forma que por ellos circula la misma intensidad de corriente.
Resistencia equivalente de una asociación es aquella que, al
conectarla a la misma tensión, es atravesada por la misma corriente..
Para determinar la resistencia equivalente de una asociación
serie, sumaremos el valor óhmico de cada una de las resistencias
EJEMPLO: Calcula la resistencia equivalente del siguiente circuito
Req = ∑ Ri = 2 + 3 + 5 = 10Ω

20. ASOCIACIÓN SERIE. RESISTENCIA EQUIVALENTE
¿Por qué la Req es la suma de todas las resistencias de la
asociación?
Si se tienen n resistencias y por todas ellas pasa la misma corriente
I, aplcando la ley de OHM, la caída de tensión en cada una de ellas
será: VRn = Rn·I
Sumando todas las caídas de tensión se obtiene la caída de tensión
total, es decir, la tensión aplicada al circuito: VAB
V AB = V 1 + V 2 + ...... + V N
ASOCIACIÓN SERIE. RESISTENCIA EQUIVALENTE
Si de nuevo, aplicamos la ley de OHM: VAB = RAB·I
se obtiene una resistencia equivalente a la de la a asociación, ya que, al
aplicarle la misma tensión (VAB), es atravesada por la misma intensidad (I)
Matemáticamente, sustituyendo las expresiones anteriores:
Req ⋅ I = R1 ⋅ I + R2 ⋅ I + ..... R N ⋅ I
se obtiene: Req = R1 + R2 + ..... + R N

21. EJEMPLOS
Un circuito formado por una asociación serie de 3 resistencias. Si la caídas de
tensión en ellas son .3, 6 y 15 V respectivamente, calcula: la f.e.m. aplicada al
circuito.
SOLUCIÓN: E = V1 + V2 + V3 = 24 V.
Si en el problema anterior la corriente eléctrica es de 3 A, calcula el valor de
cada resistencia y la resistencia equivalente
SOLUCIÓN:
Req = 24 /3 = 8 OHMs. R1 = V1/I= 1 Ω ; R2 = V2/I= 2 Ω ; R3 = V3/I= 5 Ω
ASOCIACIÓN PARALELO
Los distintos elementos están conectados de forma que tienen sus
terminales comunes. Ello significa que al aplicar una diferencia de
potencial (tensión) a esos terminales, todos los elementos estarán a la
misma tensión
EJEMPLO:
Calcula la resistencia equivalente del siguiente circuito
−1
1 1 1 1 1 31
=∑ = + + = Ω y ahora : Req = 0,967 Ω
Req Ri 2 3 5 30

22. ASOCIACIÓN PARALELO
Al igual que en la asociación serie, se demuestra, aplicando la ley de OHM,
que la intensidad suministrada al circuito es la suma de todas las
intensidades que circulan por cada una de las resistencias de la asociación:
I = I 1 + I 2 + ..... + I N
V AB V AB V AB
En efecto, aplicando la ley de Ohm: I 1 = , I2 = , ..... IN =
R1 R2 RN
Por otro lado, si la tensión en bornes de la resistencia
equivalente de la asociación es VAB , la intensidad que circula por
ella vale:
V AB
I=
Req
ASOCIACIÓN PARALELO
Sustituyendo las expresiones anteriores en: I = I 1 + I 2 + ..... + I N
Queda: V AB V AB V AB V AB
= + + ..... +
R eq R1 R2 RN
Y ahora, la resistencia equivalente de la asociación:
1 1 1 1
= + + .......
Req R1 R 2 RN

23. EJEMPLOS
Dos resistencias asociadas en paralelo de 2 y 5 Ohmios respectivamente se
conectan a un generador de 20 V. Calcula las intensidades en cada una de las
ramas del circuito.
SOLUCIÓN: I1= 10 A ; I2 = 4 A.
Calcula la resistencia equivalente de 3 resistencias en paralelo de 1 kΩ, 200
kΩ y 5 kΩ . Si se conectan a un generador de 10 V, calcula las intensidades del
circuito. Calcúlese también la potencia total generada y las potencias
consumidas por cada una de las resistencias.
SOLUCIÓN: Req= 0,829 kΩ; I1= 0,01 A , I2= 0,05 mA, I3= 2 mA
P1= 100 mW, P2= 0,5 mW, P3=20mW
ASOCIACIÓN MIXTA
Los distintos elementos están conectados EN SERIE Y PARALELO
EJEMPLO:
Calcula la resistencia equivalente de un circuito formado por cuatro
resistencias: R1 está conectada enserie con la asociación paralelo de
las otras 3 resistencias. Datos: R1=1kΩ, R2=840Ω R3=420Ω,
R4=1260Ω.
SOLUCIÓN: Req= 1.210 Ohmios.

24. ASOCIACIÓN MIXTA
EJEMPLO:
Calcula la resistencia equivalente del circuito siguiente está conectada
enserie con la asociación paralelo de las otras 3 resistencias. Datos:
R1=120Ω, R2=33 Ω R3=47Ω, R4=10Ω, R5=120Ω, R6=470 Ω R7=56Ω,
R8=10Ω
SOLUCIÓN: Req= 196,167 Ohms.
ASOCIACIÓN MIXTA
SOLUCIÓN:
Req= 196,167 Ohms.

25. RESUMEN DE CONTENIDOS
Principales magnitudes eléctricas:
tensión=f.e.m. (V) unidad: voltio (V)
intensidad (I) unidad: Amperio (A)
resistencia eléctrica (R) unidad: ohmio (Ω)
potencia (P) unidad : vatio (W)
energía (W) unidad: julio (J)
calor (Q) unidad (caloría)
Conceptos:
• circuito eléctrico
• asociación de elementos (serie , paralelo, mixta)
• convenio de sentidos para V, I, P
Cálculos eléctricos
ley de OHM
ley de Joule
asociación de resistencias