Libro elt 110 1 2012

UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL RENE MORENO
FACULTAD POLITECNICA

APUNTES DE LA MATERIA
“ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA
BASICA – ELT110”

Por Ing. Juan Quispe Cruz

Santa Cruz Marzo de 2012

INDICE
O Repaso de Matemáticas

a) Ecuaciones de primer grado con una incógnita.
b) Sistemas de ecuaciones de primer grado con dos incógnitas.
c) Notación científica

I INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD

1.1 Historia
1.2 ¿Qué es la Electricidad?
1.3 Importancia de la Electricidad.
1.4 Como se produce la Electricidad

II Teoría del Átomo

1.- Introducción.
2- Representación
3.- Iones.
4.- Actividades propuestas y ejercicios.

III Materiales Conductores, Aisladores y semiconductores

1.- Materiales conductores, aislantes y semiconductores.
2- Conductores
3.- A veces los conductores no son cables.
4.- Aisladores
5.- Semiconductores

IV Magnitudes eléctricas Corriente, Voltaje, Resistencia

1.- Corriente Eléctrica
2.- Voltaje
3.- Resistencia
4.- Ejercicios de aplicación

V Circuito eléctrico, Elementos del circuito eléctrico, Ley de Ohm.

1.- Circuito Eléctrico

2.- Diferentes tipos de elementos de control
3.- Elemento de Protección
4. Circuito Elemental
5- Ley de Ohm (Relación entre las magnitudes I,V,R)
5.- Circuitos básicos (serie, paralelo y mixto).

VI Potencia y energía eléctrica.

1.- Concepto de energía.
2.- Potencia eléctrica
3) Energía Eléctrica
4.- Cálculo de la potencia de cargas reactivas (inductivas)
5.- Múltiplos y submúltiplos de la potencia en watt
6.- Obtención de luz y calor. Otros Efectos. Receptores. Aplicaciones.
7.- Simbología normalizada

VII Generadores

1.- Que son los Generadores
2.- Generadores de corriente continúa
3.- asociación de generadores.

VIII Electromagnetismo y medidas

1.- Introducción al electromagnetismo.
2.- Aplicaciones del electromagnetismo.
2.1- Electroimán.
2.2- Relé.
2.3- Alternador.
2.4- Dinamo y motor de corriente continua.
2.5- Transformador.
3.- Aparatos de medida.
3.1- Óhmetro, conexionado.
3.2- Voltímetro, conexionado.
3.3- Amperímetro, conexionado.
3.4- Polímetro, conexionado.
4.- Actividades.

IX APARATOS DE MEDIDA

1- Óhmetro, conexionado.
2- Voltímetro, conexionado.
3- Amperímetro, conexionado.
4- Polímetro, conexionado.
5.- Actividades.

X Electrónica Básica

1.- Introducción.
2.- La resistencia.
3.- El condensador.
4.- El diodo.
5.- La fuente de alimentación.
6.- El transistor.
7.- Montajes.
8.- Actividades.

XI Introducción a las instalaciones eléctricas domiciliarias

1.- La red Eléctrica de CRE.
2.- La Acometida a las Viviendas.
3.- El Medidor y su instalación.
4.- El Tablero de distribución.
5.- El circuito Eléctrico.
6.- El Punto de luz.
7.- El punto de T.C..
8.- Ducha eléctrica Punto especial
9.- Herramientas utilizadas en instalaciones

BIBLIOGRAFIA

- Circuitos Eléctricos y circuitos básicos Brookes, Editorial Labor
- Construyamos un motor de Gonzalo R. Editorial Labor
- El libro de la electricidad de Chapman Editorial P.Plesa-S.M
- 128 esquemas de electricidad de Ferrer P.E editorial Sintes
- Electricidad y Magnetismo de Jennings T.

Paginas Web:
http://www.tecno12-18.com/
http://www.3eequipos.com/
http://www.netcom.es/pepeweb/
http://www.portaleso.com/

U.A.G.R.M. – FACULTAD POLITECNICA Electricidad y Electrónica Básica – ELT-110

O Repaso de Matemáticas
Tanto en electricidad como en electrónica necesitaremos el cálculo matemático para resolver los
problemas que se planteen. Repasaremos dos apartados básicos: ecuaciones de primer grado
sistemas de dos incógnitas) y números en notación científica.

a) Ecuaciones de primer grado con una incógnita.

Resolver la ecuación: 3 x−2=4
3 x=4+2 3 x=6 x=6/3=2

Resuelve: 3+x=4x−2 ; 5 x= 4 x−2 ; 10 v=33 v−46

b) Sistemas de ecuaciones de primer grado con dos incógnitas.

y+ 2x = 0 ; x+y = -1
Se resuelve fácilmente por cualquiera de los dos métodos siguientes:

Por sustitución:
• Se despeja una incógnita en una ecuación, por ejemplo la y en la primera: y = -2x
• Se sustituye dicho valor en la segunda: x - 2x = -1
• Se resuelve esta ecuación: -x = -1 ; x = 1
• Con este valor se halla el de la otra incógnita (paso 1): y = -2

Por reducción:
• Se consigue que en al sumar o restar ambas ecuaciones, miembro a miembro se elimine
una incógnita. Para ello se simplifica todo lo posible y se multiplica, si es necesario alguna
ecuación por algún número. En este caso se pueden restar directamente una ecuación de la otra y
se elimina la y : 1ª - 2ª : x = 1

• Se resuelve la ecuación resultante. En este caso ya lo está ya que hemos obtenido
directamente la solución para la x: x = 1
• Se sustituye esta solución en una de las dos ecuaciones y se resuelve hallando la otra
incógnita. En este caso, sustituyendo x = 1 en cualquiera de las dos ecuaciones se obtiene
fácilmente y = -2.

Por igualación:
• En ambas ecuaciones se despejan una de las incógnitas: y = -1-x ; y= -2x
• Como y = y, entonces -1-x =-2x y se resuelve esta ecuación: -x=-1 luego x = 1.
• y se halla el valor de y. y = -2x = -2 · 1 = -2.

• Resuelve estos sistemas en el cuaderno
• 3 v – 4 y = -8 ; 10 v + y = 45
• 6 f – 4 g = -6 ; 8 f – g = 5
• 44 = u + v ; 4 = u – v
• 15 + 3 i = -v ; 2 v = i -1
• 16 i -2=0 ; i + v = 1 31


c) Notación científica

La notación científica (notación índice estándar) es un modo conciso de anotar números enteros
mediante potencias de diez, esta notación es utilizada en números demasiado grandes o demasiado
pequeños. Veamos algunos ejemplos:
1 6
10 = 10 ● 10 = 1.000.000
2 9
• 10 = 100 ● 10 = 1.000.000.000
3 20
• 10 = 1000 ● 10 = 100.000.000.000.000.000.000

Adicionalmente, 10 elevado a una potencia entera negativa -n es igual a 1/10n o, equivalentemente 0,
(n-1 ceros) 1:

10-1 = 1/10 = 0,1
10-3 = 1/1000 = 0,001
10-9 = 1/1.000.000.000 = 0,000000001

Por lo tanto un número como 156.234.000.000.000.000.000.000.000.000 puede ser escrito como
1,56234 × 1029, y un número pequeño como 0,0000000000234 puede ser escrito como 2,34 × 10-11.
Veamos ahora una tabla donde aparecen expuestos diferentes valores numéricos, sus equivalentes en
notación científica y la representación numérica de cada uno:
Representación en
Valor numérico Representación numérica
Notación Científica
Miltrillonésima 10-21 0,000000000000000000001
-18
Trillonésima 10 0,000000000000000001
-15
Milbillonésima 10 0,000000000000001
-12
Billonésima 10 0,000000000001
-9
Milmillonésima 10 0,000000001
-6
Millonésima 10 0,000001
-3
Milésima 10 0,001
-2
Centésima 10 0,01
-1
Décima 10 0,1
Uno 1 1
1
Diez 10 10
2
Cien 10 100
3
Mil 10 1 000
6
Millón 10 1 000 000
9
Mil millones 10 1 000 000 000
12
Billón * 10 1 000 000 000 000
15
Mil billones 10 1 000 000 000 000 000
18
Trillón 10 1 000 000 000 000 000 000
21
Mil trillones 10 1 000 000 000 000 000 000 000
9
* En Estados Unidos de Norteamérica 10 se denomina “billon”. Para el resto de los países de habla. hispana
10 9 equivale a “mil millones”, mientras que el billón se representa como 1012.


Igualmente, en los países de habla hispana 109 recibe también el nombre de “millardo” (palabra
proveniente del francés “millard”), además de “mil millones”. Por tanto, lo que para los
estadounidenses es “one billon dollars or euros“ (un billón de dólares o de euros), para los
hispanohablantes sería “un millardo de dólares o de euros” o “mil millones de dólares o de euros”.

Por otra parte, en español 104 (10 000), también se denomina “miríada”.

Representación de números enteros y decimales en notación científica

Método para representar un número entero en notación científica

Cualquier número entero o decimal, independientemente de la cantidad de cifras que posea, se puede
reducir empleando la notación científica. Veamos en la práctica algunos ejemplos:

a) 529 745 386 5,29 x 108
b) 450 4,5 x 102
c)
d)
590 587 348 584
0,3483
= 5,9 1011
3,5 x 10-1
e) 0,000987 9,87 x 10-4

Introducción de datos en la calculadora:

3 x 103 [3] [EXP] [3]
18
6,25 x 10 [6] [.] [2] [5] [EXP] [1] [8]
-19
1,6 x 10 [1] [.] [6] [EXP] [1] [9] [+/-]

Esta notación permite los mismos cálculos que la decimal.

Como se podrá observar en esta tabla, la notación científica se compone siempre de un solo
número entero y el resto pueden ser o varios decimales, según la mayor o menor exactitud que
requiera una representación numérica determinada. La cantidad de decimales se puede recortar
a uno o dos números solamente por medio de la aproximación o redondeo de la cifra, pues el
objetivo de emplear la notación científica es, precisamente, acortar las cifras largas, ya sean de
números enteros o decimales.

Para convertir en notación científica el número 529 745 386 (“a” en la tabla anterior), será
necesario contar de derecha a izquierda los espacios que existen entre el último número de la
serie numérica a partir del “6” hasta llegar al primero (“5” en este caso). Después de contar
veremos que hay ocho espacios, por lo que la notación científica de ese número entero la
podemos escribir así: 5,29 x 108. (El superíndice 8 representa los espacios que hemos contado
desde el “6” hasta el “5”).

Si queremos redondear esa cifra para que la notación sea aún más simplificada, podemos
escribirla también como 5,3 x 108 . Igualmente se pueden representar más cifras decimales


empleando los propios números que forman el número entero como, por ejemplo, 5,2975 x
108.

Para convertir de nuevo la cifra representada en notación científica en el número entero que le
dio origen, realizamos la operación inversa. Por ejemplo, si el número entero 529 745 386 se
redondeó originalmente para que su representación decimal en notación científica fuera 5,3 x
108 y queremos restaurar ahora el número original, en este caso será necesario multiplicar 5,3
x 100 000 000 (los ocho ceros se corresponden con el superíndice 108 ). El resultado de la
operación será 530 000 000 en lugar de 529 745 386, que como se podrá comprobar difiere
algo del número entero original debido a la aproximación o redondeo que se realizó
anteriormente.

Método para representar un número decimal o fraccionario en notación científica

El procedimiento para convertir un número decimal en otro número en notación científica es parecido
al anterior. Tomemos por ejemplo el número 0,000987, correspondiente a la “e” en la tabla del
ejemplo. Para realizar la conversión, sencillamente corremos la coma hacia la derecha los cuatro
espacios que la separan del “9”, con lo que obtendremos el siguiente número decimal: 9,87 . Por tanto,
la notación final quedará de la siguiente forma: 9,87 x 10-4 Si queremos acortar más la notación
podemos redondear y escribirla también como 9,9 x 10-4 . En el caso de la conversión de decimales a
notación científica, el superíndice del “10” llevará el signo “menos” para indicar que esta notación
corresponde a un número fraccionario en lugar de uno entero.

Para convertir de nuevo la notación científica de este ejemplo en decimal, movemos la coma tantos
lugares a la izquierda como número nos indique el superíndice negativo, agregando los
correspondientes ceros para completar la cifra.

Operaciones: sumas y restas.

Si los sumandos son del mismo orden de magnitud sumamos o restamos los números que preceden a
las potencias de 10. Si los sumandos no son del mismo orden de magnitud se reducen al mayor de los
órdenes, y se suman o se restan los números que preceden a las potencias de 10.
Ejemplo: 5,2⋅1023 + 4,01x1021 = 5,2x1023 + 0,0401x1023 = 5,2401x1023
Operaciones: multiplicaciones y divisiones.

Para multiplicar dos números en notación científica, se multiplican los números que preceden a las
Potencias de 10 y también dichas potencias. Para dividir dos números en notación científica, se dividen
los números que preceden a las potencias de 10 y también dichas potencias.

Ejemplo: 5,2x1023 · 4,01x1021 = (5,2x4,01)·1023·1021 = 20,852x1044 = 2,0852x1045

5,2x1023 / 4,01x1021 = (5,2/ 4,01)x1023 /1021 = 1,296758105x102
Hacer 10 ejercicios de sumas en el cuaderno.


I INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD

1.1 Historia
Unos seis siglos antes del advenimiento de Cristo vivía en Mileto, ciudad de
Asia menor un hombre famoso llamado Tales. Además de comerciantes era matemático,
Astrónomo, estadista y filosofo.
Parece que fue este hombre múltiple y curioso quien descubrió
que al frotar una barra de ámbar con un paño o un trozo de piel,
la barra adquiría la notable propiedad de atraer pequeños objetos, muy livianos,
Como barbas de pluma o cabello.
Así se inicio lo que llegaría a ser una de las ramas más
Complejas e importantes de la ciencia y las técnicas modernas.
No pudo imaginar Tales de que este fenómeno tan sencillo, si bien tan curioso,
se derivaría con el transcurrir de los siglos y con la labor de muchos hombres,
en la luz eléctrica, televisión, telecomunicaciones, etc.

La palabra electricidad deriva de la palabra griega elektrón, que quiere decir ámbar, sin embargo los
griegos no la usaron pues fue Gilbert quien la introdujo. El mismo Gilbert fue el primero que estudio
sistemáticamente los fenómenos eléctricos y entre otras cosas descubrió que no solo el ámbar se
electrizaba, sino también muchos otros materiales, como el vidrio, el lacre, la resina y la madera.

1600
La Reina Elizabeth I ordena al físico real William Gilbert (1544-1603) estudiar los imanes para
mejorar la exactitud de las brújulas usadas en la navegación, siendo este trabajo la base principal para
la definición de los fundamentos de la Electrostática y Magnetismo.
Gilbert fue el primero en aplicar el termino electricidad del griego “elektron “

ambar elektron electricidad
1672
El Físico alemán Otto Von Guericke (1602-1686) desarrollo la primera maquina electrostática para
producir cargas eléctricas.

1733
El Francés Francois de Cisternay Du Fay (1698-1739) fue el primero en
identificar la existencia de dos cargas eléctricas, las cuales denomino
electricidad vitria y resinosa. (Positiva y negativa).

1745
Se desarrolla lo que daría paso al Condensador Eléctrico, la botella de Leyden por E. G. Von Kleist
(1700-1748) y Pieter Van Musschenbroeck (1692-1761) en la universidad de Leyden, con esta botella
se almaceno electricidad estática.

1752
Benjamín Franklin (1706-1790) demostró la naturaleza eléctrica de los rayos.
Desarrollo la teoría de que la electricidad es un fluido que existe en la materia, y su flujo se debe al
exceso o defecto del mismo en ella.

1766
El Químico Joseph priestley (1733-1804) prueba la fuerza que se ejerce entre la carga eléctrica varia
inversamente proporcional a la distancia que las separan. Demostró que la carga eléctrica se distribuye


uniformemente en la superficie de una esfera hueca y que en el interior de la misma, no hay un campo
eléctrico, ni una fuerza eléctrica. Descubrió el oxigeno.

1776
Charles Agustín de Coulomb (1736-1806) invento la balanza de torsión con la
cual, midió con exactitud, las fuerzas entre las cargas eléctricas y corroboro
que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas
individuales e inversamente proporcional al cuadrado de las distancia que las
separa

d

q q
q .q
Fk   
d
1890
Alejandro Volta (1745-1827) construye la primera celda electrostática y la batería capaz de producir
corriente eléctrica. Su inspiración le vino del estudio realizado por el Física Italiano Luigi Galvini
(1737-1798) sobre las corrientes nerviosas-eléctricas en las ancas de las ranas.
Volta es la unidad de medida de potencial eléctrico (tensión).

1801-1815
Sir Humphry Davy (1778-1829) desarrolla la electroquímica, explorando el uso de la pila de Volta o
batería y tratando de entender como esta funciona. En 1801 observo el arco eléctrico y al
incandescencia de un conductor energizado con una batería.

1812
El matemático Francés Simeón-Denis Poisson (1781-1849) publico su trabajo mas importante
relacionado con la aplicación de la electricidad y magnetismo, descubriendo las leyes de la
electrostática.

1819
El científico Danés Hans Christian Oersted (1777-1851) descubre el electromagnetismo, cuando en un
experimento para sus estudiantes, la aguja de la brújula colocada accidentalmente cerca de un cable
energizado por una pila voltaica, se movió. Este descubrimiento fue crucial para la electricidad y el
magnetismo.
Oersted es la unidad de medida de la reluctancia magnética.

1820
Jean-Baptiste Biot (1774-1862) y Felix Savart (1791-1841) franceses, determinan la conocida ley de
Biot-Savart mediante la cual, calculan la fuerza que ejerce un campo magnético sobre una carga
eléctrica y definen la intensidad del campo magnético producido por una corriente eléctrica es
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.

1823
William Sturgeon (1753-1850) ingles, construye el primer electroimán.


1823
André-Marie Ampere (1775-1836) establece los principios de la electrodinámica,
cuando llega a la conclusión de que la fuerza electromotriz es producto de dos defectos:
la tensión eléctrica y la corriente eléctrica.
Experimenta con conductores, determinando que estos se atraen si las corrientes fluyen
en la misma dirección, y se repelan cuando fluyen en contra.
Ampere es la unidad de medida de la corriente eléctrica.

1826
El Físico Alemán Georg Simón Ohm (1789-1854) fue quien
formulo con exactitud la ley de las corrientes eléctricas, definiendo la relación
exacta entre la tensión y la corriente. Desde entonces, esta ley se la conoce como la
ley de Ohm.
Ohm es la unidad de la medida de la resistencia eléctrica.

1828
El matemático Ingles George Green (1793-1841) publico el trabajo “An Essay on the Application of
Mathematical Analysis to the Theories of Electricity and Magnetism” en el cual amplio el trabajo de
Poisson obteniendo la solucion general para el calculo de potenciales.

1828
El americano Joseph Henry (1799-1878) perfecciono los electroimanes, observo que la polaridad
cambiaba al cambiar la dirección de la corriente, y desarrollo el concepto de la inductancia propia.

1831
Michael Faraday (1791-1867) a los 14 años trabajaba como encuadernador, lo cual le permitió tener
tiempo necesario para leer y desarrollar su interés por la Física y Quimica. A pesar de su baja
preparación formal, dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el
magnetismo produce la electricidad a través del movimiento.
Faradio es la unidad de medida de la capacitancia eléctrica.

1835
Samuel F.B.Morse (1791-1867), mientras regresaba de uno de sus viajes, concibe la idea de un simple
circuito electromagnético para transmitir información. El telégrafo.

1840-42
James Prescott joule (1818-1889), Fisico Ingles quien descubrió la equivalencia entre trabajo mecánico
y la caloría, y el Científico Alemán Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz (1821-1894), quien definió
la primera ley de la termodinámica, demostrando que los circuitos eléctricos cumplían con la ley de la
conservación de la energía y que la electricidad era una forma de energía.
Adicionalmente, Joule invento la soldadura eléctrica de arco, y demostró que el calor generado por la
corriente eléctrica era proporcional al cuadrado de la corriente.
Joule es la unidad de medida de Energía.

1845
Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) Fisico Aleman, a los 21 años de edad,
anuncio las leyes que permiten calcular las corrientes, y tensiones en redes
eléctricas. Conocidas como las Leyes de Kirchhoff.


Estableció las técnicas para el análisis espectral, con la cual determino la composición del sol.

1847
William Staite (1809-1845) Ingles, recibió el crédito por el desarrollo de la lámpara de arco. Estas
lámparas fueron comercialmente utilizadas apartir de 1876 con mejoras por parte de Paúl Jablochoff.

1854
El matemático Ingles William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907), con su trabajo sobre el análisis
teórico sobre transmisión por cable, hizo posible el desarrollo del cable trasatlántico.
En 1851 definió la segunda ley de la termodinámica.
En 1858 invento el cable flexible. Kelvin es la unidad de medida de temperatura absoluta.

1859
El científico Alegan Julios Plucker (1801-1868) descubrió los rayos catódicos.

1868
El Científico Belga Zenobe-Theophile Gramme (1826-1901) construyo la primera maquina de
corriente continua El Dinamo, punto de partida de la nueva industria eléctrica. En 1870 patento la
teoría de la maquina magneto-eléctrica para producir corriente continua.

1870
James Clerk Maxwell (1831-1879), Matemático Ingles formulo las cuatro ecuaciones que sirven de
fundamento de la teoría electromagnética. Dedujo que la luz es una onda electromagnética, y que la
energía se transmite por ondas electromagnéticas a la velocidad de la luz.
Maxwell es la unidad del flujo magnético.

1876
Alexander Graham Bell (1847-1922) Escocés-Americano invento el teléfono.

1879
El Físico Ingles Joseph John Thomson (1856-1940) demostró que los rayos catódicos estaban
constituidos de partículas atómicas de cargas negativas la cual el llamo “corpúsculos” y hoy en día los
conocemos como electrones.

1881
Tomas Alva Edison (1847-1931) produce la primera Lámpara Incandescente con un
filamento de algodón carbonizado. Este filamento permaneció encendido por 44
horas.
En 1881 desarrollo el filamento de bambú con 1.7 lúmenes por vatio. En 1904 el
filamento de tungsteno con una eficiencia de 7.9 lúmenes por vatio. En 1910 la lámpara
de 100w con rendimiento de 10 lúmenes por vatio.
Hoy en día, las lámparas incandescentes de filamentos de tungsteno de 100w tienen un
rendimiento de 18 lúmenes por vatio.

1884
Heinrich Rudolf Hertz (1847-1894) demostró la validez de las ecuaciones de Maxwell. En 1888
recibió el reconocimiento por sus trabajos sobre las ondas electromagnéticas (propagación,
polarizacion, y reflexión de las ondas). Con Hertz se abren las puertas al desarrollo de la radio.


Hertz es la unidad de medida de frecuencia.

1884
John Henry Poynting (1852-1914) Físico Ingles, alumno de Maxwell. Demostró que el flujo de energía
podía calcularse mediante una ecuación que representaba la interrelación entre el campo eléctrico y
magnético.

1888
Nikola Tesla (1857-1943) Serbio-Americano inventor e investigador quien desarrollo la teoría de
campos rotantes, base de los generadores y motores polifásicos de corriente alterna.
A Tesla se lo considera como padre del sistema eléctrico que hoy en día disponemos.
Tesla es la unidad de medida de la densidad del flujo magnético.

- 1888 motor de inducción, mejora del dinamo, método para convertir y distribuir corrientes
eléctricas.
- 1890 motor de corriente alterna.
- 1892 sistema de transmisión de potencia.
- 1894 generador eléctrico.
- Mejoras en el transformador eléctrico.

1.2 ¿Qué es la Electricidad?

Antiguamente » fluido que podía tener cargas + y -.
Muchos físicos de la época trataban de explicar las
atracciones y las repulsiones, Du Fay pensaba que habían
dos clases de electricidad: una electricidad del vidrio, o
vítrea y otra de la resina o resinosa.

Actualmente » forma de energía natural que puede ser producido artificialmente y que se
caracteriza por su poder de transformación, ya que puede convertirse en luz, calor, sonido, etc.
El conocimiento y uso de la electricidad, descubierta unos 500 años AC solo avanzo rápidamente
apartir del 1800 por que Volta construyo la primera pila. Hasta entonces, los fenómenos eléctricos solo
servían como pasatiempos, tanto que un autor anterior a Volta llego a escribir que “los fenómenos
eléctricos si bien eran muy interesantes y novedosos, son absolutamente inútiles y nada puede
esperarse de ellos..”

.La electricidad es un fenómeno que se manifiesta mediante dos fenómenos distintos, la carga eléctrica
y la corriente eléctrica.


Otro Concepto La electricidad es la forma de energía más utilizada, debido a que puede transmitirse a gran
distancia, se puede almacenar, y sobre todo, se puede transformar en otras energías y viceversa. Todo esto ha
influido en la mejora de nuestra calidad de vida con avances tecnológicos como son: iluminación de
viviendas, la TV., ordenadores, móviles, relojes, coches, industrias, y multitud de factores de nuestra vida que se
pueden saber simplemente comparándolo con el modo de vida de hace 100 años.

1.3 Importancia de la Electricidad.

La electricidad es una de las principales formas de energía usadas en el mundo actual. Es difícil
imaginar un mundo sin electricidad. En cientos de maneras afecta y influye nuestra vida diaria. Vemos
el uso de la electricidad directamente en nuestros hogares para iluminación, para el funcionamiento de
los aparatos domésticos, el televisor, el receptor de radio, estufas, etc. Sin electricidad las personas
tendrían que prescindir de aparatos eléctricos que ya llegaron a constituir parte integral del hogar. La
electricidad se ha usado en la fabricación de la mayoría de las cosas que empleamos, ya sea
directamente, como para operar las máquinas que fabricaron los productos que necesitamos. Sin la
electricidad, la mayor parte de las cosas que usamos y de las que disfrutamos hoy en día no serían
posibles.

La electricidad es una de las energías principales usadas en el mundo actual, ha alcanzado notable
importancia, siendo hoy una de las ciencias más complejas e imprescindibles para el desarrollo de la
humanidad.

1.4 Como se produce la Electricidad

* ¿De dónde viene la electricidad?

Enunciado: La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. (Einstein)

La electricidad es una energía, y lo único que hacemos es transformar una energía mecánica (pedalear
en una bici / caída de agua de unas cataratas) mediante un dispositivo (dinamo / turbina-generador) en
energía eléctrica, o transformar energía química (compuestos químicos de una pila que reaccionan
transfiriendo electrones de un polo a otro) a energía eléctrica. También hay otros sistemas de
generación de energía eléctrica como son: energía solar mediante paneles fotovoltaicos, energía eólica
mediante aerogeneradores, etc.


¿Qué es lo que se pretende al generar la electricidad?

Lo que se pretende es “expulsar” a los electrones de las órbitas que están alrededor del núcleo de un
átomo. Para expulsar esos electrones se requiere cierta energía, y se pueden emplear 6 clases de
energía:

a) Frotamiento: Electricidad obtenida frotando dos materiales.
b) Presión: Electricidad obtenida producida aplicando presión a un cristal (Ej.: cuarzo).
c) Calor: Electricidad producida por calentamiento en materiales.
d) Luz: Electricidad producida por la luz que incide en materiales fotosensibles.
e) Magnetismo: Electricidad producida por el movimiento de un imán y un conductor.
f) Química: Electricidad producida por reacción química de ciertos materiales.

En la práctica solamente se utilizan dos de ellas: la química (pila) y el magnetismo (alternador). Las
otras formas de producir electricidad se utilizan pero en casos específicos.

* Métodos habituales de generar electricidad.
A) Dinamo y alternador

Hay tres métodos habituales para generar electricidad: B) Pilas y baterías

C) Central eléctricas (turbina-generador)

a) Dínamo (bicicleta) o alternador (automóvil)

Estas máquinas están compuestas por una parte móvil que gira, llamada rotor y una fija o estática
llamada estator. El rotor se compone de unas bobinas de hilo de cobre que giran con el eje. El estator
es un imán o electroimán que está fijo y que rodea al rotor.

¿Qué es y cómo funciona una dinamo?

Es un Generador eléctrico formado por una bobina de cable de
cobre barnizado (¿porqué barnizado?) arrollada en un núcleo de
hierro dulce ( no de acero) que gira dentro de un campo
magnético producido por un imán situado alrededor de ella y que
cuando gira transforma la energía cinética que recibe en energía
eléctrica continua.

Por ejemplo: un dinamo en las bicicletas y que cuando se pone
en contacto con la rueda cuando se está moviendo y tiene energía
cinética, ésta hace girar el eje en torno al cual está arrollado el
bobinado de cobre formando un electroimán que gira dentro del campo magnético del imán de la
dinamo, transformando así la energía cinética de la rueda de la bicicleta en la energía eléctrica
necesaria para que las lámparas de vuestro "bólido" se enciendan.


¿Qué es un alternador?

Es un generador eléctrico parecido a la dinamo pero con mejores ventajas, debido a que es más robusta
y duradera. Produce corriente eléctrica alterna al cambiar la polaridad cada media vuelta, por lo que
hay que rectificarla para convertirla en CC, si se quiere emplear para ciertas aplicaciones que lo
requieran. (Por ejemplo el alternador del coche aprovecha el movimiento rotatorio del motor para
recargar la batería, pero tiene que rectificarla antes de que vaya a la batería, al ser ésta de CC). En las
centrales hidroeléctricas se emplean también gigantescos alternadores que generan corriente alterna
trifásica.

b) Pilas o baterías

¿Cómo funcionan las pilas?

Una pila o batería es esencialmente una lata llena de productos químicos que producen electrones. Las
reacciones químicas son capaces de producir electrones y este fenómeno es llamado reacción
electroquímica, y la velocidad de la producción de electrones hecha por esta reacción controla cuántos
electrones pueden pasar por los terminales (en las pilas) o bornes (en las baterías).

* Actividades prácticas: Química de pilas: ¿Cómo construir una pila en casa?)

Experiencia: para este experimento simple, puede tratar es utilizar un vaso de cristal, un ácido diluido,
cables de cobre pelados y clavos de acero. Llene el vaso con jugo de limón o vinagre (diluya los ácidos con agua)
y coloque un clavo y un pedazo de cable de cobre en el vaso de manera que no se toquen. Utiliza clavo
galvanizado o de hierro. Entonces compruebe el voltaje y corriente conectando un polímetro a las 2 piezas de
metal. Cambie el jugo de limón por agua salada, y utiliza diferentes clavos y metales para ver el efecto. Puedes
encender levemente un diodo luminoso o un reloj de pulsera.

¿Qué es una batería?

Es un Generador eléctrico que funciona como la pila y que está formado por varias
pilas unidas en serie, polo positivo con polo negativo, consiguiendo así un voltaje mayor
en el circuito.

¿Alguna vez has mirado una batería de 9 voltios por dentro? Contiene 6 baterías muy
pequeñas que producen 1.5 voltios en un montaje en serie.


Sabías que…, los fabricantes de aparatos eléctricos recomiendan para sus aparatos no mezclar las pilas nuevas
con las viejas. ¿Por qué?, porque la corriente que nos daría sería la de la más gastada, pudiendo estropear algún
componente, al no funcionar correctamente.

C) Centrales eléctricas, turbinas y generadores.

La electricidad que consumimos, es transportada por una red de cables, que se produce básicamente al
transformar la energía cinética en energía eléctrica. Para ello, utilizan turbinas y generadores.
Las turbinas son enormes ruedas con alabes y engranajes que rotan sobre sí mismos una y otra vez,
impulsados por una energía externa. Los generadores son aparatos que transforman la energía
cinética -de movimiento- de una turbina, en energía eléctrica (parecido a un alternador muy grande).

Existen dos tipos principales de centrales generadoras de electricidad: hidroeléctricas y
termoeléctricas (térmicas a vapor, térmicas a gas y de ciclo combinado).

- Centrales hidroeléctricas: utilizan la fuerza y velocidad del agua para hacer girar las turbinas. Las
hay de dos tipos: de pasada (que aprovechan la energía cinética natural del agua de los ríos) y de
embalse (el agua se acumula mediante presas, y luego se libera con mayor presión hacia la central
eléctrica).

Transformación energética: Energía potencial  Energía cinética  Energía eléctrica


- Centrales termoeléctricas: usan el calor para producir electricidad. Calientan una sustancia, que
puede ser agua o gas, los cuales al calentarse salen a presión y mueven turbinas y entonces el
movimiento se transforma. Como ya hemos visto, para alimentar una central termoeléctrica se pueden
usar muchas fuentes energéticas: carbón, petróleo, gas natural, energía solar, geotérmica o nuclear,
biomasa... Estas son las utilizadas principalmente:

1. Centrales térmicas a vapor. En este caso, se utiliza agua en un ciclo cerrado (siempre es la misma
agua). El agua se calienta en grandes calderas, usando como combustible el carbón, gas, biomasa, etc.
La turbina se mueve debido a la presión del vapor de agua, y su energía cinética es transformada en
electricidad por un generador.

Transformación energética: Energía térmica  Energía cinética  Energía eléctrica


2. Centrales térmicas a gas. En vez de agua, estas centrales utilizan gas, el cual se calienta utilizando
diversos combustibles (gas, petróleo o diesel). El resultado de esta combustión es que gases a altas
temperaturas movilizan a la turbina, y su energía cinética es transformada en electricidad. (Hay una en
Huelva, y utiliza gas natural)

3. Centrales de ciclo combinado. Utilizan dos turbinas, una a gas y otra a vapor. El gas calentado
moviliza a una turbina y luego calienta agua, la que se transforma en vapor y moviliza, a su vez, a una
segunda turbina.

Nota.- Hay muchos tipos de centrales eléctricas que no se han nombrado y que se emplean en la
actualidad. Ej.:


- Central eólica con aerogeneradores (los alabes de los aerogeneradores actúan de turbina)

Transformación energética: Energía cinética  Energía eléctrica

- Central solar con paneles solares y fotovoltaicos (los paneles solares sólo calientan agua u otro
líquido, y los fotovoltaicos recogen la radiación del sol en forma de fotones creando una diferencia de
potencial en placas de Silicio u otras, acumulando la electricidad generada en baterías.)


Transformación energética: Energía solar  Energía térmica  Energía cinética  Energía
eléctrica

- Central nuclear (que a partir de la fisión (“rotura”) de un átomo de isótopo de Uranio u otro, crea
energía en forma de calor y “radiaciones”, que calientan agua hasta la evaporación para así mover los
alabes de las turbinas y ese movimiento lo aprovecha el generador para generar la electricidad).
- Otras: Mareomotriz, Biomasa, Geotérmica.
Transformación energética: Energía nuclear  Energía térmica  Energía cinética  Energía
eléctrica

Sabías que…, se está experimentando con un tipo de energía nuclear llamada fusión, que consiste en la unión
de dos núcleos de átomos, en la cual se libera mucha, mucha, más energía que en la fisión. Pero hay un problema,
y es que no hay un material que pueda retener esa energía, solo se ha podido retener con un estado de materia
llamado plasma* conjuntamente con campos electromagnéticos. El día que se pueda utilizar esta energía nos
bastará un poquito para que nos funcione el automovil durante siglos y siglos… ¡si nos dura el automovil!.


II Teoría del Átomo

ÍNDICE
1.- Introducción.
2- Representación
3.- Iones.


II EL ATOMO
1.- Introducción

La materia está constituida por moléculas y éstas a su vez por átomos.

El átomo es la porción más pequeña de la materia.

El átomo, esta formado por un núcleo y una corteza (envoltura). En el núcleo se encuentran los
protones y neutrones, mientras que en la corteza (envoltura) se encuentran los electrones, girando
alrededor del núcleo en distintas órbitas.

El primero en utilizar este término fue Demócrito, porque creía que todos los elementos deberían estar
formados por pequeñas partículas que fueran INDIVISIBLES. Átomo, en griego, significa
INDIVISIBLE. Hoy en día sabemos que los átomos no son, como creía Demócrito, indivisibles.

En 1808, el químico inglés J. Dalton 1766-1844) formula su teoría atómica. En ella rompe con las
tradicionales ideas y postula que la materia está formada por átomos. A partir de este momento
comienza una etapa de la química y de la física llena de asombrosas evidencias experimentales sin
fundamento teórico. El concepto de átomo como partícula indivisible se mantuvo con éxito durante
casi un siglo. No obstante la electricidad y la electroquímica, en cuyo estudio ahondaron Ampere y
Faraday sugerían una relación íntima entre la materia y las cargas eléctricas.

Los átomos están formados por partículas.

Estas partículas son las que muestra en la figura:


Electrón

Es una partícula elemental que se encuentra en la envoltura, con carga eléctrica negativa igual a 1,602
x 10-19 coulomb y masa igual a 9,1083 x 10-28 g, que se encuentra formando parte de los átomos de
todos los elementos.

Neutrón

Se encuentra en el núcleo, es una partícula elemental eléctricamente neutra y masa ligeramente
superior a la del protón, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

Protón

Se encuentra en el núcleo, s una partícula elemental con carga eléctrica positiva igual a 1,602 x 10-19
coulomb y cuya masa es 1837 veces mayor que la del electrón. Se encuentra formando parte de los
átomos de todos os elementos.

El protón mide 1/3 parte del diámetro del electrón pero es 1840 veces más pesado que el electrón.

2. Representación de la distribución de electrones en un átomo

En 1869 el químico ruso Dimitri Mendeleyev propuso por primera vez que los elementos químicos
exhibían una “propiedad periódica”. Mendeleyev Había tratado de organizar los elementos químicos de
acuerdo a su peso atómico, asumiendo que las propiedades de los elementos cambiarían gradualmente
a medida que aumentaban su peso atómico.

La tabla moderna de los elementos se basa en las observaciones de Mendeleyev. Sin embargo en vez
de estar organizada por el peso atómico, la tabla moderna esta organizada por el numero atómico (z). a
medida que se va de izquierda a derecha en una hilera de la tabla periódica, las propiedades de los
elementos cambian gradualmente. Al final de cada hilera ocurre un cambio drástico en las propiedades
químicas y el próximo elemento de acuerdo al numero atómico es mas similar (químicamente
hablando) al primer elemento de la hilera. De esta manera empieza una nueva hilera en la tabla.


El átomo de Cloro:

2-8-7

Quiere decir que en el primer nivel tiene 2 electrones y el
segundo nivel tiene 8 electrones y el tercer nivel tiene 7
electrones.

El primer nivel es el que se encuentra más cercano al núcleo.

El átomo de Sodio:

2-8-1

Quiere decir que en el primer nivel tiene
2 electrones, el segundo nivel tiene 8
electrones y el tercer nivel tiene 1 electrón

Nucleo

el núcleo ocupa una región del espacio 10.000 veces menor que
todo el átomo, sin embargo casi toda la masa de un átomo esta
concentrada en su núcleo.


3 . Iones

Los átomos no alterados son eléctricamente neutros; el número de electrones es el mismo que el de
protones. Un átomo que tiene una carga eléctrica se llama ion. Puede haber obtenido esta carga por
perder electrones en cuyo caso la carga es positiva o (cation) por capturar algunos electrones extra,
haciendo la carga negativa (anion). El proceso de convertir un átomo en un ion se llama ionización de
aquí el termino “energía de ionización”

Inicialmente, los átomos tienen carga eléctrica neutra, es decir Nº de protones = Nº de electrones

ATOMO
ELECTRICAMENTE
NEUTRO

- Si a un átomo le quitamos un electrón obtendremos un catión o ION POSITIVO

- Si a un átomo le quitamos un protón obtendremos un anión ION NEGATIVO

Isótopos

Átomos de un mismo elemento con diferentes numero de
neutrones en su núcleo atómico. Los isótopos tienen la
misma propiedad química y el mismo número atómico
pero diferente masa atómica.

Por ejemplo el isótopo mas común del hidrogeno no
tiene ningún neutro; también hay un isótopo del
hidrogeno llamado deuterio, con un neutro, y otro, tritio,
con dos neutrones,

U.A.G.R.M. – FACULTAD POLITECNICA Electricidad y Electrónica Básica – ELT‐110

III Materiales Conductores, Aisladores y
semiconductores

ÍNDICE

1.- Conductores
2- Aisladores
3. Semiconductores
4.- Clasificación de los conductores
3.-


III Materiales Conductores, Aisladores y
semiconductores
1. Conductores

Se llaman así a los Materiales a través de los cuales la corriente fluye con relativa facilidad.

Cuando los átomos metálicos se unen entre si, los electrones de su última capa circulan por la
estructura con gran libertad, y por ello se les conoce como conductores.

Red cristalina de un metal

Los mejores conductores de la corriente eléctrica son los metales, porque ceden más fácil
que otros materiales los electrones que giran en la última órbita de sus átomos (la más
alejada del núcleo). Sin embargo, no todos los metales son buenos conductores, pues
existen otros que, por el contrario, ofrecen gran resistencia al paso de la corriente y por ello
se emplean como resistencia eléctrica para producir calor. Un ejemplo de un metal que se
comporta de esa forma es el alambre nicromo (NiCr).

Resistencia de alambre nicromo utilizada como. elemento calefactor en una secadora de pelo.

El más utilizado de todos los metales en cualquier tipo de circuito eléctrico es el cobre
(Cu), por ser relativamente barato y buen conductor de la electricidad, al igual que el
aluminio (Al). Sin embargo, los mejores metales conductores son La Plata (Ag) y el oro
(Au), aunque ambos se utilizan muy limitadamente por su alto costo.

El oro se emplea en forma de hilo muy fino para unir los contactos de los chips de circuitos


integrados y microprocesadores a los contactos que los unen con las patillas exteriores de
esos elementos electrónicos, mientras que la plata se utiliza para revestir los contactos
eléctricos de algunos tipos de relés diseñados para interrumpir el flujo de grandes cargas de
corriente en amperios.

El aluminio, por su parte, se emplea para fabricar cables gruesos, sin forro. Este tipo de
cable se coloca, generalmente, a la intemperie, colgado de grandes aislantes de porcelana
situados en la parte más alta de las torres metálicas destinadas a la distribución de corriente
eléctrica de alta tensión.

2. Aisladores

Se llaman Aisladores a los Materiales que no conducen electricidad.

Cuando un material no permite la circulación de los electrones entre sus átomos, se le conoce como
aislante.

Los mejores aisladores eléctricos son. El aire seco, la Cerámica, vidrio, plástico, goma, papel seco,
etc.


3. Semiconductores

Un semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante
dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la
radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. El elemento
semiconductor más usado es el silicio, el segundo el germanio,

a) Para qué sirve

Los semiconductores sirven para construir una infinidad de dispositivos electrónicos, aprovechando
propiedades que tienen como ser:

Diodos, transistores, etc

Diodo

Diferentes tipos de transistores

En el capítulo 10 Electrónica Básica de este texto se profundizará mas sobre este tema


4. Clasificación de Conductores

La familia de los conductores incluye todos aquellos elementos que permiten que circule la
corriente eléctrica desde los generadores hacia los receptores y que vuelva de nuevo a los
generadores. Los conductores más comunes son los cables. Están formados por uno o varios hilos
de material conductor, normalmente cobre envuelto por una capa de plástico que lo aísla del
exterior.

Los cable que solo tienen un hilo conductor se denominan cables unifilares. Los cables que tienen
muchos hilos se denominan multifilares.

Los cables unifilares están formados por un único hilo de
cobre (derecho). Los cables multifilares están compuestos de
muchos hilos finos (izquierda)

a) Diferentes tipos de conductores

En estas fotografías puedes ver algunos de los muchos tipos de cables que existen. Una manera de
clasificarlos es según el número de conductores que contienen. Si el cable tiene un solo conductor
se denomina cable monopolar, si se tiene dos conductores asociados se denomina bipolar (como la
foto A), tres conductores tripolar, cuatro conductores tetrapolar (foto B), si tiene muchos
conductores se denomina multipolar. El cable C es un cable multipolar que cuenta con 25
conductores puestos en paralelo, se utiliza en ordenadores. El cable D es un cable multipolar
utilizado en teléfono.


b) A veces los conductores no son cables.

Dentro del ratón de la computadora que utilizamos para leer esta
pagina, hay un circuito electrónico como el de la fotografía inferior.
En la parte posterior tiene conductores que no son cables, sino pistas
de cobre que conectan los componentes electrónicos entre si. Este
sistema que permite automatizar la construcción de circuitos
electrónicos, se denomina circuito impreso.

Los circuitos impresos permiten construir
circuitos sin utilizar cables, en su lugar
utilizan láminas de cobre en forma de pistas
sobre una placa de plástico. Se usan en
todos los aparatos electrónicos, como
televisiones, videos, radios, etc.

C) Cuanta Corriente puede llevar un conductor

La siguiente tabla indica la cantidad de corriente que puede llevar los diferentes conductores.


IV Magnitudes eléctricas Corriente, Voltaje,
Resistencia

ÍNDICE

1.- Corriente Eléctrica
2.- Voltaje
3.- Resistencia
4.- Ley de Ohm


IV Magnitudes eléctricas Corriente, Voltaje,
Resistencia
Existen 3 magnitudes eléctricas básicas:
Intensidad de corriente
Tensión o voltaje
Resistencia eléctrica

1. Intensidad de corriente eléctrica ( I )

Definición 1: Se define la corriente eléctrica como el paso ordenado de electrones a través de un
conductor.

Corriente de electrones a través un conductor

La cantidad de carga que circula por un conductor en un segundo se denomina Intensidad de Corriente
o Corriente eléctrica. Se representa por la letra I y su unidad es el Amperio (A).

Definición 2: Es el nº de electrones expresado en culombios que circula por un conductor en un
segundo.

Ecuación de corriente

I = q /t

Donde:
I : intensidad de corriente - Amperios (A)
Q: carga que circula por un conductor - Coulomb (C)
T: tiempo - segundos (s)

Entonces Las unidades serian:

Amperios = Culombios /segundo


El Amperio

Es la unidad con la cual se mide la corriente eléctrica o intensidad de corriente, su símbolo es [A]

Un amperio equivale a 6250 trillones (6.25x1018) de electrones juntos que pasan por un conductor en el
tiempo de 1segundo.

El instrumento usado para medir intensidades es el AMPERÍMETRO

Submúltiplos:

El Kiloamperio ( 1 kA = 1000 A)
El miliamperio ( 1 mA = 10-3 A)
El microamperio ( 1μA = 10-6 A)
El nanoamperio (1nA = 10-9 A)

Velocidad de la corriente Eléctrica

La corriente eléctrica se mueve a la velocidad de la luz o sea a 300000 [km/s]

(*)La carga eléctrica (q) de un cuerpo expresa el exceso o defecto de electrones que hay en sus
átomos. Su unidad es el Culombio (C). 1 Culombio equivale a 6,25 x1018 electrones.

2. Tensión o voltaje (V)

Para que los electrones realicen este movimiento ordenado debe existir una fuerza que los impulse, a
esta fuerza se le llama Diferencia de Potencial o Fuerza Electromotriz (voltaje). Esto lo podemos
conseguir conectando cargas de distinto signo en los extremos del conductor.

Unidad del Voltaje

Su unidad es el Voltio [V]

En la práctica se puede conseguir con una pila, con una
batería o conectándolo a la red eléctrica.

Fuerza electromotriz que impulsa la corriente de
electrones a través un conductor

Obtención de la Fuerza electromotriz de una pila


Otra definición del voltaje: Indica la diferencia de energía entre dos puntos de un circuito. La
carga siempre circula desde los puntos de energía más alta hasta los puntos en los que es más baja. El
voltaje es producido por el generador y se define como la energía que éste proporciona a cada unidad de
carga que pone en movimiento. Se mide en voltios ( V ). El instrumento que me permite medir tensiones
eléctricas es el VOLTÍMETRO.

No todos los cuerpos permiten que pasen los electrones con la misma facilidad.

3. Tipos de corriente y voltaje

3.1- Corriente continúa.

La corriente continua se puede obtener por medio de métodos químicos, como lo hacen las pilas y
baterías, por métodos mecánicos como lo hace una dinamo, o por otros métodos, fotovoltaico, par
térmico, etc.

Los electrones se mueven en un mismo sentido, del polo negativo al polo positivo que los atrae. La
energía necesaria para que se muevan es generada por pilas y baterías (transformación de energía
química en eléctrica) o por células fotovoltaicas (energía radiante -luz- en eléctrica). Los voltajes son
pequeños: 1,5, 4,5, 9 V... Se utilizan en linternas, CD portátiles, móviles, circuitos electrónicos.

Corriente continua (c.c.)


Por tratarse de un valor de tensión que permanece constante en el tiempo, dificulta la interrupción de la
misma cuando los valores son elevados, por lo que se utiliza en aparatos de muy baja tensión, hasta 24
Voltios.

Antiguamente también se utilizaba en motores de gran potencia en los que deseábamos controlar la su
velocidad, pero hoy en día esto está casi en desuso.

El valor que caracteriza a la corriente continua es el voltaje (D.C.), que permanece invariante en el
tiempo.

El aparato que convierte la corriente alterna en corriente continua se llama fuente de alimentación. Una
de sus aplicaciones es cargar los teléfonos móviles.

Cargador de móviles

Ventajas de la corriente Continua

Se utilizan en equipos eléctricos pequeños como relojes, calculadoras, teléfonos móviles, y no es
necesario estar conectados mediante cables a una fuente de alimentación como la red de CRE

3.2- Corriente alterna.

La corriente alterna se puede obtener por métodos mecánicos como lo hace un alternador
(transformación de energía mecánica en eléctrica), o por conversión de la corriente continua en alterna,
el aparato que hace esto se llama inversor.

Los electrones cambian de sentido («alternan») una y otra vez.

Es la que más se emplea porque se obtienen voltajes mucho más altos y, por consiguiente, grandes
cantidades de energía. Es la que usamos en casa para la iluminación, la televisión, la lavadora, etc.


Los valores que caracterizan a la corriente alterna son:

Voltaje de la red de CRE es de 230 y 220 V.

Frecuencia de la red de CRE es de 50 Hz.

Ventajas de la corriente Alterna

Una ventaja de la corriente alterna es que se utiliza en aparatos eléctricos de gran potencia.
Otras ventajas frente la corriente continua son:
- Permite aumentar o disminuir el voltaje por medio de transformadores.
- Se transporta a grandes distancias con poca pérdida de energía.
- Es posible convertirla en corriente continua con facilidad.

- Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en miles o millones de ciclos por segundo
(frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y órdenes de control a grandes
distancias, de forma inalámbrica.

- Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente más sencillos y fáciles de
mantener que los de corriente continúa.

4.- La resistencia eléctrica (R)

Es la dificultad que opone un cuerpo al paso de los electrones. Su unidad es el Ohmio (), y depende
del material del cuerpo, y de sus dimensiones.

U.A.G.R.M.
. – FACULTAD POL
LITECNICA Electricidad y E
Electrónica Básica – ELT‐110

Cuando su valor es al decimos q un materia es aislante, si por el con
lto que al , ntrario es pequ
ueña decimos que
s
uctor.
es condu

Calcul del valor de resiste
lo encia

La fórm que calcu la resistenc de una barra o de un hi es:
mula ula cia ilo

onde:
Do
a en )
R = es el valor de la resistencia e ohmios (

²
= es la resistividad del material Ω
s

L = la longitud del e
elemento.

S = la sección transv
versal del ele
emento.

La resistividad (ρ es una propiedad intríns de cada m
ρ) seca material, cada material tien la suya, in
a ne ndica
la dificu
ultad que encu ectrones a su paso.
uentran los ele

Ma
aterial resist
tividad ( ) Unidades
U
²
Ω
Plata 0,01
²
Ω
Co
obre 0,0172
²
Ω
Oro
O 0,024
²
Ω
Alu
uminio 0,0283
²
Ω
Hi
ierro 0,1
²
Ω
Es
staño 0,139
²
Ω
Mer
rcurio 0,942
²
Ω
Ma
adera De 108 x 106 a 1.014 x 106
²
Ω
Vi
idrio 1.010.000.000


Los conductores se carecterizan por tener resistencia electrica baja

Los siguientes equipos se carecterizan por tener resistencia electrica elevada

Tabla de cálculo de área de conductores de diferentes formas

Por ejemplo:
Una barra de cobre de 12 m de longitud y 20 mm2 de sección tiene una resistencia de

L ² 12
R ρ 0,0172 Ω ∙ 0,01032Ω
S 20 ²

Si la barra es de madera de 12 m de longitud y 20 mm2 de sección su resistencia será de

L ² 12
R ρ 108 10 Ω ∙ 648 Ω
S 20 ²


V Circuito eléctrico, Elementos del circuito eléctrico,
Ley de Ohm.
1.- Circuito Eléctrico

Se define circuito eléctrico como un conjunto de elementos conectados entre sí por medio de
conductores y que permiten el paso de la corriente eléctrica. Los elementos básicos de un circuito
eléctrico son:

a) Generador: Son elementos capaces de generar energía eléctrica a partir de otras formas de
energía (química, mecánica, solar, etc) : pilas, baterías, dinamos, alternadores, etc.

Es el encargado de crear la diferencia de potencial (voltaje) para que circulen los electrones
(corriente).

b) Conductor: Su función es unir todos los elementos del circuito y permitir el paso de la corriente.
Suelen ser de cobre.

c) Receptor: Es el encargado de transformar la corriente eléctrica en otro tipo de energía.
(calorífica, luminosa, rotativa, sonora, etc). Ejemplos: lámparas, timbres, motores, resistencias,
radiadores, etc.

d) Elemento de control: Se encarga de permitir o interrumpir el paso de la corriente en un
circuito. Un interruptor es uno de ellos. Cuando interrumpimos el circuito los electrones que parten del
polo negativo del generador no pueden circular hasta el polo positivo y por lo tanto no hay circulación
de corriente.

La finalidad de los circuitos es hacer que la corriente eléctrica haga un trabajo útil como iluminar,
mover un motor, hacer funcionar un aparato de radio, etc.

2.- Diferentes tipos de elementos de control

Interruptores: Abren o cierran un circuito de forma permanente.

Es un elemento de control de dos posiciones estables:


- Abierto, interrumpiendo el paso de la corriente eléctrica (de los electrones), y por tanto los receptores
del circuito no funcionan.

Cerrado, permitiendo el paso de la corriente eléctrica, y por tanto los receptores conectados funcionan.
La aplicación fundamental es para encender y apagar luces, un motor, o cualquier otro receptor, y
también sirve como interruptor general para conectar y desconectar de una vez todos los elementos de
un circuito.

Pulsadores: Abren o cierran un circuito mientras están presionados. Los hay normalmente abiertos y
normalmente cerrados.

El pulsador es un elemento de control de dos posiciones, abierto y cerrado, pero tan solo una de ellas es
estable, de tal forma que cambia de posición cuando pulsamos para accionarlo y lo mantenemos
pulsado. Un caso típico para comprender su funcionamiento es el pulsador que acciona el timbre para
llamar a las casas. Si la posición estable es abierto se denomina pulsador normalmente abierto (NA) y
cuando lo accionamos se cierra. Si por el contrario la posición estable es cerrado se denomina pulsador
normalmente cerrado (NC), y al accionarlo los abrimos. La aplicación fundamental es para accionar
timbres, y para encender y apagar los motores.

Conmutadores: Permiten controlar dos o más circuitos desde un mismo punto. En las viviendas
también se utilizan para encender una lámpara desde dos puntos diferentes (si quiero controlar la
lámpara desde más de dos sitios necesito intercalar conmutadores de cruce entre dos conmutadores
simples).

Es un caso particular de interruptor, es decir, un elemento de control de dos posiciones estables, pero
con la particularidad de que por cada contacto de entrada (polo) tiene dos contactos de salida, uno de
ellos NA y el otro NC. Anulando un contacto de salida podemos utilizarlo como un interruptor normal.
La aplicación fundamental es para encender y apagar un punto de luz desde dos lugares distintos, y
también para invertir el sentido de giro de un motor. Igual que sucedía con los interruptores y los
pulsadores, en función del número de contactos, existen dos tipos de conmutador: unipolar y bipolar.

Interruptor pulsador NA Conmutador


3.- Elemento de Protección

Se trata de un elemento que se encargan de proteger
el circuito eléctrico contra cortocircuitos y
sobrecargas, por ejemplo un cortacircuito fusible se
destruye cuando se produce un cortocircuito, otros
ejemplos son los disyuntores termomagneticos y
diferenciales.

Circuito básico con elemento de protección

4. Circuito Elemental

Este tipo de circuito no es útil, sino justo lo
contrario, puede incluso causar una desgracia ya que
las altas corrientes que circulan por el conductor
pueden llegar a derretirlo y generar un fuego. A este
circuito se le conoce como cortocircuito.

Cortocircuito, no
deseable

Esquemas eléctricos

Para indicar cómo se tienen que conectar los elementos de un circuito eléctrico, se suele usar un
esquema eléctrico. En este esquema cada elemento se representa con un símbolo.

U.A.G.R.M
M. – FACULTAD PO
OLITECNICA Electricidad y
y Electrónica Básica – ELT‐110
c

Ejercic Dibuja el esquema eléctrico del siguiente circuito
cio: c u o:

Esquem real
ma Esquema eléc
ctrico

U.A.G.R.M
M. – FACULTAD PO
y Electrónica Básic
ca – ELT‐110

5- Ley de Ohm (Relación e
y ( entre las m
magnitudes I,V,R)
s

A prinncipios del sig XIX, Geo Simon Oh descubrió la relación q existía en la corrien la
glo org hm ó que ntre nte,
tensión y la resistencia de los c
n ctricos y lo enunció con l llamada Ley de Ohm, de la
circuitos eléc la
siguien manera:
nte

La Inttensidad que circula por un circuito es proporci ional a la te
ensión que a
aplicamos en él e
n
inversa
amente propo
orcional a la re
esistencia que opone a dich corriente. E se expre con la fórm
e ha Esto esa mula:

Donde la I se mide en Amperios, la V en Volt y la R en ohmios.
e , tios

Por eje
emplo:

En el c
circuito anteri la pila tien una difere
ior ne encia de poten
ncial de 9 Vol
ltios, la resist
tencia de la
bombil es de 100 Ohm. ¿Qué in
lla ntensidad de corriente sald de la pila y atravesará la bombilla?
drá a á ?

Solució
ón:
9
0.09
0
100

Luego circularán 0,09 A por la b
bombilla.

Cuando hablamos de corrientes a
o d alternas los va
alores que deb
bemos tener e cuenta son los eficaces.
en n

Por e
ejemplo

en el c
circuito siguie la corrien eficaz será
ente nte á:
R=150 
0

G
V =230 V
0

230
1,533
150

533 es mbilla.
Luego circularán 1,5 A eficace por la bom


5.- Circuitos básicos (serie, paralelo y mixto).

a) Circuito Serie

Un circuito serie, es aquel que tiene conectados sus receptores uno a continuación del otro.

Por ejemplo, estas bombillas están conectadas en serie.

Circuito Serie

Propiedades de la conexión en serie.

Supongamos 4 resistencias (R1,R2,R3, R4). Cada una de ellas consume una potencia (P1,P2, P3, P4), tiene
una tensión (V1, V2 , V3 ,V4) y pasa por cada una intensidad I1, I2, I3 ,I4).

Donde:

V = Voltaje que sale de la fuente [V]

V1 = caída de voltaje en R1  [V]

V2 = caída de voltaje en R2 [ V]



Las principales propiedades son:
1 Corriente que circula por cada resistencia

La corriente que circula por cada resistencia es la misma

I  I1  I 2  I 3  I 4

U.A.G.R.M
M. – FACULTAD PO
ca – ELT‐110

2 Volta total
aje

EL vol ltaje total que genera la fue de tensió es igual a la suma de las caídas de Vo
e ente ón s oltaje en cada
a
resisten
ncia

V  V1  V2  V3  V4

3 Caíd de voltaje en cada R.
da

La caíd de voltaje en cada resist
da tencia se calcula aplicando la ley de ohm a cada una de ellas.
o m

V1  I1 R1 V2  I 2 R2 V3  I 3 R3

4 Circuito equivale encia equivalente
ente y resiste

Para ef
fectos de cálc
culo en circuit de arriba se puede remplazar por otro circuito sim que solo t
to e o mple tiene
una sol Resistencia denominada Resistencia equivalente.
la a a

Donde la resistenc equivalen es:
e cia nte

Req  R1  R2  R3  R4
Circuito E
Equivalente

Aplico ley de Ohm al circuito e
o m equivalente

V  I  REQUV

Por e
ejemplo:

Se tien un circuito serie donde l pila tiene un diferencia de potencial de 9 Voltios y la resistenc de
ne la na cia
las bom
mbillas 1 y 2 es de 100 . ¿Calcular tod los valore de este circ
e dos es cuito?

Solucióón:
La resi
istencia total será:
s
RT = R1 + R2 = 100Ω + 10
00Ω = 200Ω

De la ley de Ohm po
odemos obten la corrient total:
ner te

9
0,045
200Ω

riente que circula por cada elemento es igual:
La corr a


IT = I1 = I2 = 0,045 A

De la ley de Ohm podemos obtener la tensión en cada elemento:

V1 = R1 × I1 = 100Ω × 0,045 A 4,5 V
V R2 × I2 100Ω × 0,045 A 4,5 V

Como comprobación tenemos que:

V= V1 + V2 = 4,5V + 4,5V = 9V

Como conclusión, se puede observar que al repartirse la tensión entre las bombillas esto se refleja con
una disminución de la luminosidad de cada una de ellas.

Otra observación interesante de este circuito es que si se rompe una de las bombillas, se interrumpe el
circuito y deja de lucir la otra bombilla.

b) Circuito paralelo

Un circuito paralelo, es aquel que tiene conectados los terminales de sus receptores unidos entre si.,
por ejemplo, estas bombillas están conectadas en paralelo.

Circuito Paralelo

Propiedades de la conexión en paralelo.

Supongamos 4 resistencias (R1,R2,R3, R4). Cada una de ellas consume una potencia (P1,P2, P3, P4), tiene
una tensión (V1, V2 , V3 ,V4) y pasa por cada una intensidad I1, I2, I3 ,I4).


Las principales propiedades son:

1 Corriente total y corriente que circula por cada resistencia

La corriente total que sale de fuente es igual a la suma de las corrientes que circulan en cada
resistencia.
I T  I1  I 2  I 3  I 4
2 Voltaje total

EL voltaje total que genera la fuente de tensión es igual a la caídas de Voltaje en cada resistencia (a
cada resistencia le llega el mismo voltaje)

V  V1  V2  V3  V4

3 Corriente en cada Resistencia.

La corriente en cada resistencia se calcula aplicando la ley de ohm a cada Resistencia.

V1 V2 V
I1  I2  I 3  3
R1 R2 R3

4 Circuito equivalente y resistencia equivalente

Para efectos de cálculo el circuito de arriba se puede remplazar por otro circuito simple que solo tiene
una sola Resistencia denominada Resistencia equivalente

Donde la resistencia equivalente es:
Circuito 1
Req 
1 1 1 1
Equivalente    ...... 
R1 R2 R3 Rn

Aplico ley de Ohm al circuito equivalente

V  I  REQUV

Por ejemplo:
Se tiene un circuito donde la pila tiene una diferencia de potencial de 9 Voltios y la resistencia de las
bombillas 1 y 2 es de 100 Ω. ¿Calcular todos los valores de este circuito?


Solución:

La resistencia total será:

100Ω 100Ω
50Ω
100Ω 100Ω

De la ley de Ohm podemos obtener la corriente total:

9
0,18
50Ω

La tensión que tiene cada bombilla es igual a la del generador:

V= V1 = V2 = 9V

De la ley de Ohm podemos obtener la corriente en cada elemento:

9
0,9
100Ω

9
0,9
100Ω


IT = I1 + I2 = 0,09 A + 0,09 A = 0,18 A

Como conclusión, se puede observar que la tensión en las bombillas es la misma y esto se refleja con la
misma luminosidad que si estuviesen solas cada una de ellas.

Otra observación interesante de este circuito es que aunque se rompa una de las bombillas, no afecta a
la otra y sigue luciendo con normalidad.

Los elementos de nuestras viviendas están conectados en paralelo.


c) Circuito Mixto

Un circuito mixto, es aquel que tiene elementos en paralelo y en serie.
por ejemplo, las bombillas 2 y 3 están conectadas en paralelo y a la vez las dos en serie con la 1.

Este circuito aglutina las características de los dos circuitos, por lo que se tiene que resolver poco a
poco por partes, en primer lugar se resuelven los elementos que están en paralelo, y luego los que están
en serie.

Las bombillas 2 y 3 están en paralelo luego tendremos:
Las bombillas 2 y 3 se caracterizan por:

La resistencia total de las bombillas 2 y 3 será:

La corriente total que circula por las dos bombillas es: IP = I2 + I3
La diferencia de potencia en las dos bombillas será la misma. VP = V1 = V2

El nuevo circuito queda:

Circuito con resistencia equivalente del paralelo RP

U.A.G.R.M
M. – FACULTAD PO
ca – ELT‐110

La bom
mbilla 1 esta en serie con la resistencia e
e a equivalente d paralelo de las bombilla 2 y 3.
del e as

El circu serie se caracteriza p
uito c por:
La resis
stencia total del circuito es la suma de la resistencias que lo comp
d as ponen. R T = R 1 + R2
La corri
iente que circ es la mism por los do elementos.
cula ma os IT = I1 = IP
La fuerz electromot generada por el genera
za triz ador se reparte entre los dis
e stintos elemen
ntos. V = V 1 + V2

Por ejeemplo:
En el c
circuito mixto anterior la pila tiene una d
o diferencia de potencial de 9 Voltios y la resistencia d las
a de
bombil es de 100 . ¿Calcula todos los va
llas 0 ar alores de este circuito?
Solución:
La resi
istencia de las bombillas en paralelo ser
s n rá:

100Ω 100Ω
50Ω
Ω
100Ω 100Ω

La resi
istencia total será la suma d RP y R1
de
RT = R1 + RP = 100Ω + 50Ω = 150Ω

De la ley de Ohm po
odemos obten la corrient total:
ner te

9
0,064
0
150Ω

La corrriente que cir
rcula tanto por la bombilla 1 como por l resistencia equivalente d paralelo, será
r la del
igual a la total.

IT = I1 = IP 0 0,06 A
6

De la ley de Ohm poodemos obten la tensión que hay tanto en la bombi 1 como en la resistenci
ner n o illa n ia
equiva
alente del para
alelo de las bo
ombillas 2 y 3
3.

V1 = R1×I1 = 100Ω×0,0 A = 6 V
06
VP = RP × IP = 50Ω × 0,06 A = 3 V

La tens
sión que tiene las bombillas 2 y 3 es ig a la del p
en gual paralelo:

V P = V 1 = V2 = 3
3V

De la ley de Ohm po
odemos obten la corrient en las bom
ner te mbillas 2 y 3:

3
0,03
100Ω


3
0,03
100Ω

IP = I2 + I3 = 0,03 A + 0.03 A = 0,06 A

Este circuito tiene propiedades de los dos circuitos serie y paralelo.

6.- Simbología normalizada

A continuación pueden verse algunos de los símbolos normalizados utilizados en electricidad.

Símbolo Descripción Símbolo Descripción
Corriente
Conmutador con posicionamiento
continua
intermedio de corte
Corriente alterna

Conductor Pulsador normalmente cerrado

Fusible
Pulsador normalmente abierto
Punto de unión
Terminal
Motor de corriente continua
Pila o
acumulador, el
trazo largo indica
el positivo
Bobina de relé, símbolo general.
Resistencia Cualquiera de los dos símbolos es
válido.
Interruptor
normalmente
abierto (NA).
Cualquiera de los
dos símbolos es Timbre, Zumbador
válido

Conmutador Lámpara, símbolo general

Veamos cual será el esquema normalizado de los circuitos anteriores.


Circuito en cortocircuito, generador y
conductor.

Circuito en cortocircuito

Circuito básico, con generador,
interruptor y receptor (una lámpara).

Circuito básico

Circuito básico con protección
fusible, los elementos son generador,
fusible, interruptor y receptor (una
lámpara).

Circuito básico con protección

Circuito serie con dos lámparas.

Circuito serie

Circuito paralelo con dos lámparas.

Circuito paralelo


Circuito mixto con tres lámparas.

Circuito mixto


VI Potencia y energía eléctrica.
Qué es la potencia eléctrica

1.- Concepto de energía.

Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de “energía”,
que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar
un trabajo.

Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de
fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por
el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz
y calor, o un motor pueda mover una maquinaria.

De acuerdo con la definición de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se transforma”. En el
caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la obtención de luz, calor, frío,
movimiento (en un motor), o en otro trabajo útil que realice cualquier dispositivo conectado a un
circuito eléctrico cerrado.

La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en “joule” y se representa con la letra
“J”.

2.- Potencia eléctrica

Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería
los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo
(J/seg) y se representa con la letra “P”.

Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo,
estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.

La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”.

Matemáticamente La potencia eléctrica que puede desarrollar un receptor eléctrico se puede calcular
con la fórmula:

Donde:
P es la potencia en vatios (W).
V es el voltaje (V).
I es la intensidad (A).

Libro elt 110 1 2012

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